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Descubrimiento del Newton

El newton, también conocido como neutonio o neutón, recibe este nombre en honor al eminente físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés Isaac Newton nacido en Woolsthorpe, Lincolnshire, un 4 de enero de 1643, según calendario juliano, vigente en esa época, 25 de diciembre de 1642, calendario gregoriano (actual) y fallecido en Kensington, Londres, un 20 de marzo de 1727 (juliano), 31 de marzo de 1727(gregoriano), contando al morir con 84 años.

Newton realizó múltiples investigaciones, de las cuales surgieron diversos aportes científicos, entre ellos: Leyes de la cinemática, Teoría corpuscular de la luz, Desarrollo del Cálculo diferencial e integral y la Ley de la gravitación universal.

Modelo Atómico De Bohr

Ante las dificultades del modelo de Rutherford el físico danés Bohr, después de haber visitado el laboratorio de Rutherford en Manchester, y teniendo en cuenta los conocimientos que tenía acerca de los espectros atómicos provenientes de los físicos suecos Rydberg y Ångstrom, así como del suizo Balmer. Bohr pudo deducir la formula de Balmer, que da las longitudes de onda de la luz emitida por el átomo de hidrógeno, las cuales fueron medidas con suficiente precisión por Rydberg y Ångstrom. 

El modelo de Bohr supone que cuando un electrón se encuentra en una órbita determinada que cumple con la condición de que el momentum angular es múltiplo entero de la constante de Planck dividida por dos pi, no hay emisión de radiación electromagnética. Esto evidentemente contradice la teoría electromagnética de Maxwell, pero, da una luz acerca de los misteriosos espectros atómicos, los cuales se generan, cuando el electrón atómico hace una transición de una órbita de radio mayor a una órbita de radio menor. Esto ultimo también es incomprensible pues es de esperarse, que la frecuencia de la radiación emitida coincida con alguna frecuencia de oscilación de los electrones. 

Es muy interesante, que el modelo de Bohr da resultados coincidentes con los de la física clásica en el caso, en el que las transiciones ocurren entre niveles de energía muy grandes. Esto indicaría que en efecto para fenómenos macroscópicos sería valida la física clásica, mientras que para fenómenos microscópicos -de escala atómica- ya no se cumple la física clásica, sino la nueva física cuántica, que empezó desarrollarse en el año de 1900 con los trabajos de Planck, y que recibió un impulso grande en 1905 con el trabajo de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico.

El átomo de Bohr represento un impulso decisivo para el desarrollo de la teoría cuántica, aun cuando sus postulados acerca de la no radiación en órbitas estacionarias, y de radiación solo en el cambio entre estas órbitas, resultase, muy difícil, o mejor imposible en aquella época, de comprender intuitivamente.

Positron Y Neutron

Positron 

El positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón, posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica sin embargo, esta es positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicos como parte de transformaciones nucleares.

Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla.

En la actualidad los positrones son rutinariamente producidos en la Tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.

Neutron

El neutrón es una partícula sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamada squarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.

Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos (885.7 ± 0.8 s),; cada neutrón se descompone en un electrón, un antineutrino y un protón. Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor.

El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno-1. La interacción nuclear fuerte es responsable de mantenerlos estables en los núcleos atómicos.

Rayos Alfa Beta Y Gama

Las partículas o rayos alfa (α) son núcleos completamente ionizados, es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente, de helio-4 (4He). Estos núcleos están formados por dos protones y dos neutrones. Al carecer de electrones, su carga eléctrica es positiva (+2qe), mientras que su masa es de 4 uma.

Se generan habitualmente en reacciones nucleares o desintegración radiactiva de otros núclidos que se transmutan en elementos más ligeros mediante la emisión de dichas partículas. Su capacidad de penetración es pequeña; en la atmósfera pierden rápidamente su energía cinética, porque interaccionan fuertemente con otras moléculas debido a su gran masa y carga eléctrica, generando una cantidad considerable de iones por centímetro de longitud recorrida. En general no pueden atravesar espesores de varias hojas de papel.Van a una velocidad de 16mil y 32mil km/s.

