indice

. Tabla periódica

. Estructura y organización de la tabla periódica

. Estaño

.Plomo

.Elementos de transición interna:

. Quinto estado de la materia – Condensado de Bose-Einstein

. Estado Condensado Fermiónico

. Grafeno el material del futuro

.BIBLIOGRAFIA

Tabla periódica

La actual tabla periódica es una disposición de los elementos químicos en forma

ordenados por su número atómico (número de protones), por su configuración de

electrones y sus propiedades físicas o químicas. Según sus propiedades químicas

los elementos se clasifican en metales y no metales, hay más elementos metálicos

que no metálicos. Fue en 1913 que el científico inglés Henry Jeffreys Moseley

luego de realizar trabajos con rayos X generados por diversos metales

(generalmente pesados) descubre la ley natural de los elementos: las propiedades

de los elementos químicos es una función periódica de su número atómico (Z)

varía en forma periódica con la carga nuclear.

En la actualidad son 118 elementos reconocidos por IUPAC (Unión Internacional

de Química Pura y Aplicada) el 30 de diciembre del 2015, IUPAC anunció que un

equipo ruso-estadounidense de científicos del Joint Institute for Nuclear Research

de Dubna (Rusia), y del Lawrence Livermore National Laboratory en California

(Estados Unidos), habían aportado las pruebas suficientes para reclamar el

descubrimiento de los elementos 115, 117 y 118.

Se colocan de izquierda a derecha y de arriba a abajo en orden creciente de sus

números atómicos. Los elementos están ordenados en siete hileras horizontales

llamadas periodos, y en 18 columnas verticales llamadas grupos o familias.

Hacia abajo y a la izquierda aumenta el radio atómico y el radio iónico.

Hacia arriba y a la derecha aumenta la energía de ionización, la afinidad

electrónica y la electronegatividad

Periodo: es el ordenamiento en línea horizontal, estos elementos difieren en

propiedades pero tienen la misma cantidad de niveles en su estructura química.

Grupo o Familia: es el ordenamiento en columnas, estos elementos presentan

similar disposición en de sus electrones externos de allí que forman familias de

elementos con propiedades químicas similares.

Estructura y organización de la tabla periódica GruposA las columnas verticales de la tabla periódica se las conoce como grupos o

familias. Hay 18 grupos en la tabla periódica estándar. En virtud de un convenio

internacional de denominación, los grupos están numerados de 1 a 18 desde la

columna más a la izquierda los metales alcalinos hasta la columna más a la

derecha —los gases nobles—.53Anteriormente se utilizaban números

romanos según la última cifra del convenio de denominación de hoy en día —por

ejemplo, los elementos del grupo 4 estaban en el IVB y los del grupo 14 en el IVA

—. En Estados Unidos, los números romanos fueron seguidos por una letra «A» si

el grupo estaba en el bloque s o p, o una «B» si pertenecía al d. En Europa, se

utilizaban letras en forma similar, excepto que «A» se usaba si era un grupo

precedente al 10, y «B» para el 10 o posteriores. Además, solía tratarse a los

grupos 8, 9 y 10 como un único grupo triple, conocido colectivamente en ambas

notaciones como grupo VIII.

Algunos de estos grupos tienen nombres triviales —no sistemáticos—, como se ve

en la tabla de abajo, aunque no siempre se utilizan. Los grupos del 3 al 10 no

tienen nombres comunes y se denominan simplemente mediante sus números de

grupo o por el nombre de su primer miembro —por ejemplo, «el grupo de

escandio» para el 3—, ya que presentan un menor número de similitudes y/o

tendencias verticales.

