consta de trabajos de química.

1. “AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN
DEL MAR DE GRAU”.
ESCUELA: ING. MECÁNICA Y
ELÉCTRICA.
DOCENTE: ING. RUBIO CUEVA
LINDER.
CURSO: QUÍMICA.
TEMA: PROPIEDADES QUIMICAS
DE LOS ELEMENTOS,
CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN,
ELEMENTOS ALOTRÓPICOS,
REACCIÓN NUCLEAR, ETC.
UNIVERSITARIO(S): RUEDA
CHUGDEN RONALDO, TAPIA
DÍAZ DIOMER, ADRIANZEN
YAJAHUANCA JUAN, RÍOS
QUIÑONES MARC.
CICLO: 2016-I
FECHA: 2/05/ 2016.

2. TRABAJO-I
1. PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS ELEMENTOS.
1.1. NÚMERO ATÓMICO.
Indica el número de protones en la corteza de un átomo. Es un concepto
importante de la química y de la mecánica cuántica.
El elemento y el lugar que éste ocupa en la tabla periódica derivan de
este concepto. Cuando un átomo es generalmente eléctricamente neutro, el
número atómico será igual al número de electrones del átomo que se pueden
encontrar alrededor de la corteza. Estos electrones determinan
principalmente el comportamiento químico de un átomo. Los átomos que
tienen carga eléctrica se llaman iones. Los iones pueden tener un número de
electrones más grande (cargados negativamente) o más pequeño (cargados
positivamente) que el número atómico.
1.2. MASA ATÓMICA.
Muestra la masa atómica de un átomo, expresada en unidades de masa
atómica (umas). Cada isótopo de un elemento químico puede variar en masa.
La masa atómica de un isótopo indica el número de neutrones que están
presentes en la corteza de los átomos. La masa atómica indica el número
partículas (protones y neutrones) en la corteza de un átomo. La masa atómica
total de un elemento es una media ponderada de las unidades de masa de
sus isótopos. La abundancia relativa de los isótopos en la naturaleza es un
factor importante en la determinación de la masa atómica total de un
elemento.
1.3. ELECTRONEGATIVIDAD DE PAULING.
Se encarga de medir la tendencia de un átomo para atraer la nube
electrónica hacia sí durante el enlace con otro átomo.
La escala de Pauling es un método ampliamente usado para ordenar los
elementos químicos de acuerdo con su electro negatividad. El premio Nobel
Linus Pauling desarrolló esta escala en 1932.
Los valores de electronegatividad no están calculados, ni basados en
fórmulas matemáticas ni medidas. Es más que nada un rango pragmático.
Pauling le dio un valor de 4,0 al elemento con la electronegatividad más alta
posible, el flúor. Al francio, el elemento con la electronegatividad más baja
posible, se le dio un valor de 0,7. A todos los elementos restantes se les dio
un valor entre estos dos extremos.
1.4. DENSIDAD.
Denota el número de unidades de masa del elemento que están presentes
en cierto volumen de un medio. Tradicionalmente la densidad se expresa a
través de la letra griega “ro” (escrita r). Dentro del sistema internacional de
unidades (SI) la densidad se expresa en kilogramos por metro cúbico
(kg/m3
).

3. La densidad de un elemento se expresa normalmente de forma gráfica
con temperaturas y presiones del aire, porque ambas propiedades influyen
en la densidad.
1.5. PUNTO DE FUSIÓN.
Es la temperatura a la cual la forma sólida del elemento o compuesto se
encuentra en equilibrio con la forma líquida. Normalmente se asume que la
presión del aire es de 1atmósfera.
Por ejemplo: el punto de fusión del agua es de 0o
C, o 273 K.
1.6. PUNTO DE EBULLICIÓN.
Simboliza la temperatura a la cual la forma líquida de un elemento o
compuesto se encuentra en equilibrio con la forma gaseosa. Normalmente se
asume que la presión del aire es de 1atmósfera.
Por ejemplo: el punto de ebullición del agua es de 100o
C, o 373 K.
En el punto de ebullición la presión de un elemento o compuesto es de 1
atmósfera.
1.7. RADIO DE VANDERWAALS.
Las fuerzas de Vanderwaals provocan una fuerza entre los dos átomos.
Esta fuerza es más grande cuanto más cerca estén los átomos el uno del otro.
Sin embargo, cuando los dos átomos se acercan demasiado actuará una
fuerza de repulsión, como consecuencia de la repulsión entre las cargas
negativas de los electrones de ambos átomos. Como resultado, se mantendrá
una cierta distancia entre los dos átomos, que se conoce normalmente como
el radio de Vanderwaals.
A través de la comparación de los radios de Vanderwaals de diferentes
pares de átomos, se ha desarrollado un sistema de radios de Vanderwaals, a
través del cual podemos predecir el radio de Vanderwaals entre dos átomos,
mediante una simple suma.
1.8. RADIO IÓNICO.
Es el radio que tiene un ión en un cristal iónico, donde los iones están
empaquetados juntos hasta el punto que sus orbitales atómicos más externos
están en contacto unos con otros. Un orbital es el área alrededor de un átomo
donde, de acuerdo con la probabilidad de encontrar un electrón es máxima.
1.9. ISÓTOPOS.
Son elementos químicamente iguales que tienen igual número atómico
pero diferente número de masa y por lo tanto diferente número de neutrones.
Existe un gran número de isótopos que no son estables. Se desintegrarán
por procesos de decaimiento radiactivo. Los isótopos que son radiactivos se
llaman radioisótopos.

4. 1.10. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA.
Es una descripción de la distribución de los electrones en círculos
alrededor de la corteza. Estos círculos no son exactamente esféricos; tienen
una forma sinuosa. Para cada círculo la probabilidad de que un electrón se
encuentre en un determinado lugar se describe por una fórmula matemática.
Cada uno de los círculos tiene un cierto nivel de energía, comparado con la
corteza. Comúnmente los niveles de energía de los electrones son mayores
cuando están más alejados de la corteza, pero debido a sus cargas, los
electrones también pueden influir en los niveles de energía de los otros
electrones. Normalmente los círculos del medio se llenan primero, pero puede
haber excepciones debido a las repulsiones. Los círculos se dividen en capas
y subcapas, que se pueden numerar por cantidades (K, L, M, N, O, P, Q).
1.11. ENERGÍA DE LA PRIMERA IONIZACIÓN.
La energía de ionización es la energía que se requiere para hacer que un
átomo libre o una molécula pierdan un electrón en el vacío. En otras palabras;
la energía de ionización es una medida de la fuerza con la que un electrón se
enlaza con otras moléculas. Esto involucra solamente a los electrones del
círculo externo.
1.12. ENERGÍA DE LA SEGUNDA IONIZACIÓN.
Aparte de la energía de la primera ionización, que indica la dificultad de
arrancar el primer electrón de un átomo, también existe la medida de energía
par a la segunda ionización. Esta energía de la segunda ionización indica el
grado de dificultad para arrancar el segundo átomo.
También existe la energía de la tercera ionización, y a veces incluso la de la
cuarta y quinta ionizaciones.
1.13. POTENCIAL ESTÁNDAR.
El potencial estándar es el potencial de una reacción redox, cuando está
en equilibrio, con respecto al cero. Cuando el potencial estándar supera al
cero, tenemos una reacción de oxidación y cuando este no supera al cero,
tenemos una reacción de reducción. El potencial estándar de los electrones
se expresa en voltios (V), mediante el símbolo V0
.

