Rutherford

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J.J.Thomson no fue solo profesor de Rutherford, tambien enseñó a muchos otros y la mayoria de ellos luego resultaron ser de los mejores en la materia. Nos parece algo muy positivo que uno de los padres de la ciencia enseñe a otros muy interesados en ello, ya qe estos toman nota y aprenden y ayudan a mejorar las cosas si es necesario. Es una forma de que la ciencia avance. Si aprendes de los mejores tienes muchas posivilidades de convertirte en uno de ellos.

Si la imagen no se ve bien puedes encontrarla en la siguiente pagina:

http://lectura.ilce.edu.mx:3000/biblioteca/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/110/htm/sec_9.htm

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Aunque la física y la química suelan ser estudiadas a la vez en los primeros años de estas asignaturas, no son la misma. Estan muy relacionadas ya que ambas estudian la materia, ambas son una herramienta para intentar comprender el mundo que nos rodea y para intentar responder a las grandes preguntas de porqué ocurren ciertas cosas. Su principal diferencia es que la física estudia la materia y la energia y se caracteriza porque los cambios físicos no alteran la composición de la materia mientras que la química estudia la materia y los cambios en su composición y los cambios químicos sí alteran la composición de la materia. Un ejemplo para entenderlo mejor: si un coche se mueve, solo actúa la física ya que tiene que ver con las leyes del movimiento como la aceleración, la inercia...y si quemo un papel, este dejará de ser papel y convertirse en carbon y dióxido de carbono, habrá actuado la química.
http://www.youtube.com/watch?v=1qSLkm5y2ao&feature=related ( un experimento de QUÍMICA dond se aprecia que se altera la composición de la materia y por tanto sus características)

"toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos"

Es la frase que Rutherford solía decir a sus discípulos. La interpretación que hemos sacado de esta oración la hemos relacionado con el tiempo que le toco vivir a Rutherford. A finales del siglo XIX, era considerado que la física había alcanzado sus límites, ya no quedaba nada más por descubrir. Sólo había que simplificar las fórmulas y dar resultados más exactos, la física estaba siendo abandonada. Pero se dio la década de 1895 a 1905 donde se descubrió el electron y la radioactividad y es en ese momento cuando Rutherford empieza sus estudios. Creemos que con esa frase quería decir que la única ciencia que de verdad avanzaba y se desarrollaba era la física tal como había sido demostrado en esos últimos años. La física innovaba y las demas seguían ancladas en lo pasado.

"He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico"

Creemos que él se consideraba totalmente un investigador de la física, ya que como hemos explicado en su opinión el resto de las ciencias iban un paso por detras. Al recibir el premio Nobel de química se sintió sorprendido y no gratamente pues pensó que sus investigaciones habían sido calificadas en una categoría inferior.

El premio Nobel le fue entregado ''Por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos, y sobre la química de las sustancias radiactivas" El trabajo que realizo fue este:

Consiguió demostrar que las partículas de alfa son núcleos de helio una vez hayan sido desembarazadas de su carga eléctrica. El experimento utilizado es demasiado complicado y todavia no lo entendemos. Pero podemos decir que en el experimento, los núcleos de algunas partículas alfa recuperaron electrones. Este cambio en la transformación que ocurre dentro del átomo de las partículas alfa es un cambio químico, de ahi el premio Nobel.

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Nikola Tesla es uno de los inventores más importantes pero poco conocido. Se a llegado a decir de él que fue el que inventó el siglo XX. Es el fundador de la indrustria électrica y inventó cosas muy importantes como la radio,las bobinas para el generador eléctrico de corriente alterna,el control remoto...Era un genio de las físican las matemáticas y la electricidad. Trabajó en la mécanica,la robótica y la física nuclear.

Nicola Tesla mantuvo grandes disputas con Edison y con Marconi.

Las disputas con Edison fueron provocadas porque éste se negaba a pagarle una gran suma de dinero, 50.000 dólares, que le prometio si tenia exito, Edison se respaldó diciendo que se trataba de una broma americana.

Las que tuvo con Marconi se debieron a que Tesla inventó un dispositivo parecido a la radio que habia inventado o desarrollado Bell años después.Despues de que el caso pasara el Tribunal Supremo de EEUU Tesla fue reconocido como inventor de la radio y esto fue por lo que hizo que Marconi y Tesla se enfrentaran ya que Marconi esta considerado el inventor de la radio.