Grupo 1 (I A): metales alcalinos

Grupo 2 (II A): metales alcalinotérreos

Grupo 3 (III B): familia delEscandio (tierras raras yactinidos)

Grupo 4 (IV B): familia del Titanio

Grupo 5 (V B): familia del Vanadio

Grupo 6 (VI B): familia del Cromo

Grupo 7 (VII B): familia delManganeso

Grupo 8 (VIII B): familia del Hierro

Grupo 9 (VIII B): familia delCobalto

Grupo 10 (VIII B): familia delNíquel

Grupo 11 (I B): familia del Cobre

Grupo 12 (II B): familia del Zinc

Grupo 13 (III A): térreos

Grupo 14 (IV A): carbonoideos

Grupo 15 (V A): nitrogenoideos

Grupo 16 (VI A): calcógenos oanfígenos

Grupo 17 (VII A): halógenos

Grupo 18 (VIII A): gases nobles

La explicación moderna del ordenamiento en la tabla periódica es que los

elementos de un grupo poseen configuraciones electrónicas similares y la

misma valencia, entendida como el número de electrones en la última capa. Dado

que las propiedades químicas dependen profundamente de las interacciones de

los electrones que están ubicados en los niveles más externos, los elementos de

un mismo grupo tienen propiedades químicas similares y muestran una tendencia

clara en sus propiedades al aumentar el número atómico.

Por ejemplo, los elementos en el grupo 1 tienen una configuración

electrónica ns1 y una valencia de 1 —un electrón externo— y todos tienden a

perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el

último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último

nivel de energía —regla del octeto— y, por ello, son excepcionalmente no

reactivos y son también llamados «gases inertes».

Los elementos de un mismo grupo tienden a mostrar patrones en el radio

atómico, energía de ionización y electronegatividad. De arriba a abajo en un

grupo, aumentan los radios atómicos de los elementos. Puesto que hay niveles de

energía más llenos, los electrones de valencia se encuentran más alejados del

núcleo. Desde la parte superior, cada elemento sucesivo tiene una energía de

ionización más baja, ya que es más fácil quitar un electrón en los átomos que

están menos fuertemente unidos. Del mismo modo, un grupo tiene una

disminución de electronegatividad desde la parte superior a la inferior debido a

una distancia cada vez mayor entre los electrones de valencia y el núcleo.

Hay excepciones a estas tendencias, como por ejemplo lo que ocurre en el grupo

11, donde la electronegatividad aumenta más abajo en el grupo. Además, en

algunas partes de la tabla periódica como los bloques d y f, las similitudes

horizontales pueden ser tan o más pronunciadas que las verticales.

Períodos

Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. El número de

niveles energéticos de un átomo determina el periodo al que pertenece.

Cada nivel está dividido en distintos subniveles, que conforme aumenta

su número atómico se van llenando en este orden:

1s

2s 2p

3s 3p

4s 3d 4p

5s 4d 5p

6s 4f 5d 6p

7s 5f 6d 7p

Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su configuración

electrónica y da forma a la tabla periódica.

Los elementos en el mismo período muestran tendencias similares en radio

atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. En un

período el radio atómico normalmente decrece si nos desplazamos hacia la

derecha debido a que cada elemento sucesivo añadió protones y electrones, lo

que provoca que este último sea arrastrado más cerca del núcleo. Esta

disminución del radio atómico también causa que la energía de ionización y la

electronegatividad aumenten de izquierda a derecha en un período, debido a la

atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones. La afinidad electrónica

también muestra una leve tendencia a lo largo de un período. Los metales —a la

izquierda— generalmente tienen una afinidad menor que los no metales —a la

derecha del período—, excepto para los gases nobles.

La tabla periódica consta de 7 períodos:

Período 1 Período 2 Período 3 Período 4

Período 5 Período 6 Período 7

Bloques

La tabla periódica se puede también dividir en bloques de acuerdo a la secuencia

en la que se llenan las capas de electrones de los elementos. Cada bloque se

denomina según el orbital en el que la teoría reside el último

electrón: s, p, d y f.64 n. 4 El bloque s comprende los dos primeros grupos (metales

alcalinos y alcalinotérreos), así como el hidrógeno y el helio. El bloque p

comprende los últimos seis grupos —que son grupos del 13 al 18 en la IUPAC (3A

a 8A en América)— y contiene, entre otros elementos, todos los metaloides.

El bloque d comprende los grupos 3 a 12 —o 3B a 2B en la numeración americana

de grupo— y contiene todos los metales de transición. El bloque f, a menudo

colocado por debajo del resto de la tabla periódica, no tiene números de grupo y

se compone de lantánidos y actínidos. Podría haber más elementos que llenarían

otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa

con el orden alfabético para nombrarlos. Así surge el bloque g, que es un bloque

hipotético.