5. TRABAJO-II
1. CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN (ESTADO ULTRAFRÍO).
Un hindú de apellido Bose y un ahora famoso Einstein fueron los
primeros que propusieron la existencia de un quinto estado de la materia.
Después del líquido, sólido, gaseoso y el plasma no se había observado una
forma distinta en que la materia pudiera “agregarse”, hasta que en 1995 los
investigadores Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman lograron
crear un nuevo estado de agregación, lo cual les valió el Premio Nobel de
Física en 2001. El hallazgo fue denominado Condensado de Bose-Einstein
(BEC), en honor a los primeros que lo sugirieron, aunque una parte de la
comunidad científica mundial prefiere llamarlo “cubo de hielo cuántico”.
Los datos obtenidos de la existencia de
un nuevo estado de agregación de la
materia, el condensado de Bose-Einstein;
Fueron obtenidos en un gas de átomos de
rubidio, la coloración indica la cantidad de
átomos a cada velocidad, con el rojo
indicando la menor y el blanco indicando la
mayor cantidad. Las áreas blancas y celestes
indican las menores velocidades. A la
izquierda se observa el diagrama inmediato anterior al condensado de Bose-
Einstein y al centro el inmediato posterior. A la derecha se observa el
diagrama luego de cierta evaporación, con la sustancia cercana a un
condensado de Bose-Einstein puro. El pico no es infinitamente angosto debido
a la relación de indeterminación de Heisenberg: dado que los átomos
están confinados en una región del espacio, su distribución de velocidades
posee necesariamente un cierto ancho mínimo. La distribución de la izquierda
es para T > Tc (sobre 400 nanokelvins (nK)), la central para T < Tc (sobre
200 nK) y la de la derecha para T << Tc (sobre 50 nK)
En física, el condensado de Bose-Einstein es el estado de agregación
de la materia que se da en ciertos materiales a temperaturas cercanas
al cero absoluto. La propiedad que lo caracteriza es que una
cantidad macroscópica de las partículas del material pasan al nivel de
mínima energía, denominado estado fundamental. El condensado es una
propiedad cuántica que no tiene análogo clásico. Debido al principio de
exclusión de Pauli, sólo las partículas bosónicas pueden tener este estado
de agregación: si las partículas que se han enfriado son fermiones, lo que
se encuentra es un líquido de Fermi.
1.1. PRIMEROS DESARROLLOS.
En la década de 1920, Satyendra Nath Bose y Albert
Einstein publican conjuntamente un artículo científico acerca de los fotones
de luz y sus propiedades. Bose describe ciertas reglas para determinar si
dos fotones deberían considerarse idénticos o diferentes. Esta se llama
la estadística de Bose (o a veces la estadística de Bose-Einstein). Einstein
aplica estas reglas a los átomos preguntándose cómo se comportarían los
Fig.1
1

6. átomos de un gas si se les aplicasen estas reglas. Así descubre los efectos
que vienen del hecho de que a muy bajas temperaturas la mayoría de los
átomos están al mismo estado cuántico, que sería el menos energético
posible.
Imagínese una taza de té caliente, las partículas que contiene circulan
por toda la taza. Sin embargo cuando se enfría y queda en reposo, las
partículas tienden a ir en reposo hacia el fondo. Análogamente, las partículas
a temperatura ambiente se encuentran a muchos niveles diferentes de
energía. Sin embargo, a muy bajas temperaturas, una gran proporción de
éstas alcanza a la vez el nivel más bajo de energía, el estado fundamental.
La agrupación de partículas en ese nivel inferior se le llama Condensado
de Bose-Einstein (BEC), porque la demostración está hecha de acuerdo con
las ecuaciones de Einstein. Lo que seguramente no pudo imaginar es lo
extraño que se vería una masa de materia con todos sus átomos en un solo
nivel. Esto significa que todos los átomos son absolutamente iguales. No hay
medida que pueda diferenciar uno de otro. Se trata de un estado de
coherencia cuántica microscópico.
1.2. OBTENCIÓN EN EL LABORATORIO.
Eric Cornell y Carl Wieman lograron en 1995 por primera vez, enfriar
átomos al más bajo nivel de energía, menos de una millonésima
de Kelvin por encima del cero absoluto, una temperatura muy inferior a la
mínima temperatura encontrada en el espacio exterior. Utilizaron el método
de enfriamiento por láser, haciendo que la luz rebote en los átomos con más
energía que su impacto sobre los mismos. Cuando los fotones rebotan en el
átomo, el electrón en el átomo que absorbe el fotón salta a un nivel superior
de energía y rápidamente salta de regreso a su nivel original, expulsando el
fotón de nuevo, logrando el descenso de su temperatura.
Para que ello suceda se necesita el color (o frecuencia) exacta de láser
para la clase de átomo a enfriar. Finalmente, la sustancia se enfría aún más
con la evaporación magnética de los átomos con más energía. Consiste en
dejar escapar del confinamiento magnético a los átomos más energéticos,
que al hacerlo se llevan consigo más energía de la que le corresponde,
logrando así dejar dentro los de más baja temperatura. Los átomos perdieron
entonces energía, frenándose y uniéndose entre sí, para dar origen a una
especie de “superátomo”, mucho más denso que el estado sólido.
Ello produjo una temperatura que nunca antes se había alcanzado en
ningún laboratorio del mundo: 180 grados Nano kelvin (nK) o, lo que es lo
mismo, una mil millonésima de grados por encima del cero absoluto. (-270°C)
Eric Cornell y Carl Wieman afirmaron que es muy probable que la
quinta forma de la materia jamás haya existido de modo natural en
ningún otro lugar del universo.
1.3. SUPERFLUIDEZ Y SUPERCONDUCTIVIDAD.
La superconductividad es un ejemplo de condensado. En ésta son
los pares de Cooper (asociaciones de una pareja de electrones) los que se
comportan como un bosón y decae al nivel fundamental. La
superconductividad está caracterizada por la ausencia de resistencia
eléctrica.

7. La superfluidez es otro ejemplo de condensado. El helio cuando se enfría
se licúa, si se sigue enfriando los átomos de helio (que son bosones)
descienden al nivel de mínima energía, el 0 Kelvin. Esto hace que los átomos
no adquieran energía por fricción, lo que hace que no se disipe energía por
movimiento. El resultado es un plano horizontal infinitamente estrecho; como
lo que pasa en el interior de las supernovas cuando su periodo vital se agota
y se transforman en agujeros negros.
Se le atribuye un efecto cuántico macroscópico óptico al condensado
Bose-Einstein de átomos de sodio que, al inducirle electromagnéticamente
el estado de translucidez, tiene la propiedad de reducir la velocidad de la luz
en forma asombrosa. Hasta 20 millones de veces su velocidad en el vacío,
equivalente a 17 metros por segundo (m/s).
2. ROSARIO PAREDES GUTIÉRREZ.
Definió al BEC como “un sistema o un conglomerado de muchas
partículas, tal que éstas tienen mismos efectos cuánticos y muestran una
estadística inherente al tipo de partícula que se esté tratando”. De esta
forma, los átomos se comportan como si fueran un gran átomo, lo que
resulta en una nueva forma en que la materia puede agruparse.
Los átomos están reunidos de diferentes
maneras en cada estado: en el sólido, están
acomodados en un volumen pequeño,
comprimidos sin poder moverse pero siguiendo
una estructura rígida; en el líquido, están en un
espacio más grande en el que pueden
desplazarse; mientras que en el gaseoso, los
átomos tienen más espacio entre ellos.
En el plasma, que es lo que constituye al
Sol y las estrellas, los átomos están separados
en sus partículas individuales y núcleos, como es
muy parecido a un gas, el plasma ocupa un gran
espacio pero está conformado de elementos
cargados eléctricamente.
En el Condensado de Bose-Einstein sucede que los átomos están en
un mismo espacio pero con una característica distintiva: todos actúan como
uno solo.
Los haces inciden en los
átomos para enfriarlos y crear
un BEC.
NASA
Fig.2