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a)
-Las sustancias fluorescentes poseen átomos de flour(de ahi su nombre) y emiten una luz azulada solamente cuando eran estimuladas por una radiación externa.

fosforescencia fluorescencia

-Las sustancias fosforescentes poseen átomos de fósforo y emiten una luz verdosa que no necesita ser estimulada por una radiación externa, es decir, brillan por si solas. Se sabía que había sustancias como las sales de uranio que no necesitaban átomos de fósforo para ser fosforescentes con lo que se llego a la conclución de que la presencia de estos átomos era decisiva pero no estrictamente necesaria. Las sustancias fosforescentes fueron estudiadas por los Becquerel, físicos franceses que solían reunirse para comentar sus diferentes resultados sobre el fenómeno. Un Becquerel, Henri solía fotografiar con luz fosforescente. Su procedimiento era bastante simple. Cubría una placa fotográfica con papel negro para evitar la luz del sol. Sobre esta placa, colocaba una moneda,tijeras...Lo cubría todo con sal de uranio(sustancia fosforescente) y lo exponía al sol, más tarde revelaba la placa y obtenía la imagen.

Henri Becquerel

b)

Los rayos X son un tipo de rayos cuya virtud era la penetrabilidad en ciertas sustancias como tejidos, piel, papel...Se utilizaban en medicina ya que las fotografías que se obtenían eran mucho más ricas que con las sales de uranio. Con estos rayos era más fácil ver los huesos, las fisuras...En el libro no hemos encontrado cómo se descubrieron los rayos X así que hemos buscado en internet. La historia de los rayos X comienza con William Crookes que investigaba los efectos de algunos gases en conjunto con descargas de energía. Ésto se realizaba en un tubo que solo contenía electrodos para que se generasen corrientes de alto voltaje. Este tubo(tubo de crookes) estaba situado cerca de algunas placas fotográficas, que como dice el libro no faltaban en ningun laboratorio, y cada vez que en el tubo se realizaba el experimento se generaban unas imágenes borrosas en las placas. Crookes no siguió investigando acerca del asunto, pero sí lo hizo Nikola Tesla que ya hemos hablado antes.

tubo de Crookes

http://www.youtube.com/watch?v=Sikzu09q6cc&feature=related (muestra del funcionamiento del tubo de Crookes)

c)

Símbolo que indica que hay radiactividad

La radiactividad es la desintegración espontánea de ciertos átomo pesados cómo el uranio. Se emitían 3 tipos de rayos, los alfa, los beta y los gamma. No tiene nada que ver con la fosforescencia ya que no necesita ser expuesta al sol para funcionar.

Fue descubierta por Henri Becquerel. En realidad la radioatividad no era su propósito ya que seguía investigando las sales de uranio y su capacidad de impresión en placas fotográficas. Becquerel tenía pensado dar una charla sobre sus investigaciones en la Academia, pero el tiempo no le favorecía y no pudo poner sus placas al sol. En el primer momento pensó en hablar de la fosforescencia débil ya que creía que las imágenes no iban a ser claras pero al ir a por las placas descubrió que la imagen era tan nítida como si hubiese estado expuesta a muchos dias de sol. Investigó un poco más dejando otras placas con monedas y sales de uranio en un cajón para que no diese el sol y aun así, la moneda era impresa. Tras seguir trabajando en esto, supuso que era el uranio lo que producía estas nuevas radiaciones.

d)

-El matrimonio Curie demostró que muchas sustancias emitían rayos que provenían de sus átomos, a este fenómeno le llamaron radiactividad.

matrimonio Curie


-Rutherford encontró la ley de la desintegración atómica, el ritmo con que los átomos radiactivos se desintegraban. Gracias a esto supuso que la vida media de estos átomos podía ir desde pocos segundos hasta millones de años, y supuso también que el uranio y los demas átomos radiactivos se iban transformando en otros que se volvían a desintegrar...hasta convertirse en plomo.

e)

-Las radiaciones alfa, beta y gamma son los rayos que emiten las sustancias radiactivas, es decir, los rayos en que se descompone la radiactividad. En un principio, Rutherford descubrió las dos primeras cuando trabajaba en Cambridge y mas tarde los gamma cuando se encontraba en Canadá.