Metales, metaloides y no metales

De acuerdo con las propiedades físicas y químicas que comparten, los elementos

se pueden clasificar en tres grandes categorías: metales, metaloides y no metales.

Los metales son sólidos generalmente brillantes, altamente conductores que

forman aleaciones de unos con otros y compuestos iónicos similares a sales con

compuestos no metálicos —siempre que no sean los gases nobles—. La mayoría

de los no metales son gases incoloros o de colores; pueden formar enlaces

covalentes con otros elementos no metálicos. Entre metales y no metales están

los metaloides, que tienen propiedades intermedias o mixtas.

Metales y no metales pueden clasificarse en subcategorías que muestran una

gradación desde lo metálico a las propiedades no metálicas, de izquierda a

derecha, en las filas: metales alcalinos —altamente reactivos—, metales

alcalinotérreos —menos reactivos—, lantánidos y actínidos, metales de

transición y metales post-transición. Los no metales se subdividen simplemente en

no metales poliatómicos —que, por estar más cercanos a los metaloides,

muestran cierto carácter metálico incipiente—, no metales diatómicos —que son

esencialmente no metálicos— y los gases nobles, que son monoatómicos no

metálicos y casi completamente inertes. Ocasionalmente también se señalan

subgrupos dentro de los metales de transición, tales como metales refractarios y

metales nobles.

La colocación de los elementos en categorías y subcategorías en función de las

propiedades compartidas es imperfecta. Hay un espectro de propiedades dentro

de cada categoría y no es difícil encontrar coincidencias en los límites, como es el

caso con la mayoría de los sistemas de clasificación. El berilio, por ejemplo, se

clasifica como un metal alcalinotérreo, aunque su composición química anfótera y

su tendencia a formar compuestos covalentes son dos atributos de un metal de

transición químicamente débil o posterior. El radón se clasifica como un no metal y

un gas noble aunque tiene algunas características químicas catiónicas más

características de un metal. También es posible clasificar con base en la división

de los elementos en categorías de sucesos, mineralógicos o estructuras

cristalinas. La categorización de los elementos de esta forma se remonta a por lo

menos 1869, cuando Hinrichs escribió que se pueden extraer líneas sencillas de

límites para mostrar los elementos que tienen propiedades similares, tales como

metales y no metales, o los elementos gaseosos.

Estaño

Historia:El uso del estaño comenzó en el Cercano Oriente y los Balcanes alrededor del 3000 a. C., utilizándose en aleación con el cobre para producir un nuevo metal, el bronce, dando así origen a la denominada Edad de Bronce.

La importancia del nuevo metal, con el que se fabricaban armas y herramientas más eficaces que las de piedra o de hueso habidas hasta entonces, originó durante toda la Antigüedad un intenso comercio a largas distancias con las zonas donde existían yacimientos de estaño.

Características:Es un metal plateado, maleable, que se oxida fácilmente a temperatura ambiente, cambiando de color a un gris más opaco y es resistente a la corrosión.

Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones sufre la peste del estaño. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado “grito del estaño”, producido por la fricción de los cristales que la componen.

Por debajo de los -18°C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris; a este proceso se lo conoce como peste del estaño. El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: el estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 °C, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 °C.

Usos: Se usa como protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados

en la fabricación de latas de conserva. También se usa para disminuir la fragilidad del vidrio.

Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos y pigmentos.

Se usa para realizar bronce, aleación de estaño y cobre. Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo. Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de

los órganos musicales. Tiene utilidad en etiquetas. Recubrimiento de acero. Se usa como material de aporte en soldadura blanda con caútil, bien puro o

aleado. La directiva RoHS prohíbe el uso de plomo en la soldadura de determinados aparatos eléctricos y electrónicos.

El estaño también se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos.

Es usado también en el sobretaponado de botellas de vino, en forma de cápsula. Su uso se extendió tras la prohibición del uso del plomo en la industria alimentaria. España es uno de los mayores fabricantes de cápsulas de estaño.

Obtención:El estaño se obtiene del mineral casiterita en donde se presenta como óxido (óxido de estaño (IV) o dióxido de estaño). Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.

