Alumna: Ma. Victoria Gomez Vila

Curso: 1º ‘A’ Normal – Humanidades y Cs. Soc

Materia: Introducción al Pensamiento Científico

Átomopartícula más pequeña en que puede dividirse la materia sin la liberación de partículas cargadas eléctricamente.

menor unidad que tiene las propiedades carácterís- ticas de un elemento químico.

base de la Química.

Mayoritariamente, es espacio vacío, es resto consiste en un núcleo cargado positivamente de protones y neutrones, rodeados de una nube de electrones con carga eléctrica negativa.

Núcleo

pequeño y denso. Centro del átomo con carga positiva. En él residen los neutrones y protones. Su volumen toma una parte en 100.000.000.000.000. La unidad para medir su tamaño es el femtómetro (fm). Su diámetro depende del número de partículas que contiene.

Electrón Partículas con carga eléctrica negativa, ésta los convierte en elementos absolutamente estables, porque no pueden decaer en unidades menores. Sus propiedades son: carga, masa, movimiento interno giratorio y momento magnético. Giran alrededor del núcleo en los orbitales

Protón Carga positiva, masa. Ubicado dentro del núcleo.

Neutrón Tienen masa, pero no carga. Ubicado dentro del núcleo

Estos compuestos son colectivamente denomina - dos nucleones.

Los átomos de un elemento difieren de aquellos de otro elemento en el número de sus electrones.

Existen ciertos elementos que tienen electrones poco fijados al núcleo y se remueven fácilmente en reacciones químicas (metales alcalinos). Otros elementos tienen los electrones fuertemente unidos y muy poca afinidad con otros electrones (gases nobles o inertes).

Los electrones que han sido liberados pueden causar chispas, relampagueos, etc. Si se conducen a través de alambres, forman la corriente eléctrica común.

Se presencian fuerzas que afectan a los electrones; las más poderosas son las fuerzas fuertes. Gracias a estas, la energía que sujeta el núcleo es 1.000.000 de veces más fuerte que la energía que sujeta a los electrones al átomo.

Los protones y neutrones del núcleo están gobernados por las leyes de la mecánica cuántica. Ésta describe la compleja estructura interna del núcleo del átomo. Teorías:

• La energía de un átomo puede cambiar solamente en cantidades definidas de quanta. Los estados posibles de un átomo son llamados niveles de energía.

• Cada electrón en un átomo multi-electrónico tiene su propio orbital (Principio de Pauli o principio de exclusión).

Leyes mecánicas: los electrones ocupan varias regiones del átomo en patrones de ondas fijas (congeladas), llamados orbitales. Éstos varían en su forma.

Transmutaciones nucleares: liberación de una enorme cantidad de energía mientras un elemento se trasforma en uno diferente. Esto ocurre por el efecto de los rayos alpha o beta hacia el núcleo del elemento a transmutar.

Ciertas partículas se reordenan espontáneamente en las transformaciones radioactivas y emiten radiaciones semejantes a los rayos X. Por consiguiente, se determina que la radioactividad del elemento es una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.

Elementos como el torio o el radio emiten tres clases de radiaciones: rayos alpha, beta y gamma. Las partículas alpha son núcleos de Helio y las partículas beta son electrones. Los gamma son ondas electromagnéticas, similares a los rayos X pero con menor longitud de onda.

Los isótopos son átomos del mismo elemento (con el mismo número de protones) que tienen diferentes números de neutrones.

La masa atómica de los isótopos se calcula sumando el total del número de neutrones y protones.

Orígenes griegos de la idea del átomo

• esta idealización es científicamente incorrecta, desde sus propiedades hasta su nombre, pero se les reconoce como pioneros en la materia.

• 582 a.C.: Tales de Mileto considera que todo elemento natural es en última estancia “agua”. Epicuro de Samos y Lucrecio Caro indican que toda sustancia no es más que la combinación de agua, tierra, aire, fuego.• 600 a.C.: Demócrito de Abdera. Teoría Atómica, materia formada por partículas indivisibles e invisibles (átomos) que eran portadores de toda mutación (se debía a la ininterrumpida agitación de los átomos en el vacío. Eran increados e indestructibles, existentes en número infinito.

• Personalidades en contra: Platón, Galeno y Aristóteles. Este último sostenía la teoría de Epicuro de Samos, la cual resultó ser mucho más popular y fue enseñada como verdad absoluta por los siguientes dos mil años.