8. Distribución de los átomos en los 5 estados de agregación de la materia.
Imagen: Universidad de Valencia.
Este estado únicamente se logra a temperaturas muy bajas, tal vez las
más bajas que hasta ahora se hayan conseguido (cerca del cero absoluto).
Paredes explica que para que los átomos lleguen a esa temperatura es
necesario que los átomos mantengan fija la densidad y al mismo tiempo se
vaya disminuyendo su temperatura. En pocas palabras que se mantengan
juntos y fríos.
Para crear un BEC es necesaria una caja de cristal en la que se crea un
vacío perfecto -que consiste en extraer todo el aire de la caja- para que los
átomos se aíslen, no absorban calor y, con ello, disminuyan su temperatura.
Después, se introduce una pequeña cantidad de gas rubidio puro, cuyas
propiedades (como las del cesio y el sodio) lo hacen enfriar más fácilmente.
Posteriormente, se procede al enfriamiento de la caja a través de luz
láser o enfriamiento por evaporación mediante trampas magnéticas. Dentro
de la caja se colocan las series de átomos de rubidio de tal forma que se
entrecrucen entre ellos.
Rosario Paredes explica que en el caso del enfriamiento por luz láser, se
hacen incidir seis haces –uno por cada cara de la caja- con la finalidad de que
los átomos puedan absorber la radiación y al mismo tiempo sean capaces de
emitir fotones.
Fig.3

9. Haces que inciden a los átomos para conseguir enfriarlos y producir un
BEC. Imagen: NASA.
Luego suceden dos cosas paralelas: al mismo tiempo que los átomos
emiten y absorben fotones, se va creando un efecto Doppler que hace que
haya una variación de frecuencia de los fotones emitidos en función de si se
alejan o se acercan. La misma densidad atómica, que los ‘junta’, obliga a los
átomos a frenar y disminuir su energía cinética (de movimiento), lo que da
como resultado final su enfriamiento.
En 1995 se observó por primera vez un condensado de Bose-Einstein a
partir de un átomo de sodio, acontecimiento que ocurrió 70 años después de
que los físicos lo predijeran en 1925. La doctora Paredes explica que el sodio
se considera un bosón porque la suma “total de sus electrones, protones y
neutrones es un número par”.
Paredes Gutiérrez afirmó que las investigaciones que recientemente
fueron galardonadas con el Premio Nobel de Física 2012 también tienen
relación con los condensados de Bose-Einstein, ya que enfriar átomos
también implica atraparlos en condiciones muy controladas dentro de una
caja.
Por eso, dijo, el BEC es considerado “un laboratorio de la mecánica
cuántica” que permite manipular átomos inmovilizados a temperaturas muy
bajas.
3. “BEC O ESTADO ULTRAFRÍO.”(SÍNTESIS PERSONAL)
Es un estado de agregación de la materia que se consigue a
temperaturas cercanas al cero absoluto.
Fue predicha en 1924 por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, y
fue obtenido en 1995 por los físicos Eric Cornell, Carlo Wieman y
Fig.4

10. Wolfgang Ketterle los que compartieron el premio Nobel de física de
2001.
Vista microscópica del consensado de Bose-Einstein
3.1. CARACTERÍSTICAS.
 Los átomos se encuentran todos en el mismo lugar, formando un
superátomo.
 Este estado, se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas.
 Propiedad que la caracteriza, es que una cantidad microscópica de las
partículas del material pasan al nivel de mínima energía, denominado
estado fundamental.
 El condensado es una propiedad cuántica que no tiene análogo clásico.
 Por el principio de exclusión de Pauli, sólo las partículas bosónicas
pueden tener este estado de agregación.
4. APLICACIONES.
 Se espera que este hallazgo de un quinto estado de la materia puede
tener, en el futuro, aplicaciones prácticas en el campo de la
electrónica y en el desarrollo de los relojes atómicos más preciosos
(chips atómicos) que se hayan construido jamás.
 Página web:
http://www.eluniversal.com.mx/articulo/cultura/patrimonio/2015/08/22/ma
teria-ultrafria-el-objeto-mas-frio-del-universo

11. TRABAJO-III
1. ALOTROPÍA (cambio, giro).
Es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras
moleculares diferentes. Las moléculas formadas por un solo elemento y que
poseen distinta estructura molecular se llaman alótropos.
Oxígeno. Puede existir como oxígeno atmosférico (O2) y
como ozono (O3), que genera el olor penetrante distintivo en las
proximidades de las caídas de agua.
Fósforo. Se manifiesta como fósforo rojo (P4) y como fósforo
blanco (P2), de características físicas distintas.
Carbono. Variedades
alotrópicas: grafito, diamante, grafeno, fullereno y carbino.
En el estado sólido las propiedades alotrópicas ocurren en elementos de
una misma composición, pero aspectos diferentes. Por lo tanto, la propiedad
debe ocurrir en el mismo estado de agregación de la materia.
La explicación de las diferencias de propiedades se ha encontrado en la
disposición espacial de los átomos. Por ejemplo, en los cristales de diamante
cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos vecinos de este mismo
elemento, por lo cual adopta una ordenación en forma de tetraedro que le
confiere una dureza particular. La hibridación del carbono en el diamante es
sp3
.
En el grafito, los átomos de carbono están dispuestos en capas
superpuestas. En cada capa ocupan los vértices de hexágonos regulares
imaginarios. De este modo, cada átomo está unido a tres de la misma capa
con más intensidad y a uno de la capa próxima de manera más débil. En este
caso la hibridación del carbono es sp2
. Esto explica la blandura y la untuosidad
–al tacto– del grafito. La mina de un lápiz forma el trazo porque, al
desplazarse sobre el papel, a éste se adhiere una delgada capa de grafito.
El diamante y el grafito, por ser dos sustancias simples diferentes,
sólidas, constituidas por átomos de carbono, reciben la denominación
de variedades alotrópicas del elemento carbono.
Una tercera variedad alotrópica del carbono es el fullereno (C60
)
o buckminsterfullereno (en honor del arquitecto Buckminster Fuller), por
haber construido la cúpula geodésica en la Île Sainte-Hélène, Montreal.
Puesto que tiene forma de balón de fútbol, al buckminsterfullereno también
se le conoce como bucky ball.
1.2. LISTA DE ALÓTROPOS.
1.2.1. NO METALES Y METALOIDES.
Carbono, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Selenio, Germanio,
Silicio, Arsénico, Antimonio, Estaño, Boro.