Aleaciones:Las aleaciones con base de estaño, también conocidas como metales blancos, generalmente contienen cobre, antimonio y plomo. Estas aleaciones tienen diferentes propiedades mecánicas, dependiendo de su composición.

Algunas aleaciones de estaño, cobre y antimonio son utilizadas como materiales antifricción en cojinetes, por su baja resistencia de cizalladura y su reducida adherencia.

Las aleaciones estaño y plomo se comercializan en varias composiciones y puntos de fusión, siendo la aleación eutéctica aquella que tiene un 61,9 % de estaño y un 38,1 % de plomo, con un punto de fusión de 183 °C.

El resto de aleaciones estaño-plomo funden en un rango de temperaturas en el cual hay un equilibrio entre la fase sólida y la fase líquida durante los procesos de fusión y de solidificación, dando lugar a la segregación de la fase sólida durante la solidificación y, por tanto, a estructuras cristalinas diferentes.

La aleación eutéctica, que necesita menor temperatura para llegar a la fase líquida es muy utilizada en la soldadura blanda de componentes electrónicos para

disminuir las probabilidades de daño por sobrecalentamiento de dichos componentes.

Algunas aleaciones basadas en estaño y plomo tienen además pequeñas proporciones de antimonio (del orden del 2,5 %).

El principal problema de las aleaciones con plomo es el impacto ambiental potencial de sus residuos, por lo que están en desarrollo aleaciones libres de plomo, como las aleaciones de estaño-plata-cobre o algunas aleaciones estaño-cobre.

El peltre es una aleación de estaño, plomo y antimonio utilizada para utensilios decorativos. El estaño también es utilizado en aleaciones de prótesis dentales, aleaciones de bronce y aleaciones de titanio y circonio.

Información general

Nombre, símbolo, número Estaño, Sn, 50

Serie química Metales del bloque p

Grupo, período, bloque 14, 5, p

Masa atómica 118,710 u

Configuración electrónica [Kr]4d10 5s2 5p2

Dureza Mohs 1,5

Electrones por nivel 2, 8, 18, 18, 4

Propiedades atómicas

Radio medio 145 pm

Electronegatividad 1,96 (Pauling)

Radio atómico (calc)

145 pm (Radio de

Bohr)

Radio covalente 180 pm

Radio de van der Waals 217 pm

Estado(s) de oxidación 4,2

Óxido Anfótero

1.ª Energía de ionización 708,6 kJ/mol

2.ª Energía de ionización 1411,8 kJ/mol

3.ª Energía de ionización 2943,0 kJ/mol

4.ª Energía de ionización 3930,3 kJ/mol

5.ª Energía de ionización 7456 kJ/mol

Isotopos más estables:

iso AN Periodo MDEd

PDMeV

112Sn 0,97 % Estable con 62 neutrones

114Sn 0,66 % Estable con 64 neutrones

115Sn 0,34 % Estable con 65 neutrones

116Sn 14,54 % Estable con 66 neutrones

117Sn 7,68 % Estable con 67 neutrones

118Sn 24,22 % Estable con 68 neutrones

119Sn 8,59 % Estable con 69 neutrones

120Sn 32,58 % Estable con 70 neutrones

122Sn 4,63 % Estable con 72 neutrones

124Sn 5,79 % Estable con 74 neutrones

126Sn Sintético ~1 × 105años β- 0,380 126Sb

Propiedades físicas

Estado ordinario SólidoDensidad 7365 kg/m3

Punto de fusión 505,08 K (232 °C)Punto de ebullición 2875 K (2602 °C)

Entalpía de vaporización 295,8 kJ/mol

Entalpía de fusión 7,029 kJ/mol

Presión de vapor 5,78·10-21 Pa a 505 K

Varios

Estructura cristalina Tetragonal

N° CAS 7440-31-5N° EINECS 231-141-8

Calor específico 228 J/(K·kg)Conductividad

eléctrica 9,17·106 S/m

Conductividad térmica 66,6 W/(K·m)

Velocidad del sonido

2500 m/s a 293,15 K(20 °C)

Plomo

Historia:

El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del latín plumbum) y su número atómico es 82 según la tabla actual, ya que no formaba parte en la tabla periódica de Mendeléyev.

Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de la temperatura ambiente, la cual distiende sus átomos, o los extiende.

El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16 °C, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.

Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque del ácido sulfúrico y del ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas.

El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.

Característica:

Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo.

El plomo forma aleaciones con muchos metales, y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Es un metal pesado y tóxico, y la intoxicación por plomo se denomina como saturnismo o plumbosis.

Usos:

En la historiaEl plomo es uno de los metales más conocidos desde la antigüedad y el hombre lo empleó tanto por lo mucho que abunda como por su facilidad de fundirse. Suponen que Midácritas fue el primero que lo llevó a Grecia. Plinio el Viejo dice que en la antigüedad se escribía en láminas u hojas de plomo y algunos autores aseguran haber hallado muchos volúmenes de plomo en los cementerios romanos y en las catacumbas de los mártires. El uso de escribir en láminas de plomo es antiquísimo y Pausanias menciona unos libros de Hesíodo escritos sobre hojas de dicho metal. Se han encontrado en York (Inglaterra) láminas de plomo en que estaba grabada una inscripción del tiempo de Domiciano.

En el Imperio romano las cañerías y las bañeras se recubrían con plomo o con cobre.

En la Edad Media se empleaban grandes planchas de plomo para las techumbres y para revestir la armazón de madera de las flechas o torres. También se fundían en plomo muchos medallones, mascarones de fuentes, etc. Y había también fuentes bautismales de plomo. En 1754 se halló en la Alcazaba o Albaicín de Granada una lámina de plomo de 30 pulgadas (76,2 cm) de largo y 4 (10,16 cm)de ancho con tres dobleces y entre ellos, una cruz y en 17 del mismo mes y año un libro de hojas de plomo escritas. Los caracteres de estos descubrimientos persuadieron de que eran de una fecha anterior al siglo VIII.

En la actualidadSu utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión, de internet o de electricidad, sigue siendo una forma de empleo adecuada. La ductilidad única del plomo lo hace muy apropiado para esta aplicación, porque puede estirarse para formar un forro continuo alrededor de los conductos internos.

El uso del plomo en pigmentos sintéticos o artificiales ha sido muy importante, pero está decreciendo en volumen. Los pigmentos que se utilizan con más frecuencia e intervienen en este elemento son:

1. El blanco de plomo (conocido también como albayalde) 2PbCO3.Pb(OH)22. Sulfato básico de plomo3. El tetróxido de plomo también conocido como minio.

4. Cromatos de plomo.5. El silicatoeno de plomo (más conocido en la industria de los aceros

blandos)

Se utilizan una gran variedad de compuestos de plomo, como los silicatos, los carbonatos y sales de ácidos orgánicos, como estabilizadores contra el calor y la luz para los plásticos de cloruro de polivinilo. Se usan silicatos de plomo para la fabricación de frituras (esmaltes) de vidrio y de cerámica, las que resultan útiles para introducir plomo en los acabados del vidrio y de la cerámica. La azida de plomo, Pb(N3)2, es el detonador estándar para los explosivos plásticos como el C-4 u otros tipos de explosivos H.E. (High Explosive).

Los arseniatos de plomo se emplean en grandes cantidades como insecticidas para la protección de los cultivos y para ahuyentar insectos molestos como cucarachas, mosquitos y otros animales que posean un exoesqueleto. El litargirio (óxido de plomo) se emplea mucho para mejorar las propiedades magnéticas de los imanes de cerámica de ferrita de bario.

Asimismo, una mezcla calcinada de zirconato de plomo y de titanato de plomo, conocida como PETE, está ampliando su mercado como un material piezoeléctrico.