-Los rayos beta estan formados solamente por electrones, los gamma son una radiación electromagnética muy energética, de una frecuencia muy alta y una cortisima longitud de onda, y los alfa son átomos de helio(Trabajando con unos aparatos muy simples, Rutherford y su discípulo Geiger dedujeron que los rayos alfa portaban una carga eléctrica doble que la del electron pero positiva, es decir, que eran átomo de helio doblemente ionizados He++)Con una lámina de oro,una pantalla cemicircular de sulfato de cinc y una Rutherford supuso su modelo atómico.

-La radiación mas energética es la gamma, luego la beta y por último el alfa.

http://www.astrocosmo.cl/imagenbi/pierremarie.jpg (vídeo que muestra la fuerza de los rayos gamma, es muy largo. Lo más interesante al principio)

f)

La ley de desintegración de la masa la hemos explicado en el punto D así que solo nos queda explicar por qué esta ley sirve como método de datación geológica.

Examinando unas muestras geológicas que contenían elementos como el plomo, pudo establecer un limite inferior a la edad de la Tierra ya que mediante esta ley, se sabía la vida de los átomos radiactivos. Este método se sigue utilizando actualmente en la datación de muestras antiguas.

El carbono 14

El carbono 14 es un radioisótopo del carbono descubierto en 1940 por Martin Kamen y Sam Ruben. Su núcleo contiene 6 protones y 8 neutrones(es bastante inestable debido a la diferencia existente entre el número de protones y el de neutrones) y de ahí procede su nombre, de la suma de neutrones y de protones. Es producido continuamente en la atmósfera mediante el bombardeo de átomos de nitrógeno(elemento más abundante en la atmósfera) por neutrones cósmicos y se mezcla continuamente con átomos de CO2 ya que estos no son radiactivos y su mezcla es equilibrada. Es la forma más precisa de conocer la edad de muestras orgánicas de menos de 60.000 años pero ¿ cómo funciona esta técnica? - La masa en isótopo de carbono 14 de cualquier ser orgánico disminuye exponencialmente. A los 5730 años de la muerte del ser, la cantidad de carbono 14 es la mitad. Con lo que al medir la cantidad de radiactividad que tiene la muestra tomada, se calcula la cantidad de carbono 14 que todavía queda y de ahí se resuelve una ecuación que nos dice el momento de la muerte de ese organismo. Este resultado se expresa en años BP(before present) y equivale a los años que han pasado desde la muerte del ser vivo hasta 1950. ( Se ha elegido este año por convenio y porque a partir de ese momento los ensayos nucleares provocaron anomalías en los isótopos radiactivos de la atmósfera pudiendo llevar a resultados incorrectos)

g)
El contador Geiger es un instrumento que nos permite medir la radiactividad de un objeto o lugar. Está formado por un tubo metálico en cuyo centro hay un hilo también metálico que está a unos 1000V relativos con el tubo. El espacio entre el hilo y el tubo está aislado y relleno de un gas.Cuando un ión o un electrón penetra en el tubo, desprende los electrones de los átomos que forman el gas y éstos son atraidos hacia el hilo ya que el hilo tiene voltaje positivo y los electrones carga negativa, los polos opuestos se atraen. En este proceso la energía se incrementa debido a la atracción y al colisionar con los átomos del hilo liberan más electrones. Estos electrones vuelven a colisionar y pronto se produce un impulso de corriente detectable. Cada partícula que pasa por el contador produce un impulso identico que nos permite contar la cantidad de partículas, dependiendo del número que te salga al final habra más o menos radiactividad.

Contador Geiger

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El modelo atómico de Rutherford se basa en la existencia de un núcleo y de una corteza y en que un átomo no se distingue de otro más que en el numero de protones y electrones, es decir de su número atómico.

-El núcleo es el centro del átomo y en él se concentraría toda la carga positiva debido a los protones( Rutherford descubrió que había el mismo número de protones que de electrones y por lo tanto, los dos tenían la misma carga eléctrica haciendo al átomo neutro) También en el núcleo se concentraría casi toda la masa ya que los protones son unas dos mil veces superiores a los electrones. Las proporciones serían tremendas, como una perla de un centímetro de diámetro actuando como núcleo en el centro de un estadio de futbol cuyas gradas actúan como los electrones.