12. 1.2.2. METALES.
Entre los elementos metálicos de origen natural (hasta U, sin Tc y Pm),
28 están en condiciones de ambiente de presión alotrópicos: Li, Be, Na, Ca,
Sr, Ti, Mn, Fe, Co, Y, Zr, Sn, La, Ce, Pr, Nd, (Pm), Sm, Gd, Tb, Dy, Yb, Hf, Tl,
Po, Th, Pa, U. Considerando sólo la tecnología pertinente, seis metales son
alótropos:
Ti (titanio) a 833 ˚C, Fe (hierro) a 912 °C y 1 394 ˚C, Co (cobalto) a
427 ˚C, Zr (circonio) a 863 ˚C, Sn (estaño) a 13 ˚C, U (uranio) a 668°C y
776 ˚C
1.3. ESTRUCTURAS ALOTRÓPICAS.
Entre las estructuras alotrópicas comunes tenemos las del azufre.
Este no metal tiene un color amarillento, amarronado o anaranjado. Es
blando, frágil, ligero, desprende un olor característico a huevo podrido al
combinarse con hidrógeno y arde con llama de color azul,
desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve
en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de
oxidación -2, +2, +4 y +6. En todos los estados (sólido, líquido y gaseoso)
presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente
conocidas. Sus estructuras Alotrópicas comunes son:
1.3.1. AZUFRE RÓMBICO:
Es conocido de la misma manera como azufre α. Se halla de la
transformación estable del elemento químico por debajo de los 95.5 °C (204
°F, el punto de transición), y la mayor parte de las otras formas se revierten
a esta modificación si se las deja permanecer por debajo de esta temperatura.
El azufre rómbico posee un color amarillo limón, insoluble en agua, levemente
soluble en alcohol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en
disulfuro de carbono. Posee una densidad de 2.07 g/cm3
(1.19 oz/in3
), una
dureza de 2.5 en la escala de Mohs y la fórmula molecular que presenta es
S8.
1.3.2. AZUFRE MONOCLÍNICO:
También es llamado azufre prismático o azufre β. Viene siendo la
modificación estable del elemento por encima de la temperatura de transición
mientras que se encuentra por debajo del punto de fusión.
1.3.3. AZUFRE FUNDIDO:
Se cristaliza en prismas en forma de agujas que son casi incoloras. Posee
una densidad de 1.96 g/cm3
(1.13 oz/in3
), un punto de fusión de 119.0 °C
(246.7 °F) y la fórmula molecular que ostenta es S8.

13. 1.3.4. AZUFRE PLÁSTICO:
Denominado también azufre gamma. Se produce cuando el azufre
fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él, es enfriado al estado
sólido. Esta forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de
carbono.
1.3.5. AZUFRE LÍQUIDO:
Posee la propiedad notable de aumentar su viscosidad si sube la
temperatura. Su color cambia a negro rojizo oscuro cuando su viscosidad
aumenta, y el oscurecimiento del color y la viscosidad logran su máximo a
200 °C (392 °F). Por encima de esta temperatura, el color se aclara y la
viscosidad disminuye.
En el punto normal de ebullición del elemento químico (444.60 °C u
832.28 °F) el Azufre gaseoso presenta un color amarillo naranja. Cuando la
temperatura aumenta, el color se torna rojo profundo y después se aclara,
aproximadamente a 650 °C (202 °F), y adquiere un color amarillo paja.

14. TRABAJO-IV
1. ELEMENTOS BÁSICOS DE FÍSICA NUCLEAR
1.1. REACCIONES NUCLEARES.
Una reacción nuclear es un proceso de combinación y
transformación de las partículas y núcleos atómicos. Una reacción
nuclear se representa mediante una ecuación que muestra el proceso en el
que intervienen núcleos atómicos. Ya se han visto a lo largo de estos
apuntes algunas reacciones referentes a procesos radiactivos ya que
la desintegración α y β pueden considerarse como reacciones
nucleares. Existen otro tipo de reacciones nucleares consistentes en el
bombardeo de un núcleo con otros núcleos de menor tamaño o, incluso, con
partículas subatómicas.
La primera reacción nuclear (diferente a la desintegración radiactiva)
estudiada lo fue por parte de Rutherford en 1919: consiste en el
bombardeo de núcleos de nitrógeno-14 con partículas α (procedentes
de la desintegración del radio-226):
Podemos pensar que el sueño de los alquimistas está cerca pues el
nitrógeno se ha convertido en oxígeno de forma artificial. Otro ejemplo
de reacción nuclear, utilizada por Irene-Joliot Curie (hija de Marie y Pierre
Curie) y su esposo Jean Fréderic Joliot-Curie les permitió descubrir la
radiactividad artificial:
El fósforo-30 es radiactivo, fue el primer isótopo radiactivo
sintetizado en un laboratorio y permitió al matrimonio descubridor recibir el
premio Nobel en 1935.
Podemos ver en la última reacción nuclear un motivo del porqué de la
peligrosidad de la partícula α ya que produce reacciones nucleares que dan
lugar a nuevos núcleos radiactivos.
Más ejemplos:
Podemos ver en todas estas reacciones que se debe conservar la masa
(la suma de los números másicos de los productos y reactivos es la misma)
y la carga (la suma de los números atómicos –protones- en productos y
reactivos es la misma).
El catálogo de partículas y núcleos utilizados para bombardear es muy
extenso. Las más importantes, junto con sus símbolos, son:
Las partículas con carga eléctrica se pueden acelerar con
campos eléctricos y magnéticos con el objeto de facilitar el choque y
la reacción (aceleradores de partículas) al impactar a gran velocidad con
el blanco. El neutrón y otras partículas neutras no se pueden acelerar dado
su carácter neutro.

15. 1.2. REACCIÓN DE FISIÓN.
Es un tipo de reacción nuclear que se produce cuando un núcleo
pesado se divide en dos o más núcleos ligeros. En estas reacciones se
libera mucha energía.
La fisión nuclear fue descubierta en 1939 por O. Hahn y F.
Strassmann al bombardear un núcleo de uranio-235 con un neutrón.
Se produce uranio-236, un núcleo muy inestable que se fisiona en dos núcleos
más ligeros según la reacción:
A pesar de que el uranio-235 es energéticamente menos estable que
sus productos de fisión, no se fisiona de forma espontánea. Necesita
una energía de activación que se obtiene de la captura de un neutrón
por el núcleo. La energía desprendida se puede determinar calculando
exactamente el defecto de masa entre productos y reactivos pues aunque la
suma de los números másicos de productos y reactivos se conserva, hay una
diferencia entre el las masas experimentales de productos y reactivos.
Una serie de consideraciones a tener en cuenta:
 El uranio-235 que permitió descubrir la fisión nuclear no es
precisamente el isótopo más abundante del uranio. Enriquecer
una muestra de un elemento en un isótopo concreto no es una
tecnología que esté al alcance de todos los países.
 Los dos fragmentos producto de la fisión no son siempre los
mismos. En la reacción anterior los fragmentos son el bario-141 y el
kriptón-92, pero estos fragmentos son el caso más probable de
ruptura. La probabilidad de fisión del uranio-235 varía en función del
número másico de los núcleos producto de la misma. La mayor parte
de los núcleos obtenidos en la fisión son radiactivos y dan lugar
a sus propias series radiactivas.
 La energía liberada es del orden de 200 MeV por reacción, es decir, por
átomo de uranio fisionado. Si suponemos que tenemos 235 g de
uranio-235, tendremos un número de Avogadro de átomos de uranio
fisionales a 200 MeV por átomo dan un total de 12 • 1025 MeV de
energía = 192 • 1011 J. Un kilogramo de uranio-235 produciría
por fisión una energía cuya cantidad es 1.800.000 veces
superior a la obtenida por quemar 1 kg de gasolina (1 kg de
gasolina produciría 4’6 • 107 J).
 En las reacciones de fisión se producen entre 2 y 3 neutrones,
dependiendo de los núcleos producto de la reacción de fisión. Estos
neutrones pueden fisionar a otros núcleos de uranio-235 y producir
una reacción en cadena. Para que se produzca dicha reacción en
cadena debe haber un número determinado de núcleos del elemento
fisionable, es su masa crítica. Enrico Fermi fue el primer físico que
produjo una reacción en cadena en 1942 en Chicago.