Siglo XVII: Robert Boyle, el más eminente químico del siglo, sostuvo que los corpúsculos poseen una inmensa variedad de formas: puntas, rastrillos, ramificaciones y corchetes. Los átomos pudieron explicar muchos fenómenos de la época.

Descubrimiento de la atracción universal por Isaac Newton. Propuso una hipótesis de las fuerzas intramoleculares, que se explicaban físicamente por los conceptos desarrollados por el atomismo.

El sencillo mecanismo newtoniano fue el razonamiento de los atomistas del siglo XVII.

Izq.: Robert Boyle

Der.: Isaac Newton

Comienzos del siglo XIX: John Dalton desarrolla la primera formulación de la teoría atómica moderna. Admite que cada elemento químico posee su propia especie de átomo con un peso característico y distinto de los demás, es decir, la materia estaba compuesta por átomos indivisibles, sin cargas eléctricas. Todos los que eran de un mismo elemento debían ser idénticos entre sí, pero diferentes de otro elemento (forma y tamaño).

Joseph Gay Lussac completó los razonamientos de Dalton con su teoría de la relación proporcional de los volúmenes de dos sustancias gaseosas se combinan.

Dalton, sin embargo, despreció la obra del químico francés, aún cuando era un eficaz argumento a favor de su teoría.

1811: Amadeo Avogrado (físico italiano) apoyó la teoría de Gay Lussac determinando que para cualquier temperatura y presión fijas, hay volúmenes iguales de gas que contienen el mismo número de partículas, independientemente del gas utilizado.

1850: Stanislao Cannizzaro desarrolló esa teoría y la confirmó. Terminó siendo uno de los pilares de la química y la microfísica.

1890: el escocés James Clerk Maxwell y el austriaco Ludwig Boltzmann explicaron detalladamente el comportamiento de los gases mediante la hipótesis atómica de ellos, desarrollando una descripción matemática llamada mecánica estadística.

1895: Wilhem Röntgen descubre, en Alemania, un nuevo tipo de radiación denominados rayos X.

Ludwig BoltzmannJames Clerk Maxwell

Wilhem Röntgen

1897: Joseph John Thompson diseñó un experimento en el que intervenían el balance entre las propiedades eléctricas y magnéticas de una partícula cargada en movimiento. Su experimento concluyó en que la velocidad de los rayos catódicos eran aproximadamente el 10% de la velocidad de luz. Al comprender que dichos rayos transportaban carga eléctrica negativa, determinó los electrones y propuso un nuevo modelo atómico.

Modelo atómico

1896: Henri Becquerel encontró las primeras manifestaciones de radioactividad.

Henri Becquerel

1869: el químico ruso Dimitri Ivanovich Mendelejeff encuentra las relaciones que vinculan las propiedades físicoquímicas de los elementos con sus pesos atómicos y los transporta a una tabla de doble entrada (las filas horizontales son los períodos y las filas verticales forman las familias naturales de elementos.

Dimitri Ivanovich Mendelejeff

Comienzos del siglo XX: Marie Curie realiza un estudio basado en medir los rayos mediante la curiosa capacidad que tenían de descargar cuerpos cargados eléctricamente. Descubre un fenómeno generalizado y decide llamarlo radiactividad.

Marie Curie

1905: Ernest Rutherford descubre la existencia de dos radiaciones denominadas alpha y beta.

1911: Propone un nuevo modelo atómico que resultó ser la base del conocimiento actual de la estructura atómica. Determina el núcleo.

1919: Demuestra que hay una partícula cargada positivamente en el núcleo llamda protón. Postula también la existencia de otra partícula también ubicada en el núcleo con masa pero sin carga eléctrica.

1935: James Chadwick confirma la existencia de dicha partícula otorgándole el nombre de neutrón.

James Chadwick

Modelo atómico

1915: Niels Bohr, físico danés, establece un nuevo modelo atómico cuya característica esencial radicaba en que los electrones se ubican a acierta distancia bien determinada del núcleo, orbitando a su alrededor.

1905: Albert Einstein publica tres trabajos de investigación que reformulan el mundo. El primero resolvía el problema del movimiento browniano; el segundo tomaba la teoría de Max Planck y la reforma (aquí descansa toda la mecánica cuántica y física atómica del siglo XX) y en su último trabajo, enuncia la Teoría de la Relatividad (ésta inspiró a Lise Meitner para descifrar el misterio de la Fisión).