Información general

Nombre, símbolo, número Plomo, Pb, 82

Serie química Metales del bloque pGrupo, período, bloqu

e 14, 6, p

Masa atómica 207,2 u

Configuración electrónica

[Xe]4f14 5d10 6s2 6p2

Dureza Mohs 1,5

Electrones por nivel 2, 8, 18, 32, 18, 4

Propiedades atómicas

Radio medio 180 pmElectronegativida

d 2,33 (Pauling)

Radio atómico (calc)

154 pm (Radio de

Bohr)Radio covalente 147 pmRadio de van der

Waals 202 pm

Estado(s) de oxidación 4, 2 (anfótero)

1.ª Energía de ionización 715,6 kJ/mol

2.ª Energía de ionización 1450,5 kJ/mol

3.ª Energía de ionización 3081,5 kJ/mol

4.ª Energía de ionización 4083 kJ/mol

5.ª Energía de ionización 6640 kJ/mol

Propiedades físicas

Estado ordinario Sólido Densidad 11340 kg/m3

Punto de fusión 600,61 K (327 °C)Punto de ebullición 2022 K (1749 °C)

Entalpía de vaporización 177,7 kJ/mol

Entalpía de fusión 4,799 kJ/mol

Presión de vapor 4,21 × 10-7 Pa a 600 K

Temperatura crítica 7,196 K (-266 °C)

Módulo de compresibilidad 46 GPa

Isotopos más estables:

iso AN Periodo MDEd

PDMeV204Pb 1,4 % >1.4×1017años α 2,186 200Hg205Pb Sintético 1.53×107años ε 0,051 205Tl206Pb 24,1 % Estable con 124 neutrones207Pb 22,1 % Estable con 125 neutrones208Pb 52,4 % Estable con 126 neutrones

210Pb trazas 22,3 años αβ

3,7920,064

206Hg210Bi

Varios

Estructura cristalina

Cúbica centrada en las caras

N° CAS 7439-92-1Calor específico 129 J/(K·kg)Conductividad

eléctrica 4,81 × 106 S/m

Conductividad térmica 35,3 W/(K·m)

Módulo elástico 16 GPaMódulo de cizalladura 5.6 GPa

Coeficiente de Poisson 0.44

Velocidad del sonido

1260 m/s a 293,15 K(20 °C)

Elementos de transición interna:

Usos en la industria y la tecnología

En la tabla periódica de los elementos, dos grupos, llamados lantánidos y actínidos, constituyen los metales de transición interna. Los lantánidos, a veces conocidos como tierras raras, incluyen cerio, neodimio y gadolinio. Los metales pesados, como el uranio y el plutonio, representan los actínidos. Las propiedades magnéticas, electrónicas y radiológicas de los metales de transición interna los hacen útiles para energía nuclear y dispositivos de alta tecnología.

A continuación podemos describir algunos usos que tienen dichos elementos en la industria y en la tecnología actual.

Imanes

Los metales de tierras raras samario y neodimio, cuando está en aleación con otros metales, hacen poderosos imanes permanentes o imanes que producen sus propios campos magnéticos. En 2011, el NIB aleación o neodimio, hierro y boro, tuvieron el récord actual para el imán permanente más potente. Aunque los imanes hechos con aleación de samario-cobalto no son tan fuertes como el tipo NIB, mantienen mejor su resistencia a temperaturas de más de 200 grados Celsius.

Fósforo

Los diodos emisores de luz (LED), monitores de rayos catódicos-tubo (CRT) y otras tecnologías que producen luz utilizan fósforos que contienen compuestos de metales de transición interna. Estimulados por una corriente eléctrica, los fósforos emiten un brillo constante. Diferentes fósforos brillan en los colores primarios rojo, verde y azul necesarios para producir imágenes reales en una pantalla. Las tierras raras, como el terbio, europio e itrio, hacen posibles los fósforos de colores.

Energía nuclear

El combustible de uranio y plutonio nuclear son metales de transición interna del grupo de actínidos. Aunque no todos los materiales radiactivos son actínidos, todos los actínidos son radiactivos. Estos elementos pesados ocupan los últimos 15 lugares de la tabla periódica. El uranio y el plutonio tienen núcleos inestables en sus átomos. A medida que se someten a la desintegración radiactiva, se calientan. Las centrales nucleares utilizan el calor para hervir el agua y manejan turbinas de vapor para generar electricidad.