16.  Otros núcleos fisionables son el torio, protoactinio, plutonio,…
1.3. FUSIÓN NUCLEAR.
Es un tipo de reacción nuclear en la que núcleos ligeros se unen
para producir un núcleo más pesado. Sería una reacción inversa a la fisión
nuclear:
La energía desprendida en el ejemplo anterior es de 17’6 MeV ya que los
productos presentan un defecto de masa de 0’0189 u. El desprendimiento
de energía se produce porque el núcleo de helio-4 es más estable que
los núcleos de deuterio y tritio y se desprende la energía de enlace
correspondiente.
Tal como sucede en la fisión, para iniciar un proceso de fusión
nuclear es necesaria una energía de activación. En el caso de la fusión,
la energía necesaria para que los núcleos se unan venciendo las repulsiones
electrostáticas es proporcionada por una energía térmica muy elevada
(correspondiente a temperaturas superiores al millón de grados Kelvin).
Los núcleos de pequeño peso atómico, como el deuterio o el tritio,
son los más adecuados para producir fusión nuclear.
Las reacciones de fusión, también llamadas termonucleares, tienen
lugar de forma natural en el Sol y las estrellas, gracias a las altas
temperaturas de su interior. De forma artificial, en cambio, el ser humano
sólo ha conseguido (hasta ahora) la fusión en cadena de forma explosiva:
se trata de la bomba de hidrógeno o bomba H. Mediante una bomba
atómica de fisión se alcanza la temperatura necesaria para llevar a cabo la
reacción de fusión, es decir, en una bomba H una bomba atómica es el
detonador.

17. TRABAJO-V
1. RAYOS CATÓDICOS.
Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos
de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos
electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en
una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite
una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio
detrás del ánodo están cubiertas con un material fluorescente, brillan
intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una
sombra en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de la emisión de
luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fluorescente. Los
rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante
una cierta distancia. Este fenómeno fue estudiado por los físicos a finales del
siglo XIX, otorgándose un premio Nobel a Philipp von Lenard. Los rayos
catódicos primeramente fueron producidos por los tubos de Geissler. Los
tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por
William Crookes y se los llamó tubos de Crookes. Pronto se vio que los rayos
catódicos están formados por los portadores reales de la electricidad que
ahora se conocen como electrones. El hecho de que los rayos son emitidos
por el cátodo, es decir el electrodo negativo, demostró que los electrones
tienen carga negativa.
En 1879, William crookes
realizaba experimentos con un
tubo de vidrio, al cual le había
conectado una bomba de vacío
para retirar la mayor parte del
gas en el interior del tubo. En
su interior y uno en cada extremo
del tubo, estaban insertados dos
discos metálicos denominados
electrodos. Cuando se les
conectaba a una fuente de voltaje
mediante cables separados, uno
de los discos se cargaba
positivamente y otro negativamente.
Al aplicar una gran descarga eléctrica, en el interior del tubo se
observaba un rayo de luz que se originaba en el cátodo (electrodo
negativo) y se propagaba hacia el ánodo (electrodo positivo). A estos
rayos se les llamó rayos catódicos. Cuando se acercaba un imán al tubo se
observó que el rayo se desviaba. Esto llevó a la conclusión de que estos
rayos poseían carga.
Fig. 1

18. Los rayos catódicos se propagan en línea recta en ausencia de influencias
externas e independientemente de dónde se sitúe el ánodo, pero son
desviados por los campos eléctricos o magnéticos (que pueden ser producidos
colocando los electrodos de alto voltaje o imanes fuera del tubo de vacío -
esto explica el efecto de los imanes en una pantalla de TV). El refinamiento
de esta idea es el tubo de rayos catódicos (CRT), también conocido como
tubo de Crookes (porque fue inventado en 1875 por Crookes). El CRT es la
clave en los televisores, los osciloscopios, y las cámaras de televisión vidicón.
Diagrama esquemático de un Tubo de
Crookes. A es una fuente de baja tensión que
calienta el cátodo C. B es una fuente de alto
voltaje que suministra tensión al ánodo
revestido de fósforo P. La máscara M está
conectada al potencial del cátodo y su imagen
se proyecta en los fósforos como el área no
brillante.
1.2. DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS.
El descubrimiento de los rayos catódicos, que se produce durante los
años 1858 y 1859, fue obra del matemático y físico alemán Julius
Plücker (1801 - 1868), quién denominaría con este nombre a los rayos que
emanaban de una lámpara de vacío con la que se encontraba trabajando por
aquel entonces.
1.3. LA NATURALEZA DE LOS RAYOS SEGÚN THOMPSON.
En el año 1897, el físico inglés Joseph John Thompson estudió el
comportamiento y los efectos de los rayos catódicos. En sus
experimentaciones observó que cuando en un tubo de vidrio que lleva
soldados dos electrodos conectados a una gran tensión (de 20000 a 100000
voltios) se hace el vacío (aproximadamente 0,001 mm HG), al producirse una
descarga se aprecia una luminosidad o fluorescencia verdosa en la pared
localizada frente al cátodo, que los investigadores supusieron que era debida
a la existencia de unos rayos procedentes del electrodo negativo, que
llamaron rayos catódicos. Según las observaciones de Thompson, estos
rayos:
 Se propagan en línea recta.
 Al colocar un imán, se produce un campo magnético el cuál desvía a
los rayos catódicos. (Regla de la mano derecha)
 Producen efectos mecánicos, térmicos, químicos y luminosos.
 Si se pone unas aspas delante, las hace girar, demostrando así que el
electrón tiene masa.
 Sus componentes, los electrones, son universales, puesto que al
cambiar el gas contenido en el tubo, no cambia la naturaleza de los
rayos.
Fig. 2

19. El físico inglés J.J Thompson, en 1897, al estudiar las propiedades y
los efectos de los rayos catódicos, dedujo inicialmente su carácter
corpuscular y su naturaleza eléctrica negativa.
Una vez hecho el estudio de la relación carga/masa para tales partículas,
se obtuvo siempre el mismo valor (1,758796 × 1011
C/kg) fueran cuales
fuesen las condiciones en las que se produjeran los rayos y la naturaleza del
gas encerrado en el tubo. A propuesta del físico irlandés George Johnstone
Stoney, se bautizó a estas partículas con el nombre de electrones,
suponiéndolas como partículas elementales de la electricidad o, como se dice
en la actualidad, cargas eléctricas elementales.
Posteriores investigaciones de Millikan, en 1913, y de Hopper y Labby,
en 1941, permitieron obtener el valor de la carga eléctrica que poseen, así
como también deducir su masa.
 Carga del electrón: -1,602 × 10-19
C
 Masa del electrón: 9,1 × 10-31
kg
1.4. PROPIEDADES Y EFECTOS DE LOS RAYOS CATÓDICOS.
Las principales propiedades de los rayos catódicos son las mostradas a
continuación:
 Los rayos catódicos salen del cátodo perpendicularmente a su
superficie y en ausencia de campos eléctricos o magnéticos se
propagan rectilíneamente.
 Son desviados por un campo eléctrico, desplazándose hacia la parte
positiva del campo.
 Son desviados por campos magnéticos.
 Producen efectos mecánicos; la prueba de ello es que tienen la
capacidad de mover un molinete de hojas de mica que se interpone en
su trayectoria.
 Transforman su energía cinética en térmica, elevando la temperatura
de los objetos que se oponen a su paso.
 Impresionan placas fotográficas.
 Excitan la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el
vidrio o el sulfuro de cinc.
 Ionizan el aire que atraviesan.

