9. Física contemporánea Estudia los fenómenos producidos por partículas microscópicas, como son: los átomos, las moléculas, los núcleos atómicos y las partículas atómicas, en las que además las magnitudes de sus velocidades pueden ser tan grandes que tienen magnitudes iguales o cercanas a la de la luz. 9.1 Estructura atómica de la materia En 1803 Dalton propuso la teoría de que la materia está compuesta por átomos de diferentes masas, que se combinan en proporciones sencillas para formar compuestos: Los postulados de la Teoría Atómica de Dalton son: a) Toda materia está formada por partículas diminutas llamadas átomos. Estos son indivisibles. b) Todos los átomos de un mismo elemento tienen idéntico peso y son iguales entre sí. c) Los átomos de diferentes elementos tienen distinto peso. d) Los cambios químicos en la materia se producen debido a combinaciones entre sus átomos. Átomo: Es la unidad más pequeña posible de un elemento químico. Los átomos se encuentran constituidos por partículas elementales: los electrones, protones y neutrones. Ley de proporciones múltiples realizada por Dalton, en ella sostiene que si dos elementos se combinan para formar una sustancia compuesta, la relación entre las masas de un elemento que se combinan con una masa constante de otro elemento puede expresarse en números enteros y pequeños. 9.1.1 Modelos atómicos 9.1.1.1Modelo Atómico de Dalton
A principios del siglo XIX Dalton, físico y químico, les asigno peso a los átomos y creo su teoría atómica bajo los siguientes postulados: a) Toda la materia está formada por partículas muy diminutas llamadas átomos. b) Todos los átomos de un mismo elemento tienen idéntico peso y son iguales entre sí. c) Los átomos de diferentes elementos tienen distinto peso. d) Los cambios químicos en la materia se producen debido a combinaciones entre sus átomos. 9.1.1.2 Modelo atómico de Thomson Al realizar e4xperimentos con rayos catódicos, observo que estos podían ser desviados por un campo magnético, por lo cual considero que estos podían como partículas eléctricamente negativas presentes en la materia, a las que llamo electrones. Gracias a este experimento, con ayuda de otros más propuso en 1910 su modelo atómico semejante a una gelatina con pasas. Dijo que el átomo era una esfera de electricidad positiva en la que se encontraban dispersos los electrones. Pero aun concebían al átomo como una partícula compacta e indivisible. 9.1.1.3 Modelo atómico de Rutherford 1911 propuso otro modelo atómico, como resultado de sus experimentos consistentes en bombardear láminas de oro y platino, con partículas alfa. Observo que la mayoría de estas penetraban las laminillas sin desviarse. Esto condujo a formular una nueva teoría, según el cual el átomo está formado por un pequeño núcleo con carga positiva, que contiene la mayor parte de la masa, y en torno del cual se encuentran los electrones, describiendo diferentes trayectorias 9.1.1.4 Modelo atómico de Bohr
El en 1913 y 1915 propuso que, la energía es embutida en cuantos o “paquetes discretos de energía” De acuerdo con el modelo atómico de Bohr, los electrones se mueven en orbitas en torno al núcleo, como lo hacen alrededor del Sol. Dedujo que cada nivel de energía en un átomo es capaz de mantener solo un cierto número de electrones a la vez. El número máximo de electrones en cualquier nivel de energía se determina según la siguiente ecuación
2n
2
(Donde “n” es igual al
número de nivel de energía que este llenando, así pues los niveles de energía que cabe cada átomo son: 1er nivel caben 2 electrones como máximo 2do nivel caben 8 electrones como máximo 3er nivel caben 18 electrones como máximo 4to nivel caben 32 electrones como máximo 9.1.1.5 Modelo atómico de Sommerfeld El modifico el modelo atómico de Bohr y planteo que los electrones no solo se mueven en orbitales circulares, sino también en forma elíptica, y que su orientación se debe a la presencia de campos magnéticos. Este modelo afirmaba que existen subniveles, lo que dio lugar al número cuántico azimutal, que determina la forma de los orbitales. 9.1.2 El experimento de Rutherford 1911 propuso otro modelo atómico, como resultado de sus experimentos consistentes en bombardear láminas de oro y platino, con partículas alfa. Observo que la mayoría de estas penetraban las laminillas sin desviarse. Esto condujo a formular una nueva teoría, según el cual el átomo está formado por un pequeño núcleo con carga positiva, que contiene la mayor parte de la masa, y en torno del cual se encuentran los electrones, describiendo diferentes trayectorias.