Una partícula beta (β) es un electrón que sale despedido de un suceso radiactivo. Por la ley de Fajans, si un átomo emite una partícula beta, su carga eléctrica aumenta en una unidad positiva y el número de masa no varía. Ello es debido a que la masa del electrón es despreciable frente a la masa total del átomo. En cambio, al ser emitida una carga negativa, el átomo queda con una carga positiva más, para compensar el total de la carga eléctrica, con lo cual el número de electrones disminuye. Este proceso es debido a la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón (desintegración beta).Estas particulas van a una velocidad de 160mil km/s

La radiación gamma o rayos gamma (γ) es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia

Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos.Estos Rayos van a una Velocidad de 320km/s.

Radiactividad Química

Los núcleos estables perduran a través del tiempo. Sin embargo muestra que tiene núcleos altamente inestables experimenta constantemente el fenómeno radiactivo. Si los núcleos son levemente inestables, el decaimiento toma un tiempo prolongado. Así, por ejemplo una muestra que contiene un millón de átomos de yodo -131 decae en un 10% en 1 día y 5 horas. Por otra parte, una muestra también de un millón de átomos de Ra-226 decae un 10% en 246 Años. En el curse anterior estudiaste cinética química, donde las reacciones pueden ser de primer, segundo u otro orden. Los decaimientos radiactivos siguen solo la cinética de primer orden, donde la velocidad se puede expresar como:

Donde N es el numero de núcleos radiactivos presentes en un tiempo t y A es la constante del decaimiento radiactivo. Mediante un desarrollo matemático, que se excluye, se pueden obtener las siguientes relaciones: Donde N° es la cantidad de núcleos iniciales en el tiempo t=0 y t1/2 es el tiempo de vida media

La primera expresión permite conocer la cantidad de muestra radiactiva que aún permanece inalterada después de transcurrido un tiempo t

Siempre que se conozca la constante A, que es específica para cada tipo de núcleo radiactivo. En la segunda expresión, el tiempo de vida media es el tiempo que toma una muestra radiactiva inicial en reducirse a la mitad.Esta ecuación es muy valiosa, porque permite determinar la vida media independiente de la cantidad inicias de la muestra radiactiva, ya sea esta en cantidad de partículas o de masa.

Las medidas experimentales de las actividades de sustancias radiactivas muestran, en todos los casos, una disminución exponencial de la cantidad de material inicial con el tiempo, como se muestra en el grafico anterior. La observación de este comportamiento demuestra que el proceso radiactivos se ajusta a una ley estadística que no es aplicable al comportamiento de los átomos, sino a una cantidad considerable de átomos radiactivos. Cada radioisótopo tiene un tiempo de vida media característico. Los núcleos más inestables tiene t1/2 muy inferiores a 1 segundo y a los más estables alcanzan vidas medias de carios millones de años. La tabla siguiente incluye la vida media para algunos isótopos radiactivos.

Teorías Atómicas

Teoría Atómica De Dalton

Las leyes ponderales de las combinaciones químicas encontraron una explicación satisfactoria en la teoría atómica formulada por DALTON en 1803 y publicada en 1808. Dalton re interpreta las leyes ponderales  basándose en el concepto de átomo. Establece los siguientes postulados o hipótesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua:

Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales separadas e indestructibles; Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás cualidades. Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masa y propiedades

Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus otras propiedades.

Aunque el químico irlandés HIGGINS, en 1789, había sido el primero en aplicar la hipótesis atómica a las reacciones químicas, es Dalton quien le comunica una base más sólida al asociar a los átomos la idea de masa.

Los átomos de DALTON difieren de los átomos imaginados por los filósofos griegos, los cuales los suponían formados por la misma materia primordial aunque difiriendo en forma y tamaño. La hipótesis atómica de los antiguos era una doctrina filosófica aceptada en sus especulaciones científicas por hombres como GALILEO, BOYLE, NEWTON, etc., pero no fue hasta DALTON en que constituye una verdadera teoría científica mediante la cual podían explicarse y coordinarse cuantitativa mente los fenómenos observados y las leyes de las combinaciones químicas.