20. TRABAJO-VI
1. MODELO ATÓMICO DE THOMPSON (BUDÍN DE PASAS).
El modelo atómico de Thompson es una
teoría sobre la estructura atómica propuesta en
1904 por Joseph John Thompson, quien descubrió
el electrón1 en 1897, mucho antes del
descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho
modelo, el átomo está compuesto por electrones
de carga negativa en un átomo positivo,
incrustados en este al igual que las pasas de un
pudin. A partir de esta comparación, fue que el
supuesto se denominó “Modelo del budín de
pasas”. Postulaba que los electrones se
distribuían uniformemente en el interior de los
átomos suspendidos en una nube de carga
positiva. El átomo se consideraba como una
esfera con carga positiva con electrones
repartidos como pequeños gránulos. La
herramienta principal con la que contó Thompson
para su modelo atómico fue la electricidad.
1.2. ÉXITOS DEL MODELO.
El nuevo modelo atómico usó la amplia evidencia obtenida gracias al
estudio de los rayos catódicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si
bien el modelo atómico de Dalton daba debida cuenta de la formación de los
procesos químicos, postulando átomos indivisibles, la evidencia adicional
suministrada por los rayos catódicos sugería que esos átomos contenían
partículas eléctricas de carga negativa. El modelo de Dalton ignoraba la
estructura interna, pero el modelo de Thomson aunaba las virtudes del
modelo de Dalton y simultáneamente podía explicar los hechos de los rayos
catódicos.
1.2. INSUFICIENCIAS DEL MODELO.
Si bien el modelo de Thompson explicaba adecuadamente muchos de los
hechos observados de la química y los rayos catódicos, hacía predicciones
incorrectas sobre la distribución de la carga positiva en el interior de los
átomos. Las predicciones del modelo de Thompson resultaban incompatibles
con los resultados del experimento de Rutherford, que sugería que la carga
positiva estaba concentrada en una pequeña región en el centro del átomo,
que es lo que más tarde se conoció como núcleo atómico. El modelo atómico
de Rutherford, permitió explicar esto último, revelando la existencia de un
núcleo atómico cargado positivamente y de elevada densidad.
Esquematización del modelo
de Thompson titulado
“budín de pasas” era
bastante razonable y fue
aceptado durante varios
años, ya que explica varios
fenómenos.
Fig. 1

21. Otro hecho que el modelo de Thompson había dejado por explicar era la
regularidad de la tabla periódica de Mendeleiev. Los modelos de Bohr,
Sommerfeld y Schrödinger finalmente explicarían las regularidades periódicas
en las propiedades de los elementos químicos de la tabla, como resultado de
una disposición más estructurada de los electrones en el átomo, que ni el
modelo de Thompson ni el modelo de Rutherford habían considerado.
2. RAYOS ANÓDICOS.
Los rayos anódicos, también conocidos
con el nombre de canales o positivos, son
haces de rayos positivos construidos por
cationes atómicos o moleculares que se
desplazan hacia el electrodonegativo en un
tubo de Crookes.
Estos rayos fueron observados por vez
primera por el físico alemán Eugen
Goldstein, en el año 1886. Además, el
trabajo realizado por científicos como
Wilhelm Wien y Joseph John Thompson
sobre los rayos anódicos, acabaría
desembocando en la aparición de la
espectrometría de masas.
2.1. PROPIEDADES Y EFECTOS DE LOS RAYOS ANÓDICOS.
 Su carga es positiva e igual o múltiplo
entero de la del electrón.
 La masa y la carga de las partículas
que constituyen los rayos canales
varía según la naturaleza del gas
encerrado en el tubo y,
generalmente, aquella es igual a la
masa atómica de dicho elemento
gaseoso.
 Son desviados por campos eléctricos
y magnéticos, desplazándose hacia
la parte negativa del campo.
Ánodo de tubo de rayos anódicos
mostrando los rayos que pasan a través
del cátodo perforado y causando el brillo
de color rosa por encima de ella.
Fig. 2
Fig.3

22. 3. RAYOS X.
Los rayos x, son energía electromagnética invisible al ojo humano, la
cual es utilizada, como una manera para obtener o sacar imágenes internas
de los tejidos, huesos y órganos de nuestro cuerpo u organismo.
3.1. DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X.
Los rayos X fueron descubiertos de forma accidental en 1895 por el físico
alemán Wilhelm Conrad Roentgen mientras estudiaba los rayos catódicos
en un tubo de descarga gaseosa de alto voltaje. A pesar de que el tubo estaba
dentro de una caja de cartón negro, Roentgen vio que una pantalla de platino
cianuro de bario, que casualmente estaba cerca, emitía luz fluorescente
siempre que funcionaba el tubo.
El 22 de diciembre, un día memorable, al no
poder manejar al mismo tiempo su carrete, la placa
fotográfica de cristal y colocar su mano sobre ella,
le pide a su esposa que coloque la mano sobre la
placa durante quince minutos. Al revelar la placa de
cristal apareció la mano de Berta, la primera imagen
radiográfica del cuerpo humano. . Determinó que la
fluorescencia se debía a una radiación invisible más
penetrante que la radiación ultravioleta Roentgen
llamó a los rayos invisibles “rayos X” por su
naturaleza desconocida. Posteriormente, los rayos X
fueron también denominados rayos Roentgen en su
honor. Así nace una de las ramas más poderosas y
excitantes de la Medicina: la Radiología.
3.2. NATURALEZA DE LOS RAYOS X.
Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda va
desde unos 10 nm hasta 0,001 nm (1 nm o nanómetro equivale a 10-9 m).
Cuanto menor es la longitud de onda de los rayos X, mayores son su energía
y poder de penetración. Los rayos de mayor longitud de onda, cercanos a la
banda ultravioleta del espectro electromagnético, se conocen como rayos X
blandos; los de menor longitud de onda, que están más próximos a la zona
de rayos gamma o incluso se solapan con ésta, se denominan rayos X duros.
Los rayos X formados por una mezcla de muchas longitudes de onda
diferentes se conocen como rayos X ‘blancos’, para diferenciarlos de los
rayos X monocromáticos, que tienen una única longitud de onda. Tanto la
luz visible como los rayos X se producen a raíz de las transiciones de los
electrones atómicos de una órbita a otra. La luz visible corresponde a
transiciones de electrones externos y los rayos X a transiciones de electrones
internos. En el caso de la radiación de frenado o bremsstrahlung, los rayos
X se producen por el frenado o deflexión de electrones libres que
atraviesan un campo eléctrico intenso.
Primera Radiografía tomada
por Wilhelm Roentgen a su
esposa en 1896.
Fig. 4

23. Los rayos gamma, cuyos efectos son similares a los de los rayos X, se
producen por transiciones de energía en el interior de núcleos excitados. Los
rayos X se producen siempre que se bombardea un objeto material con
electrones de alta velocidad. Gran parte de la energía de los electrones se
pierde en forma de calor; el resto produce rayos X al provocar cambios en
los átomos del blanco como resultado del impacto. Los rayos X emitidos no
pueden tener una energía mayor que la energía cinética de los electrones que
los producen. La radiación emitida no es monocromática, sino que se
compone de una amplia gama de longitudes de onda, con un marcado límite
inferior que corresponde a la energía máxima de los electrones empleados
para el bombardeo. Este espectro continuo se denomina a veces con el
término alemán bremsstrahlung, que significa ‘radiación de frenado’, y
es independiente de la naturaleza del blanco. Un electrón de alta velocidad
que choca contra el blanco puede hacer dos cosas: inducir la emisión de rayos
X de cualquier energía menor que su energía cinética o provocar la emisión
de rayos X de energías determinadas, que dependen de la naturaleza de los
átomos del blanco.
3.3. PRODUCCIÓN DE LOS RAYOS X.
Los rayos X se producen siempre que una sustancia es irradiada con
electrones con alta energía. Un tubo Convencional de rayos X consiste
básicamente de un cátodo y un ánodo colocados dentro de un envase de
vidrio al vacío
3.3.1. RADIOLOGÍA.
Especialidad médica que utiliza la radiación para el diagnóstico y el
tratamiento de las enfermedades. Los rayos X y los restantes tipos de
radiación son formas de energía producidas durante la desintegración de los
átomos. La radiología, en sus vertientes diagnóstica y terapéutica, emplea
radiaciones ionizantes (rayos alfa, beta, gamma y rayos X).
3.3.2. MAMÓGRAFO.
Es un aparato que permite, la detección de del cáncer de mama, a través
de la mamografía. La mamografía es un método de diagnóstico para el
estudio de la glándula mamaria que emplea rayos X, con muy baja dosis de
radiación es capaz de detectar múltiples problemas.
3.3.3. TOMOGRAFÍA.
Es el procesado de imágenes por secciones. Un aparato usado en
tomografía es llamado tomógrafo, mientras que la imagen producida es un
tomograma. Este método es usado en medicina, arqueología, biología,
geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En la
mayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamado
reconstrucción tomográfica. Hay muchos tipos diferentes de tomografía (la
palabra griega tomos conlleva el significado de "un corte" o "una sección".
Una tomografía de varias secciones de un cuerpo es conocida como poli
tomografía.

