CAPÍTULO 9: RUTHERFORD, EL NÚCLEO ATÓMICO
1.La ciencia esta relacionada toda entre sí y va progresando poco a poco con el paso de los años, por lo tanto el echo de que los científicos formen a los estudiantes tiene mucha razón de ser ya que los que ahora, los que están enseñando han sido enseñados previamente por otras personas y pueden aportar nuevos conocimientos o experimentos que son los que permiten que la ciencia se siga desarrollando y surgan nuevas ideas basadas en el conocimiento ya aprendido.
2.La física es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía. Es una de las más antiguas disciplinas académicas,. En cambio, la química es una ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Sus disciplinas han sido agrupadas por la clase de materia bajo estudio o el tipo de estudio realizado.
Además de esto, la química trabaja directamente con la materia y su fin es comprender el porqué de estas reacciones y por el contrario la física pretende averiguar una explicación al universo estudiando su unidad más simple del átomo.
“Toda ciencia, o es física o es coleccionismo de sellos”
Con esta frase que escribió Rutherford, personalmente pienso que con esto querría resaltar la importancia de la física sobre todas las demás ciencias naturales. A pesar de que todos sabemos que hay muchas ciencias distintas y que cada una nos sirve para cosas o funciones diferentes como el desarrollo de las teorías, las explicaciones a ciertos acontecimientos naturales, descubrimientos de inventos ...especialmente la física es la ciencia a la que podríamos llamar “la más importante” puesto que esta engloba a un mayor numero de cosas en comparación con las demás ciencias.
He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico”
Observando la frase anterior, es más fácil saber a lo que se refiere Rutherford en esta ocasión con su gran ironía.
Esta frase se debe a que Rutherford al igual que en el caso anterior, considera la física como la ciencia elemental, el centro de los estudios científicos y la rama más importante de estos, por ello en esta frase expresó su sorpresa y su impresión al haber recibido el premio nobel de química y no el de física, este echo no le hizo mucha gracia ya que él siempre se había considerado como un gran físico y no como un gran químico.
Algunas personas creen que a Rutherford le otorgaron el premio Nobel de química por su gran descubrimiento del núcleo atómico (construyo un nuevo modelo atómico) pero esto no es cierto, ya que Rutherford recibió el premio Nobel debido a un trabajo realizado a raíz de las investigaciones de Becquerel y Boldwood sobre la descomposición de algunos minerales, y este echo si que está más relacionado con la química. Este mismo año, Gabriel Jonas Lippmann presentó una nueva forma de representar el color en la fotografía mediante el fenómeno de la interferencia, este echo si que está directamente relacionado con la física, por ello, la Academia sueca decidió repartir estos dos premios de esta manera a la que a Rutherford en cierto modo le molestó.
Gabriel Jonas Lippmann premio nobel otorgado de física
Rutherford premio nobel otorgado de química
3.Nikola Tesla nació en la actual Croacia el 10 de julio de 1856 y es uno de los inventores más importantes de la historia: la radio, las bobinas de corriente alterna el motor de inducción, las bujías, el alternador, el control remoto... entre otros, es considerado padre de la corriente alterna y fundador de la industris eléctrica. Con 28 años en 1884 llegó a nueva York reconendado por uno de los socios de Thomas Alba Edison al que conoció y con el que tuvo algunos conflictos, además tuvo algunos otros con el italiano Marconi ya que Tesla dedicó algunos años de su vida al estudio de las ondas de radio y de las altas frecuencias, consiguió crear lámparas fluorescentes de neón y tomó la primera fotografía en rayos X hasta que en 1890 surgió el gran descubrimiento, hizo lucir un tubo vacío sin cables con energía transmitida por el aire y en 1900 ya entrado el siglo XX Marconi recibió el Premio Novel por crear la radio, radio inventada por él pero siguiendo leyes que Tesla había descubierto, pero no fue hasta 1943 posteriormente a la muerte de Tesla cuando fue reconocido por la Corte Suprema como creador de la radio.
Aquí tenemos un eje cronológico con algunos hechos importantes de finales del S.XIX y principios del XX.
4.4a) La fluorescencia y la fosforescencia son dos tipos de fenómenos naturales llamados luminiscencia.
Según nos cuenta el libro, la diferencia entre estos dos términos se basa en que la fluorescencia es aquella radiación o luminiscencia de colores fríos que emana de ciertos minerales al recibir la luz del sol u otro tipo de radiación. Esta emisión de luz es más prolongada, es decir, puede durar mucho tiempo emitiendo luz. En cambio, la fosforescencia es aquella radiación verdosa que emana de un objeto sin necesidad de estar en contacto con otros rayos. En este caso, la emisión de luz es muy corta, es decir, no suele durar más de 10 segundos.