-La corteza es la parte exterior del átomo donde se encuentran los electrones en distintas órbitas. Rutherford no dejo muy claro estas órbitas. No obstante, tras un experimento pudo comprobar que el radio del átomo era diez mil veces mayor que el núcleo del mismo, lo que hacía que hubiese un gran espacio entre el núcleo y las órbitas.

-Todos estos estudios tenian un problema y era que contradecían algunas leyes ya establecidas como- ¿ cómo era posible que los protones se manteniesen juntos en el núcleo cuando las cargas iguales se repelen? a lo que Rutherford lo explicaba con la existencia de una nueva fuerza mucho mas poderosa y de caracter atractivo que era suministrada por unas partículas neutras que se encontraban en el núcleo a lo que él llamo neutrones.

Otra regla que rompía era ¿ cuánto tiempo se mantendría en su órbita un electron antes de caer sobre el núcleo cuando se sabía que una carga electrica esta sometida a aceleraciones, por lo que pierde energia? Esta solución la explico Bohr en su nuevo modelo atómico.

-Las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza son un conjunto de leyes simples que intentan describir el universo.

-La fuerza gravitatoria: En un principio, Galileo hizo una descripción de los efectos de la gravedad en la tierra y por otro lado el científico Kepler describió el movimiento planetario. Se creía que estos dos principios no tenían nada en común hasta que Newton los describió bajo el mismo concepto, la fuerza gravitatoria.

Es la más débil de las cuatro y es muy conocida por que actúa a grandes distancias y con un caracter exclusivamente de atracción. Se basa en la interacción de la energía entre si y con la masa, describiendo la deformación que sufre el espacio-tiempo por la presencia de grandes masas.

-La fuerza electromagnética: Antes del siglo XIX ya había sido descrito el fenómeno eléctrico por científicos como Volta, Coulomb...Por otro lado, Christian Ørsted descubrió perturbaciones magnéticas cercanas a corrientes eléctricas. Finalmente James Clerk Maxwell planteó una ecuación de onda electromagnética quedando bajo el mismo concepto estos dos fenómenos, la fuerza electromagnética.

Actua entre partículas con carga eléctrica, tiene un alcance infinito(distancias enormes) y es mucho mas fuerte que la gravitatoria. Ha dado respuesta a casi todos los fenómenos de la vida cotidiana como el arco-iris, la constancia de la velocidad de la luz, el efecto fotoeléctrico...

-La fuerza nuclear débil: Con el desarrollo de la mecánica cuántica se descubrío una fuerza que no podía incluirse en las dos ya conocidas. En las partículas de esta fuerza han sido encontrados bosones. También fue descubierto que a temperaturas tan altas como las del Big Ban, la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética son una misma interacción pero que a bajas energías, parecen dos tipos diferentes.

Es unicamente atractiva, con una menor intensidad que la electromagnética y un alcance también menor que la interacción fuerte. Es producida por los bosones W y Z que son partículas muy masivas y se acopla a un tipo de carga llamado sabor. Esta interacción es la causante de los cambios de sabor en las partículas.

-La fuerza nuclear fuerte: También fue descubierta con el desarrollo de la mecánica cuántica y se han encontrado en sus partículas bosones. Ésta interacción coexiste con la fuerza nuclear débil y con la electromagnética sin ningun problema pero se espera que estas tres interacciones puedan unirse en una llamada interacción electronuclear.

Es la más fuerte pero sólo actúa a distancias muy pequeñas como el radio atómico. Se acopla a otro tipo de carga llamado color y es la causante de los cambios de color de las partículas. Esta interacción es la fuerza que mantiene a los protones unidos en el núcleo( fuerza que mencionó Rutherford pero que no supo describir).

Rutherford se considera el padre de la interacción nuclear ya que fue el primero en preguntarse por qué los protones se mantenían unidos. Si no existiese otra fuerza mucho mayor que la electromagnética( que tendría que separar a los protones) no existiría un núcleo, y por lo tanto no existirían los átomos. Como ya hemos mencionado antes, Rutherford no fue capaz de encontrar esta fuerza ya que la tecnología no era suficiente y no se había desarrollado la mecánica cuántica.

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