24. 3.3.4. CARACTERÍSTICAS MÁS IMPORTANTES DE LOS RAYOS X.
 Efecto luminiscente: los rayos X tienen la capacidad de que al incidir
sobre ciertas sustancias, éstas emitan luz.
 Efecto fotográfico: los rayos X tienen la capacidad de producir el
ennegrecimiento de las emulsiones fotográficas, una vez reveladas y
fijadas éstas. Esta es la base de la imagen radiológica.
 Efecto ionizante: los rayos X tienen la capacidad de ionizar los gases
(Ionización: acción de eliminar o añadir electrones).
 Efecto biológico: son los efectos más importantes para el hombre, y se
estudian desde el aspecto beneficioso para el ser humano en la
Radioterapia, y desde el negativo, intentando conocer sus efectos
perjudiciales, en la Protección Radiológica.
4. RAYOS ALFA (α).
Las partículas (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 núcleos 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. Tiene una carga de coulomb y una masa de
kg.
4.1. HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO.
En los años 1899 y 1900, los físicos Ernest Rutherford (trabajando en la
Universidad McGill en Montreal, Canadá) y Paul Villard (trabajando en
París) separaron la radiación en tres tipos basándose en la penetración de
objetos y en la deflexión por un campo magnético, finalmente nombradas por
Rutherford radiación alfa, radiación beta y radiación gamma.1 Los rayos alfa
fueron definidos por Rutherford como los que tienen la menor penetración de
objetos ordinarios.
Fig. 5

25. 5. RAYOS BETA (β).
Una partícula beta (β) es un electrón
que sale despedido de una desintegración
beta. 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. Esto se debe a que el
número de masa o másico sólo representa el
número de protones y neutrones; en este
caso el número total no se ve afectado, ya que
un neutrón pasa a ser protón, emitiendo un electrón. Cabe destacar que el
electrón emitido proviene del núcleo del átomo (transformación entre quarks)
y no de un orbital de éste.
5.1. HISTORIA.
Henri Becquerel, mientras experimentaba con fluorescencia, descubrió
accidentalmente que el uranio impresionaba una placa fotográfica, envuelta
con papel negro, con una radiación desconocida que no pudo ser considerada
como rayos X.
La radiación alfa consiste en
núcleos de helio-4 (4He) y es
detenida fácilmente por una hoja
de papel. La radiación beta, que
consiste en electrones, es
detenida por una placa de
aluminio. La radiación gamma es
finalmente absorbida cuando
penetra en un material denso. El
plomo es bueno en la absorción
de la radiación gamma, debido a
su densidad.
Una partícula alfa es desviada por un campo
magnético.
Fig. 6 Fig. 7
Partícula-α
EL CAMPO MAGNÉTICO EN LA IMAGEN.
Partícula beta.
Fig. 8

26. Ernest Rutherford continuó estos experimentos y descubrió dos tipos
diferentes de radiación:
 Partículas alfa que no aparecen en las placas de Becquerel porque eran
fácilmente absorbidas por las envolventes negro.
 Partículas beta que son 100 veces más penetrantes que las partículas
alfa.
Publicó sus resultados en 1899. En 1900 Becquerel midió la relación
masa carga (e ∕ m) para la partícula beta por el método que J.J. Thompson
había usado para estudiar los rayos catódicos e identificar el electrón.
Encontró que para una partícula beta e ∕ m era la misma que la de los
electrones de Thomson, y por lo tanto sugirió que la partícula beta era, de
hecho, un electrón.
6. RAYOS GAMMA (γ).
Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética (EM, por
sus siglas en inglés) con energía extremadamente elevada. La radiación de
rayos gamma tiene longitud de onda mucho más corta que la luz visible, por
lo que los fotones de rayo gamma tienen muchísima más energía que los
fotones de luz.
Los rayos Gamma son la más alta forma de energía de la radiación electromagnética.
Fig. 9

27. Los rayos gamma se encuentran en el
extremo más elevado de energía del campo
electromagnético Los rayos X, que tienen
energía un poco menor a la de los rayos
gamma, son vecinos de los rayos gamma en
el espectro de radiación electro magnética
(EM). De hecho, los rangos espectrales de los
rayos X y los rayos gamma se sobreponen.
Los rayos gamma tienen longitud de ondas
de aproximadamente 100 picometros (100 x
10-12
metros) o menores, o energías por fotón
de por lo menos 10 keV. Este tipo de onda
electromagnética oscila en una frecuencia de
3 exahertz (Hez o 1018
Hertz) o mayor.
No existe una marcada diferencia entre la energía más elevada de los
rayos-X y la energía más baja de los rayos gamma. De hecho, la diferencia
entre los rayos-X y los rayos gamma se basa en el origen de radiación, no en
la frecuencia o longitud de onda electromagnética. Los rayos gamma se
producen a causa de transiciones nucleares, mientras que los rayos-X son
resultado de la aceleración de electrones. Los fotones con energías
aproximadas entre 10 keV y unos cuantos cientos de keV, pueden ser tanto
rayos X duros como rayos gamma.
6.1. UTILIZACIÓN.
La potencia de los rayos gamma los hace útiles para esterilización de
equipo médico. Se suelen utilizar para exterminar bacterias e insectos en
productos alimentarios tales como carne, setas, huevos y verduras, con el fin
de mantener su frescura.
Debido a la capacidad de penetrar en los tejidos, los rayos gamma o los
rayos X tienen un amplio espectro de usos médicos, como realización de
tomografías y radioterapias. Sin embargo, por su condición de radiación
ionizante, si se afecta el ADN conllevan habilidad de provocar cambios
moleculares que pueden repercutir en efectos cancerígenos.
A pesar de las propiedades cancerígenas, los rayos gamma también se
utilizan para tratamiento de ciertos tipos de cáncer. En el procedimiento
llamado cirugía gamma-knife, múltiples rayos concentrados de rayos gamma
se dirigen hacia células cancerosas. Los rayos se emiten desde distintos
ángulos para focalizar la radiación en el tumor, a la vez que se minimiza el
daño a los tejidos de alrededor.
Los rayos gamma también se utilizan en Medicina nuclear para realizar
diagnósticos. Se utilizan muchos radioisótopos emisores de rayos gamma.
Uno de ellos es el tecnecio 99m: 99mTc. Cuando se le administra a un
paciente, una cámara gamma puede utilizar la radiación emitida para obtener
una imagen de la distribución del radioisótopo. Esta técnica se emplea en
diagnosis de un amplio espectro de enfermedades, por ejemplo en detección
de cáncer óseo (de huesos).
Radiación gamma.
Fig. 10