La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecunda en el desarrollo posterior de la Química, pues no fue hasta finales del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de DALTON acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

Teoría Atómica De Thompson

Joseph Thomson (1856-1940) partiendo de las informaciones que se tenían hasta ese momento presentó algunas hipótesis en 1898 y 1904, intentando justificar dos hechos:(a)La materia es eléctrica mente neutra, lo que hace pensar que, además de electrones ,debe de haber partículas con cargas positivas.(b)Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así las cargas positivas .Propuso entonces un modelo para el átomo en el que la mayoría de la masa aparecía asociada con la carga positiva (dada la poca masa del electrón en comparación con la de los átomos) y suponiendo que había un cierto número de electrones distribuidos uniformemente dentro de esa masa de carga positiva (como una especie de pastel o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de fruta o pepitas)

Según el modelo de Thomson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positiva mente en la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctrica mente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga. La primera evidencia de la existencia de partículas subatómicas y por tanto de que los átomos no eran indivisibles como postulaba la teoría atómica de Dalton, se obtuvo de los estudios de la conductividad eléctrica de gases abajas presiones. Los gases son aislantes para voltajes bajos, sin embargo, frente a voltajes elevados se vuelven conductores. Cuando en un tubo de vidrio que contiene un gas se hace parcialmente el vacío y se aplica un voltaje de varios miles de voltios, fluye una corriente eléctrica a través de él. Asociado a este flujo eléctrico, el gas encerrado en el tubo emite unos rayos de luz de colores, denominados rayos catódicos, que son desviados por la acción de los campos eléctricos y magnéticos. Mediante un estudio cuidadoso de esta desviación, J.J. Thomson demostró en 1897 que los rayos estaban formados por una corriente de partículas cargadas negativamente, que llamó electrones.

Limitaciones

La imposibilidad de explicar que el átomo está formado por un núcleo compacto y una parte exterior denominada corteza implica que otros científicos como Ernest Rutherford o Niels Bohr continuasen con su investigación y establecieron otras teorías en las que los átomos tenían partes diferenciadas

El Átomo Atravez Del Tiempo

Desde el siglo V a. de C la humanidad a escuchado hablar de átomos, como las partículas fundamentales de la materia. Sin embargo, debido a que los átomos son tan pequeños, no es posible verlos a simple vista, por esta razón se han propuesto varios modelos y teorías acerca de cómo son estas partículas fundamentales. Los primeros que se propusieron estudiar el átomo fueron Leucipo y Demócrito pero lo hicieron desde un punto de vista teórico, estos determinaron que la materia estaba formada por átomos los cuales son sólidos, indivisibles y entre ellos existe el vacio. Luego de mas de 2000 años el ingles John Dalton se intereso en experimentar las teorías de Leucipo y Demócrito y determino que la materia estaba constituida por átomos, que son indestructibles y que estos pueden combinarse para formar ya sea un compuesto o un elemento. El modelo atómico de Thomson determino que la parte positiva de átomo se hallaba distribuida uniformemente por todo el volumen, además estableció que el átomo era neutro ya que tenia la misma carga positiva que negativa. El modelo de Rutherford estableció mediante la experimentación que el átomo posee un núcleo el cual posee carga positiva y los electrones se encuentran dando vueltas alrededor de este a grandes velocidades, además descubrió el neutrón el cual hace posible mantener el equilibrio en el núcleo del átomo sin que los protones se repelan y por ultimo el modelo planetario de Bohr elcual aclaro las fallas que poseía el modelo de Rutherford dando a conocer que los electrones se mueven alrededor del núcleo a grandes velocidades y siguiendo orbitas bien definidas. Todos estos avances y errores trajeron como consecuencia el surgimiento del modelo atómico actual, el cual establece bien definida la conformación del átomo. 

Primeros Atomistas

Desde una perspectiva totalmente teórica los griegos se propusieron indagar sobre la constitución intima de la materia. Cerca del año 450 antes de Cristo, Leucipo y su discípulo Demócrito propusieron que la materia estaba constituida por pequeñas partículas a las que llamaron átomo, palabra que significa indivisible. Entre sus principales postulados están: Los átomos son sólidos, son indivisibles y enteros, entre los átomos solo existe el vacio (para Leucipo el átomo y el vacio estaban separados en dos regiones distintas: por un lado, todos los átomos están juntos en una masa inmensa y por otro el "gran vacío" que los átomos invaden para dispersarse en él. Para Demócrito los átomos están ya dispersos desde el origen, aunque sin orden, en el vacío infinito).y las propiedades de la materia varían según el tipo de átomo y como estén agrupados. Entre las principales limitaciones que tuvieron estaba que no se interesaron en la experimentación de su teoría ya que para su época no existían recursos adecuados para examinar los átomos, por eso basaron su teoría en pura perspectiva teórica.