Medicina

Los hospitales utilizan gadolinio, un metal de tierra rara, para ciertos tipos de procesos de formación de imágenes de resonancia magnética (MRI). Actúa como un agente de contraste, por lo que los órganos y tejidos se destacan mejor en imágenes por resonancia magnética. En los sistemas de rayos X, fósforos de gadolinio permiten la detección electrónica de rayos X como un reemplazo para la película fotográfica tradicional.

Quinto estado de la materia – Condensado de Bose-Einstein

Conocimientos previos:

Cero absoluto. - El cero absoluto es la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía interna del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento; no obstante, según la mecánica cuántica, el cero absoluto debe tener una energía residual, llamada energía de punto cero, para poder así cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg. El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine.

La estadística de Bose-Einstein. - Es un tipo de mecánica estadística aplicable a la determinación de las propiedades estadísticas de conjuntos grandes de partículas indistinguibles capaces de coexistir en el mismo estado cuántico (bosones) en equilibrio térmico. A bajas temperaturas los bosones tienden a tener un comportamiento cuántico similar que puede llegar a ser idéntico a temperaturas cercanas al cero absoluto en un estado de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein y producido por primera vez en laboratorio en el año 1995. El condensador Bose-Einstein funciona a temperaturas cercanas al cero absoluto, -273,15 °C (0 kelvin).

Definición del Condensado de Bose-EinsteinEn el estado condensado de Bose-Einstein o cubo de hielo cuántico se alcanzan temperaturas en las cuales las moléculas se detienen prácticamente subatómicamente, (temperatura cerca de la cero absoluto). Únicamente en el quinto estado de la materia la organización alcanza el punto extremo. En él, todas las partículas se mueven con coordinación, en la misma dirección y velocidad idéntica. Ante el quinto estado de la materia.

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 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.

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.

Ahora los investigadores creen que con el Bose-Einstein condensado será posible construir un láser de materia. Las ondas de la materia que fluye con la misma energía y la misma forma constituyen una herramienta valiosa para el estudio de las partículas atómicas; pero su estudio es difícil debido a las bajas temperaturas necesarias para mantenerlo.

Estado Condensado Fermiónico

El condensado fermiónico es un estado de agregación de la materia en el que la materia adquiere súper fluidez donde tiene forma de nube con átomos de potasio congelados. El condensado fermiónico tiende a comportarse como una onda y no como partícula ya que es muy poco el tiempo que se mantiene estable.

Se produce a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto. Fue creado en un laboratorio de la Universidad de Colorado por primera vez en 1999; el primer condensado de Fermi formado por átomos fue creado en 2003. Para crearlo, los científicos enfriaron gas de potasio hasta una millonésima de grado por encima del cero absoluto, que es la temperatura en la que la materia para de moverse.

La diferencia de esta nueva clase de materia con los condensados Bosse Einstein radica en que la primera está formada por fermiones y la segunda, por bosones.

Los bosones son átomos cuyos electrones, protones y neutrones se encuentran en pares y estan unidos mientras que los fermiones los poseen en número impar y no se pueden juntarse en el mismo estado cuantico

El campo hace que los átomos solitarios se emparejen y su unión pueda ser controlada ajustando el campo magnético.

Cada par puede unirse a otro par, y al seguir la cadena, formar el condensado fermiónico. Este gas súper congelado es considerado como el paso inmediato anterior para lograr un superconductor (que permitiría conducir electricidad sin perder parte de la energía, como sucede con los conductores tradicionales).

En un superconductor, los pares de electrones (los electrones son fermiones) pueden fluir con resistencia cero. Existe un enorme interés comercial en los superconductores porque podrían ser utilizados para producir electricidad en forma más barata y más limpia, y para crear maravillas de alta tecnología como

trenes levitantes y computadoras ultra-rápidas. Desdichadamente, los superconductores son difíciles de manejar y de estudiar.

Con los superconductores basados en esta nueva materia, será posible fabricar trenes levitados magnéticamente, computadoras ultra-rápidas y el abaratamiento de la electricidad.

Grafeno el material del futuro

Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente, impermeable, abundante, económico y conduce la electricidad mejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, el material que tiene fascinados a científicos y a la industria debido a sus fantásticas propiedades.

Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en 2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origen ruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicaciones potenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces de enumerarlas.