28. 7. RADIOACTIVIDAD.
La radiactividad es una propiedad de ciertos elementos químicos cuyos
núcleos atómicos son inestables: con el tiempo, para cada núcleo llega un
momento en que alcanza su estabilidad al producirse un cambio interno,
llamado desintegración radiactiva, que implica un desprendimiento de
energía conocido de forma general como "radiación". La energía que
interviene es muy grande si se compara con la desprendida en las reacciones
químicas en que pueden intervenir las mismas cantidades de materiales, y el
mecanismo por el cual se libera esta energía es totalmente diferente.
Radiactividad fue descubierta
en 1896 por el químico francés
Becquerel durante sus estudios
sobre la fluorescencia. Observó
que una placa fotográfica no
expuesta a la luz y envuelta en
papel negro era impresionada
como por la luz visible o
ultravioleta (o por los rayos X
recientemente descubiertos por
Röntgen), cuando el paquete se
ponía en contacto con compuestos
del elemento pesado uranio.
Dedujo (correctamente) que este
elemento debía producir algún tipo
de radiación la cual atravesaba el
papel hasta alcanzar y afectar a la emulsión fotográfica. Un cuidadoso estudio
emprendido por Becquerel y otros científicos, entre ellos los Curie, Joliot,
Soddy, Rutherford, Chadvick y Geiger, reveló que cierto número de
elementos químicos pesados (muchos de ellos no descubiertos antes a causa
de su rareza) parecían ser interiormente inestables y daban a origen a
radiaciones penetrantes. Con ello, esos mismos elementos se transformaban
en otros diferentes, siguiendo caminos complicados, pero bien definidos, en
busca de una estabilidad final. Este fenómeno totalmente distinto de cualquier
otro estudiado hasta entonces, recibió el nombre de radiactividad, y el
proceso de transformación fue llamado desintegración radiactiva.
7.1. TIPOS DE RADIACIÓN.
7.1.1. ALFA.
Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos
neutrones y dos protones (núcleos de helio). Son desviadas por campos
eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Son
muy energéticas. Fueron descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar
partículas alfa a través de un fino cristal y las atrapó en un tubo de descarga.
Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al
final de la tabla periódica (masa A >100).
Fig. 11

29. Estos núcleos tienen muchos protones y la repulsión eléctrica es muy
fuerte, por lo que tienden a obtener N aproximadamente igual a Z (número
atómico), y para ello se emite una partícula alfa. En el proceso se desprende
mucha energía, que se convierte en la energía cinética de la partícula alfa,
por lo que estas partículas salen con velocidades muy altas.
7.1.2. BETA.
Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas)
resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo
cuando este se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos
magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan
elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa
una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad
(debido al protón ganado o perdido). Existen tres tipos de radiación beta: la
radiación beta-, que consiste en la emisión espontánea de electrones por
parte de los núcleos; la radiación beta+, en la que un protón del núcleo se
desintegra y da lugar a un neutrón, a un positrón o partícula Beta+ y un
neutrino, y por último la captura electrónica que se da en núcleos con exceso
de protones, en la cual el núcleo captura un electrón de la corteza electrónica,
que se unirá a un protón del núcleo para dar un neutrón.
7.1.3. GAMA.
Se trata de ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de
radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen
mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón
para detenerlas. En este tipo de radiación el núcleo no pierde su identidad,
sino que se desprende de la energía que le sobra para pasar a otro estado de
energía más baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones muy energéticos.
Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan
penetrante y tan energética, éste es el tipo más peligroso de radiación.
Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Frederick Soddy y
Kasimir Fajans, son:
 Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del
átomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico
(Z) en 2.
 Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número
atómico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa atómica
(A) se mantiene constante.
 Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma, no varía ni su
masa ni su número atómico: sólo pierde una cantidad de energía hν
(donde "h" es la constante de Planck y "ν" es la frecuencia de la
radiación emitida).

30. En si la radioactividad es una propiedad
muy importante para la humanidad pero a la
vez muy peligrosa.
Lo importante es que la sociedad se
tome precauciones para tratar de controlar
al máximo esta energía, ya que esta energía
controlada puede ser de mucha utilidad y
esto ayuda a mejorar la vida del ""Hombre"".
Aplicando esta energía en fines prácticos y
pacíficos lo ayudan a no solo vivir mejor si
no que también a curar y prevenir
enfermedades mortales.
La radiactividad potencialmente es una propiedad que resulta muy
importante y muy útil para la humanidad, pero a su vez es muy peligrosa.Lo
importante de esto es tratar de controlar al máximo esa energía tomando
todas la medidas necesarias de prevención y control porque esa energía bien
controlada puede ser de muchísima utilidad y puede ayudar a mejorar la vida
del hombre aplicando toda esa energía en fines pacíficos que lo ayudan no
solo a vivir mejor sino que también a curar y a prevenir enfermedades
Un nuevo elemento puede ser radiactivo y transformarse en otro,
y así sucesivamente, con lo que se generan las llamadas series
radiactivas.
Fig. 12

31. TRABAJO-VII
8. MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD (MODELO PLANETARIO).
El modelo atómico de Rutherford es
un modelo atómico o teoría sobre la
estructura interna del átomo propuesto
por el químico y físico británico-
neozelandés Ernest Rutherford para
explicar los resultados de su
"experimento de la lámina de oro",
realizado en 1911.
El modelo de Rutherford fue el
primer modelo atómico que consideró al
átomo formado por dos partes: la
"corteza" (luego denominada periferia),
constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de
un "núcleo" muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y
casi toda la masa del átomo.
Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba
en una región pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las
partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo
o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona
extra-nuclear se encuentran los electrones de carga negativa.
8.1. IMPORTANCIA DEL MODO Y LIMITACIONES.
La importancia del modelo de Rutherford residió en proponer por primera
vez la existencia de un núcleo en el átomo (término que, paradójicamente,
no aparece en sus escritos). Lo que Rutherford consideró esencial, para
explicar los resultados experimentales, fue "una concentración de carga" en
el centro del átomo, ya que sin ella, no podía explicarse que algunas
partículas fueran rebotadas en dirección casi opuesta a la incidente. Este fue
un paso crucial en la comprensión de la materia, ya que implicaba la
existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga positiva
y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del núcleo revelaban que el
átomo en su mayor parte estaba vacío.
Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío
alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo.
Además se abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento
de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:
Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas
podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó
Fig. 1

32. posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte,
que es una de las cuatro interacciones fundamentales.
Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica
clásica que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso
de los electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación
electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo.
Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del
electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un
tiempo del orden de 10-10
s, toda la energía del átomo se habría radiado, con
la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo. Se trata, por tanto de
un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.
Según Rutherford, las órbitas de los electrones no están muy bien
definidas y forman una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un
tamaño y forma algo indefinidos. Los resultados de su experimento le
permitieron calcular que el radio atómico era diez mil veces mayor que el
núcleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un átomo está
prácticamente vacío.
8.2. CARACTERÍSTICAS DEL MODELO
En 1911, Rutherford introduce el modelo planetario, que es el más
utilizado aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en:
 Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto
allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo).
 Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo
en órbitas circulares, de forma similar a como los planetas giran
alrededor del Sol.
Los experimentos de Rutherford demostraron que el núcleo es muy
pequeño comparado con el tamaño de todo el átomo: el átomo está
prácticamente hueco.
8.3. INSUFICIENCIAS DEL MODELO DE RUTHERFORD:
 Se contradecía con las leyes del electromagnetismo de Maxwell, las
cuales estaban ampliamente comprobadas mediante numerosos datos
experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en
movimiento (como es el electrón) debería emitir energía
continuamente en forma de radiación, con lo que llegaría un momento
en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría;
esto debería ocurrir en un tiempo muy breve.