Del descubrimiento del electrón a las pantallas de televisión.

No es atípica entre la comunidad no científica la pregunta “bueno... y esto para qué” cuando se presentan nuevos avances científicos que en un primer momento no presentan ninguna aplicación práctica. No digamos ya cuando la inversión que hay por medio es relativamente elevada...

Como primera respuesta diría: Los científicos tratan de entender cómo funciona la naturaleza, tratan de entender sus “reglas de juego” para luego poder utilizarlas en nuestro beneficio. Hay veces en las que no se encuentran, a priori, aplicaciones a algunas de las facetas de la naturaleza que hemos descubierto, pero eso no debe ser entendido en ningún momento como un fracaso de la ciencia.

A lo largo de la historia de la ciencia podemos encontrar algunos ejemplos de lo que acabo de comentar. En la rama de la medicina podemos reseñar el descubrimiento del positrón, una partícula predicha por Paul Dirac y descubierta por Anderson unos años después. Actualmente, esta partícula es utilizada diariamente en los hospitales en la “Tomografía por emisión de positrones” (PET por sus siglas en inglés, Positron Emission Tomography).

Michael Faraday

En este post hablaré de los rayos catódicos, tanto de su fundamento como de una de las principales aplicaciones de los mismos (al menos la más cotidiana).

El primer tubo de rayos catódicos fue construido por Michael Faraday. Observó que cuando se generaba una diferencia de potencial entre dos electrodos, el cátodo (polo negativo) emitía un tipo de radiación, que viajaba hacia el ánodo (el polo positivo).

Se observó que esta radiación era independiente del tipo de material del que estuviera compuesto el cátodo.

Los rayos catódicos son invisibles, por lo que en los tubos de rayos catódicos se “pinta” la zona en la que queramos visualizarlos con un material luminiscente.

Tubo de rayos catódicos con la Cruz de Malta

Otro tipo de experimentos mostraba que estos rayos catódicos eran desviados por campos eléctricos y magnéticos de la forma que se esperaba para partículas con carga negativa.

Fue George Stoney, quien dio el nombre de electrones a los rayos catódicos.

George Stoney

Este experimento que dio lugar al descubrimiento de los electrones posteriormente sería la base de las pantallas de televisión (las que conocemos antes de las nuevas pantallas de cristal líquido, LED,...) basadas en tubos de rayos catódico. Un haz de rayos catódicos impacta sobre una pantalla que se ha impregnado con sustancias luminiscentes que dan los tres colores primarios; verde, azul y rojo. Jugando un poco con los imanes incluidos en las pantallas de tubo de rayos catódicos se puede modificar la trayectoria del haz para que vaya barriendo la pantalla completa formando finalmente la imagen que vemos.

Esquema de una pantalla tubo de rayos catódicos

En el siguiente vídeo podéis ver el comportamiento de los rayos catódicos en distintas situaciones.

Tutorial Avogadro

Este tutorial es sobre un programa para representar estructuras tridimensionales de moléculas.

Introducción a la cuántica

El modelo, quizás más conocido, es el modelo de Bohr que describe el átomo como un núcleo formado por protones y neutrones, y electrones girando en órbitas circulares alrededor del núcleo.

Según el modelo de Bohr , podemos conocer exactamente cuál es la posición y el momento de un electrón.

Posteriormente se comprueba que hay muchos fenómenos que no se pueden explicar con el modelo de Bohr, entre otras cosas los espectros atómicos que el modelo de Bohr solo predecía para el hidrógeno.

Poco a poco el modelo de Bohr empieza a quedar a un lado llegando con más fuerza otro modelo, el modelo cuántico del átomo.

Algunos de los postulados que merece la pena mencionar en esta introducción son:
-Dualidad onda-partícula de De Broglie: Afirma que todo cuerpo que tenga masa tiene una onda asociada. Esto llevándolo a un extremo quiere decir que cada uno de nosotros tendría un carácter ondulatorio. El problema es que ese carácter ondulatorio es prácticamente nulo.

-Principio de incertidumbre: Afirma que es imposible conocer la posición y la velocidad de un electrón simultáneamente. Este echa por tierra el modelo de Bohr que afirma que estos dos parámetros pueden conocerse.

En posteriores entradas daré información sobre la nueva visión del electrón, qué son lo orbitales atómicos y algunos de los más importantes.

Recciones ácido-base

Las reacciones ácido-base son aquellas en las que se produce un intercambio de protones. Ha habido varias teorías intentando explicar este tipo de reacciones. La actualmente aceptada es la de Bronsted-Lowry que define un ácido como una especie que cede protones y una base aquella que los acepta.

La reacción entre un ácido y una base da una sal y agua.

Ejemplo: HCl + NaOH ® NaCl + H₂O

La disociación de un ácido en agua es la siguiente: HCl + H₂O ® H₃O⁺ + Cl^-

La disociación de una base es la siguiente: NaOH + H₂O ® Na⁺ + OH^-

En general un ácido cede un protón formandose un ion hidronio y una base se disocia dando lugar a un ión hidroxido.

¿Qué es la química?

La química es la ciencia que estudia la materia, cualquier cosa que tengamos a nuestro alrededor es estudiado por la química. Intenta dar respuestas a porqué la materia es como es y no de otra forma.

Estados de la materia

Podemos distinguir tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

El estado solido se caracteriza porque las moléculas están muy juntas impidiendo el movimiento de estas. No son compresibles y pueden cambiar de estado aumentando su temperatura.

En el estado líquido, las moléculas están más separadas permitiendo el movimiento de estas, aunque todavía existen relaciones entre las moléculas. Estos tampoco son compresibles y pueden pasar a estado sólido disminuyendo la temperatura, o pasar a estado gaseoso aumentando la temperatura.

Finalmente, el estado gaseoso se caracteriza porque las moléculas están muy separadas evitando. Una de las características de los gases es que tienden a ocupar todo el volumen en el que están contenidos. Hay una relación simple que relaciona la presión (P), el volumen (V) y la temperatura (T) de un gas y se llama ecuación de los gases perfectos o ideales.

PxV=nxRxT

Donde:

P: Presión. Se mide en atmósferas (atm)

V: Volumen. Se mide en litros (L)

n: Número de moles. Se mide en moles (mol)

R: Es una contante para todos los gases (R=0,082(molxK)/(atmxL))

T: Temperatura a la que se encuentre un gas. Se mide en Kelvin (K)

Se dice que un gas está en condiciones normales (C.N.) cuando P=1atm y T=273K (0ºC)

Ejemplo: Calcular el volumen que ocuparán 2mol de un compuesto gaseoso en condiciones normales:

P=1atm

T=273K

n=2mol

R=0,082(molxK)/(atmxL)

PxV=nxRxT => V=(nxRxT)/P => V= 44,8L

Concepto de mol

El mol es una unidad que se introduce para poder manejar en el laboratorio cantidades de masa ante la dificultad de pesar átomos o moléculas individuales.

El mol se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades como átomos hay en 12,00g de carbono 12 (C-12). Este número es el número de Avogadro y es N_A=6,022x10²³ entidades/mol.

Para calcular los moles que hay en una cierta cantidad de sustancia solo ha y que utilizar la siguiente ecuación: n=m/M, donde:

n: moles de sustancia (mol)

m: masa de sustancia (g)

M: masa molar de la sustancia (g/mol)

Ejemplo: Calcular los moles que hay en 16g de C.

M(C)=12,0 g/mol

m(C)= 16,0 g

n(C)= 16,0/12,0=1,33 mol C