9.1.3 Espectroscopia y el modelo atómico de Bohr Bohr propuso su teoría de la estructura atómica con los siguientes postulados: a) Los electrones al girar alrededor del núcleo lo hacen solo en ciertas orbitas o niveles de energía definidos, denominados estados estacionarios del átomo. b) Mientras los electrones giran en su nivel de energía correspondiente, no radian ningún tipo de energía electromagnética aunque su movimiento sea acelerado. c) Cuando un electrón absorbe energía puede saltar a otro nivel de mayor energía, pero al descender a un nivel de menor energía emitirá la energía absorbida en cantidades definidas de esta llamadas cuantos o fotones de radiación. Bohr encontró un apoyo a sus postulados acerca de la estructura del átomo, al explicar el porqué de las líneas del espectro del hidrogeno, pues señalo que cada línea del espectro se debía al sato de un electrón de un nivel de energía mayor a uno menor. 9.2 Física nuclear. La física nuclear es la parte de la física que estudia el núcleo atómico, las reacciones en las que intervienen tales núcleos y los aparatos y métodos para medir o producir dichas reacciones. Cuando la energía de las reacciones que intervienen no supera los 100 MeV, se denomina física nuclear de baja energía, y en caso contrario, de alta energía. 9.2.1 El descubrimiento de la radiactividad. Fue el físico ingles Antoine Henri Becquerel en descubrir la radioactividad al observar que el uranio producida un tipo de rayo capaz de atravesar varias hojas de papel negro e impresionar una placa fotográfica colocada al otro lado. 9.2.2 Decaimiento radioactivo.
La semidesintegracion o vida media de un elemento radioactivo es el tiempo que tarda la mitad de una cierta cantidad inicial del elemento en desintegrarse en otro diferente. 9.2.3 Detectores de radiactividad. 9.2.3.1 Cámara de niebla de Wilson: con la cámara de niebla de Wilson se puede detectar la trayectoria de las partículas elementales que no son observables a simple vista. Su funcionamiento se basa en que los átomos de los gases ionizan fácilmente al recibir el impacto de partículas cargadas mismas que les arrancan electrones, así como en el fenómeno de condensación del vapor de agua sobre los iones. 9.2.3.2 Contador de Geiger: Consta de un tubo de vidrio herméticamente cerrado en cuyo interior hay un cilindro de cobre abierto por los extremos, tienen también un filamento delgado de tungsteno a lo largo del eje central. 9.2.3.3 Contador de centelleo: Su funcionamiento se basa en la propiedad que tienen algunos cuerpos fluorescentes de iluminarse y producir un centelleo cuando una partícula cargada, choca con sus átomos. 9.2.4 Fisión y fusión nucleares. 9.2.4.1 fisión nuclear La fisión nuclea se produce cuando un núcleo de un átomo pesado es bombardeado por una partícula incidente, especialmente por un neutrón, provocando su ruptura en dos fragmentos y muy rara vez en tres. 9.2.4.2 Fusión nuclear La fusión nuclear se produce debido a la unión de dos o más núcleos de átomos ligeros en un solo núcleo de átomos ligeros en un solo núcleo ligeros se masa más elevada. Siempre que dos núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado, la masa de este es menor a la suma de los primeros. 9.2.5 Aplicaciones de la radiactividad y la energía nuclear.
Existen muchas aplicaciones prácticas de las radiaciones, tanto en la industria como en la medicina, en la investigación científica y en la agricultura. Por ejemplo el radio cobalto 60 se utiliza para tratar tumores o células cancerígenas, tumores de la glándula tiroides. En las naves espaciales se usan generadores de energía eléctrica basados en el uso de radioisótopos. Como la desintegración de los átomos produce calor, un elemento radiactivo se coloca en una cámara metálica que en sus paredes tiene pares termoeléctricos.