4b) Los rayos X, son aquellas radiaciones invisibles que pueden atravesar ciertos cuerpos opacos como la piel, los tejidos, el papel, las hojas de aluminio, y son capaces de realizar fotografías (normalmente con fines médicos llamadas radiografías). Su descubrimiento fue realizado por Wilhelm Conrad Rötengen en 1895. Él, hizo pasar una corriente eléctrica por un tubo de vacío y aparecía el brillo de una pantalla fluorescente que desaparecía si la corriente era interrumpida. A esto le denomino rayos X, ya que era una radiación desconocida.
4c)La radiactividad es un fenómeno físico natural por el cual algunos cuerpos emiten energía en forma de ondas electromagnéticas o de partículas subatómicas con propiedades similares a las de los rayos X como la de atravesar cuerpos opacos, producir fluorescencia etc.
Como predijeron Pierre y Marie Curie, es un producto fruto de una agitación en los átomos de esa sustancia (núcleo atómico).
Podemos decir que en primer lugar fue descubierta por Becquerel en el 1896. Varias generaciones de la familia de este científico llevaban estudiando las emisiones de la luz (fluorescencia) de algunas sustancias cuando se exponían exclusivamente a la luz del sol. Un día mientras Antoine Henri Becquerel , nieto del primer científico investigador, estudiaba los fenómenos de la fluorescencia y de la fosforescencia, colocó un cristal de Pechblenda encima de una placa fotográfica con papel negro y lo expuso al sol. Al desenvolver la placa vio que esta se encontraba velada, por la fosforescencia del cristal. Después, probó esto mismo en días no soleados y dejo lo mismo metido en un cajón y con sal de Uranio por encima. La placa volvía a encontrarse velada y este echo no pudo deberse a la fosforescencia ya que para haber sido esta, debía haber estado expuesta al sol. Tras haber probado esta experiencia en distintos estados físicos y químicos, se dieron cuenta de que estos resultados no se alteraban y la única explicación de esto era la sal de uranio que emitía “algo ”y unos años más tarde Marie Curie llamó a este fenómeno por ese entonces desconocido “radiación”.
4d) Las aportaciones del matrimonio Curie en París y de Rutherford en Cambridge al trabajo de Becquerel fueron muy importantes porque demostraron que la radioactividad no era resultado de una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo. A parte de esto, descubrieron que con ello se podían hacer algunas aplicaciones médicas. Cuando Pierre murió, su esposa Marie comenzó a trabajar con Rutherford que fue quien estudió las radiaciones emitidas y descubrió que habían tres tipos: los rayos o partículas alfa, beta y gamma.
4e) Las radiaciones alfa, beta y gamma son tres tipos de radiaciones electromagnéticas clasificadas según la radioactividad de un material.
Según el orden energético estarían ordenadas de la siguiente manera:
Gamma: son radiaciones electromagnéticas con mucho poder de penetración , ya que son capaces de atravesar el cuerpo humano. Estos recorren largas distancias y son detenidos por una pared gruesa de plomo u hormigón.
Betta : son flujos de electrones emitidos a grandes velocidades. Gracias a su poder penetrante que poseen pueden llegar a atravesar la piel. Estos recorren menor distancia que los rayos gamma y son detenidos por unos centímetros de madera o de una hoja de metal.
Alfa: son radiaciones cargadas positivamente, son las menos penetrantes ya que difícilmente atraviesan una hoja de papel y recorren una distancia muy pequeña.
4f) La ley de desintegración atómica consiste en la destrucción de los núcleos de los átomos de una muestra radioactiva con el paso del tiempo. Por ejemplo el uranio tras muchos siglo sacaba convirtiéndose en plomo.
Esta ley suele ser utilizada como método de datación geológica ya que se puede medir el ritmo de desintegración de un núcleo, esto hace que la sustancia se convierta en otra nueva y con esto poder saber cuántos años de vida tiene esa sustancia.
Existe un método de datación utilizando el carbono -14.
El carbono-14 , 14C, es un radioisótopo del carbono y fue descubierto el 27 de febrero de 1940 por Martin Kamen y Sam Ruben. Se forma en las partes altas de la atmósfera, a partir del nitrógeno. Por tanto, el carbono 14 está presente en la atmósfera. Su núcleo contiene 6 protones y 8 neutrones. Willard Libby determinó un valor para el periodo de semidesintegración o semivida de este isótopo: 5.568 años. Determinaciones posteriores en Cambridge produjeron un valor de 5.730 años. Debido a su presencia en todos los materiales orgánicos, el carbono-14 se emplea en la datación de especímenes orgánicos.