Albert Einstein Max Planck Lise Meitner Niels Bohr

Reducción de la duración de residuos radioactivos: se cree que los residuos nucleares mantienen su peligrosa radioactividad durante 2 millones de años.

• Bélgica intenta ensayar un sistema de transmutación del átomo que logre reducir tan pesada carga temporal de dos millones de años a un máximo de mil años y, paralelamente, probar si enterrar los residuos en terrenos arcillosos es buena solución.

• Finlandia y Suecia tienen proyectos avanzados para enterrar residuos. Bruselas ha propuesto una directiva que les obligue a tomar una decisión antes del 2010 y que sea operativa para el 2018.

• Myrrha es un proyecto iniciado en 1997 (todavía en fase de prediseño) que estudia la construcción de un acelerador de protones prototipo para la transmutación de los residuos de alta radioactividad. Se comenzará a construir en el 2007 y se probará en el 2010.

Reactores de energía nuclear: en todo el mundo existen diferentes tipos de reactores (caracterizados por el combustible, moderador y refrigerante empleados) para la producción de energía eléctrica.

• EE.UU..: sus reactores emplean como combustible nuclear óxido de uranio isotópicamente enriquecido; como moderador y refrigerante utilizan agua normal muy purificada. Debido a diferentes factores que involucraron a la práctica de esta actividad, se ha bloqueado el crecimiento de la energía nuclear en este país.

• En la década de los 50, sólo EE.UU. Y URSS disponían de uranio enriquecido. Por ello, Gran Bretaña, Canadá y Francia se centraron en reactores de uranio natural (no emplean como moderador de agua normal porque absorbe demasiados neutrones). Como consecuencia, Canadá diseñó un sistema deuterio-uranio, que actualmente se emplea en países como India o Argentina.

• En 1990, EE.UU.. tenía el 20% de la energía eléctrica proveniente de centrales nucleares, mientras que este porcentaje es casi del 75% en Francia.

Relojes atómicos: estos dispositivos de medida del tiempo son los más precisos y se basan en la frecuencia de la oscilación entre dos estados de energía de determinados átomos y moléculas.

• Las vibraciones no resultan afectadas por fuerzas externas.

• Reloj de cesio: se basa en la medida de la frecuencia de la radiación absorbida por un átomo de cesio al pasar de un estado de energía más bajo a uno más alto.

• Relojes de amoníaco y de hidrógeno: emplean el principio del máser. El primero separa las moléculas de amoníaco en dos niveles de energía muy diferentes, y la frecuencia constante (muy alta) con la que oscilan las moléculas entre un nivel y otro se emplea para medir el tiempo con gran precisión.

• Se utilizan para medir la velocidad de rotación de la Tierra, cuyo período puede variar en 4 o 5 milisegundos de un día para el otro.

Nanotecnología: su concepto engloba aquellos campos de la ciencia y la técnica en los que se estudian, obtienen y/o manipulan de manera controlada materiales, sustancias y dispositivos de muy reducidas dimensiones.

• El ámbito de esta ciencia incluye: Física, Química, Ingeniería, Robótica, Biología, Medicina y Estudio del Medio Ambiente.

• Sus aplicaciones pueden ser: sistemas de magnorresistencia gigante para el almacenamiento magnético de la información, dispositivos nanoelectrónicos, recubrimientos para mejoras de técnicas de imagen, catalizadores nanoestructurados, biosensores y biodetectores, nanosistemas para la elaboración de fármacos, cementos, pinturas especiales, cosméticos, sistemas de purificación y desalinización del agua y adhesivos para prácticas odontológicas.

Ionización de alimentos: es un método físico de conservación, comparable a otros que utilizan el calor o el frío, que consiste en exponer el producto a la acción de la energía ionizante, para inhibir la brotación de bulbos, esterilizar y eliminar insectos o parásitos.

• Anualmente, más de 500 mil toneladas de productos ionizados se comercializan alrededor del mundo. China es el país líder en la aplicación de esta tecnología, seguida por EE.UU., Inglaterra y Francia.

• Recientemente, Chile y Argentina se insertaron en este modelo tecnológico y esperan obtener buenos resultados.

• La tecnología de energía ionizante se presenta como una alternativa innovadora al ofrecer productos competitivos que pueden sortear con éxito las barreras sanitarias internacionales.