En fase de desarrollo Todos hablan de este material aunque pocos lo han visto. Y es que, pese a sus prometedoras aplicaciones, todavía se encuentra en fase de desarrollo. El grafeno es una lámina extremadamente delgada compuesta de carbono (sólo tiene un átomo de grosor). El grafito del que se obtiene es el mismo que se extrae de las minas de carbón y se usa para fabricar lápices, frenos de coches o aceros, por lo que se trata de una materia prima muy abundante en la naturaleza. Para conseguir grafeno se puede partir del grafito natural (las minas españolas son ricas en este mineral) o del grafito sintético.

El principal obstáculo en la actualidad es que aún no es posible fabricar grafeno a gran escala, según explica Jesús de la Fuente, director de la empresa española Graphenea Nanomaterials, una de las pocas compañías que de momento, producen este material. Avanzare yGranphNanotech son otras dos empresas españolas que trabajan con él.

Existen varias formas de producir grafeno. La cinta adhesiva (exfoliación mecánica) fue el método que utilizó Geim para aislarlo por primera vez ypuede servir para algunos experimentos, pero no es válido para la industria. Básicamente se comercializa de dos maneras: en formato lámina y en polvo.

Grafeno en lámina Graphenea, con base en San Sebastián, es una de las tres principales productoras de grafeno en lámina a nivel mundial (sus dos principales competidores son estadounidenses): "Es el grafeno de alta pureza y el que reúne las mejores propiedades. Se emplea para fabricar electrodos de baterías, pantallas táctiles, células solares, electrónica digital y analógica de alta frecuencia o composites avanzados para aeronáutica", explica De la Fuente en conversación telefónica.

Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano, que se transforma mediante una tecnología denominada deposición química en fase vapor (Chemical Vapor Deposition, CVD): "Es una de las grandes ventajas, pues no dependemos de ningún producto mineral", señala.

Grafeno en polvo El grafeno en polvo se utiliza en aplicaciones que requieren un material más barato, como composite para construcción. Lo más frecuente es mezclarlo con otros materiales. "El proceso de producción de grafeno en formato polvo parte del grafito como materia prima y básicamente consiste en realizar una oxidación violenta y un proceso de ultrasonificación para separar las pequeñas láminas de grafeno que componen el grafito", explica Jesús de la Fuente.

Sus propiedades no son tan buenas como el grafeno en lámina y conduce peor la electricidad. La demanda de este producto, cuyo precio depende de su pureza, sigue siendo pequeña. El de baja calidad cuesta menos de 10 euros el gramo mientras que el de alta calidad ronda los 100 euros.

Grafeno artificial Pese a sus extraordinarias cualidades, el grafeno no es perfecto. Sí parece una base muy adecuada para desarrollar nuevos materiales inspirados en él y que incorporen nuevas ventajas. Es decir, algo así como un grafeno perfeccionado. Uno de los últimos desarrollos en esta línea es el llamado grafeno artificial, una investigación publicada recientemente en la revista 'Nature' y en la que participa el español Paco Guinea, uno de los mayores expertos mundiales en este material.

Junto a colegas estadounidenses de la Universidad de Stanford (California), el también investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid ha conseguido fabricar un material que, según explica a este diario, "permite manipular las propiedades más exóticas del grafeno con gran precisión". El denominado grafeno artificial es un primer paso para sintetizar a gran escala materiales con propiedades cualitativamente similares al que encontramos en la naturaleza. "Se pueden estudiar propiedades que aún no se han observado en el grafeno real por no tener la pureza necesaria", señala a través de un correo electrónico.

BIBLIOGRAFIA

http://ciencia.me/aoVzW

https://www.youtube.com/watch?v=0K_3Q8OWHPI

https://www.youtube.com/watch?v=U7U1HxSxAYc

https://es.wikipedia.org/wiki/Condensado_de_Bose-Einstein#Obtenci.C3.B3n_en_laboratorio

http://www.agro20.com/profiles/blogs/ya-conocen-al-sexto-estado-de

https://es.wikipedia.org/wiki/Condensado_fermi%C3%B3nico.

http://ciencia.redguia.com/2011/condensado-fermionico-estado-de-la-materia/