Un dato importante del carbono 14 es que interviene en la fosilización de las plantas ya que las plantas, cuando hacen la fotosíntesis, fijan en su interior carbono, y en él se incluye este isotopo. A lo largo de toda su vida, las plantas fijan carbono 14, y lo hacen hasta el momento en que mueren. A partir de su muerte, comienza el proceso de fosilización y, en él, empieza el proceso inverso: el carbono 14 empieza a transformarse de nuevo en nitrógeno.
Midiendo la cantidad de carbono 14 y de nitrógeno que hay en el fósil, se puede conocer la edad aproximada de ese fósil.
4g) Un contador Geiger es un instrumento que permite medir la radiactividad de un objeto o lugar.
Está formado por un tubo con un fino hilo metálico a lo largo de su centro. El espacio entre ellos está aislado y relleno de un gas, y con el hilo a unos 1000 V relativos con el tubo.
Un ion electrón penetra en el tubo, este desprende electrones de los átomos del gas y debido al voltaje positivo del hilo central, son atraídos hacia el hilo. Al hacer esto ganan energía, colisionan con los átomos y liberan más electrones. Relleno de un gas adecuado, el flujo de electricidad se para por si mismo o incluso el circuito eléctrico puede ayudar a pararlo.
En 1908 el físico alemán Hans Geiger y su compañero neocelnadés Ernest Rutherford crearon el primer contador (Contador geiger) que sólo detectaba partículas alfa. Veinte años más tarde Geiger mejoró este dispositivo con la ayuda de un estudiante llamado Walther Muller, de está forma el nuevo contador era capaz de detectar un mayor número de radiaciones ionizantes.
La versión actual del contador fue desarrollada por el físico Sidney H. Liebson en 1947. Este dispositivo tiene una duración mayor que los dispositivos originales de Geiger y precisa de un voltaje inferior.
5.Este experimento fue realizado gracias a Rutherford,que dirigía a Hans Geiger y Ernest Marsden.
El experimento consistía en bombardear con partículas alpha una lamina de mica, otra de pan de oro y después una con platino. Lo que ellos creían que iba a ocurrir era que al bombardear atravesara las laminas.
Cuando lo realizaron con la lámina de mica se dieron cuenta que como era tan gruesa rebotaban las partículas alpha. Con oro la experiencia mejoro ya que es más fina y cabía esperar que atravesase la lámina pero aún revotaban algunas y ya fue tan sorprendente que hasta el propio Rutherford exclamó: fue tan sorprendente como si le disparases balas de cañón a una hoja de papel y rebotasen hacia ti” Esta frase significa que no tiene sentido que eso ocurriese ya que si tirásemos balas de cañón hacia una hoja de papel esperaríamos que traspasase la hoja y quedaríamos impresionados si rebotaran.
6.En aquellos años no sabían si el núcleo tenia protones,con lo cual sabían que por ej. la masa del hidrógeno y el flúor no son iguales pero no sabían porque. Esto es por lo que no sabían, que es que en el núcleo se encuentran también los protones a parte de los neutrones. Es por eso que el hidrógeno no tiene la misma masa que el flúor.
Las 4 interacciones fundamentales son estas:
La fuerza Gravitatoria: Interacción gravitatoria. Es la más conocida de las interacciones debido a que a grandes distancias tiene mayor impacto que las demás.
Junto al electromagnetismo, son las interacciones que actúan a grandes distancias, pero ésta tiene solo carácter de atracción.
Es la manifestación de la deformidad que sufre el espacio tiempo por la presencia de grandes masas.
La fuerza electromagnética: El electromagnetismo es la interacción que actúa entre partículas con carga eléctrica. Este fenómeno incluye a la fuerza electrostática, que actúa entre cargas en reposo, y el efecto combinado de las fuerzas eléctrica y magnética que actúan entre cargas que se mueven una respecto a la otra.
Tiene un alcance infinito y es mucho más fuerte que la gravedad.
La fuerza fuerte: Es la interacción que permite a los quarks unirse para formar hadrones.
Debido a la carga positiva de los protones, para que éstos se encuentren estables en el núcleo debía existir una fuerza más fuerte que la electromagnética para retenerlos. Ahora sabemos que la verdadera causa de que los protones y neutrones no se desestabilicen es la llamada fuerza fuerte.
La fuerza débil: Se acopla a un tipo de carga llamada sabor que la poseen los quarks y los leptones.-
Esta interacción es la responsable de los cambios en la carga de estas partículas lo que producirá que decaigan en partículas más livianas.
Además es la que produce las desintegraciones beta.
Al igual que la interacción fuerte y la gravitatoria es esta una interacción únicamente atractiva.
7.Este es nuestro escudo.Las estrellas representan a cada persona que ha hecho el trabajo:Una David, otra Paula y otra Karen.
