Antecedentes historicos de los modelos atomicos.De que estn hechas las cosas que vemos cotidianamente? Y Cmo estn conformadas las cosas que vemos a lo largo de nuestra vida? Esas preguntas se las ha hecho la humanidad en varios puntos de su historia en distintas pocas y lugares. Penso que al divider una piedra en dos partes tendriann las mismas propiedades que tenia dicha piedra antes de ser dividida. Por lo tanto, si el continuaba dividiendo la piedra en partes cada vez mas pequeas con las mismas propiedades, entonces, se llegara hasta cierto punto donde las piezas divididas serian tan pequeas que ya no podran ser divididas.A estas piezas les llamo atomos (del griego ) que significa sin divisin o indivisible [2]; y tenan ciertas especificaciones dependiendo del material al cual pertenecan. Adems crea que los atomos diferan en tamao y forma estaban en movimiento constante en el vacio, sin embargo, al colisionar unos con otros podran juntarse o bien rebotar.Dicha teora fue brillante e innovadora para su poca, sin embargo, Aristoteles (uno de los filsofos griegos mas imporantes de la antigua Grecia) rechazo tal teora y fue descartada por casi 2000 aos. [1]Tiempo despus, Isaac Newton (1642-1727), el cientfico ms famoso de su poca, apoy la idea de los tomos. Sin embargo, al ver que los atomos reaccionaban entre si para formar nuevas sustancias, fue necesario que se construyera una teora de los atomos que los vinculara con los elementos con que se relacionaban. Fue John Dalton en 1808, quien tomo parte de las ideas de Democrito para formular su teora atmica, que seria marcada como el hito de la qumica moderna, la cual tiene los siguientes postulados: Figura 1.2.- John Dalton (1766-1844). Meterologo, educador, quimico, cientifico y periodista ingles. Es considerado como el fundador de la qumica moderna gracias a su teora atmica (1808), sin embargo, hizo otras grandes aportaciones tales como la ley de presiones parciales (1803), tambin hizo estudios sobre la ceguera para la distincin de colores (Daltonismo),que se nombra en su honor. [-4]1. Los elementos estn formados por partculas extremadamente pequeas llamadas tomos. 2. Todos los tomos de un mismo elemento son idnticos, tienen igual tamao, masa y propiedades qumicas. Los tomos de un elemento son diferentes a los tomos de todos los dems elementos.3. Los compuestos estn formados por tomos de ms de un elemento. En cualquier compuesto, la relacin del nmero de tomos entre dos de los elementos presentes siempre es un nmero entero o una fraccin sencilla.4. una reaccin qumica implica slo la separacin, combinacin o reordenamiento de los tomos; nunca supone la creacin o destruccin de los mismos.

Es notable que la teora de Dalton es mucho mas exacta que la de Democtrio por las siguientes razones:Cada elemento tiene atomo que los diferencia de los otros elementos. Por ejemplo, los atomos del hidrogeno son diferentes de los atomos del oxigeno.La tercera hiptesis sugiere que para formar determinado compuesto no slo se necesitan los tomos de los elementos correctos, sino que es indispensable un nmero especfico de dichos tomos. [5]La cuarta hiptesis sugiere que dichos atomos no pueden ser creados ni destruidos destruidos, solo pueden ser reordenados de acuerdo con la ley de la conservacin de la masa que estipula que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Figura 1.3- De acuerdo con lo estipulado por Dalton, cada elemento tiene atomos especficos para dihco elemento y su unin por medio de una reaccin qumica supone su reordenamiento obedeciendo a la ley de la conservacin de la materia. Observese que los atomos iluminados en color rojo tienen una relacin 2:1 con respecto a los atomos iluminados en color azul.[-6]

Anatomia de un atomoDalton construyo los cimientos de una teora revolucionario que cambiaria la forma de ver nuestra manera de ver la estructura del mundo que nos rodea, pero solo seria la introduccin del atomo, ya que si segn el, el atomo es lo mas pequeo de la materia. Cmo esta conformado o de que esta hecho el atomo? La pregunta a dicha interrogante seria respondida a finales del siglo XIX y principios del XX. Ya que dicha interrogante permanecia persistente debido a la falta de instrumentos cientficos que la pudieran responder.El electronEn 1897 el Fisico britanico Joseph John Thomson (1865-1940) descubrio el electron en una serie de experimentos diseados para estudiar la naturaleza de la carga eelctrica en untubo de rayos catodicos al vacio. [-7]

[-8]Figura 1.4- Tubo de rayos catdicos utilizado por J.J. Thomson al vacio utilizando una fuente de diferencia del potencial. 1. Cuando se aplica altvo voltaje a traves de un par de placas, se cargan relativamente entre si. La placa con carga positiva es el anodo y la carga negativa es el catodo.2. Los electrones pasan de la superficie del catodo y se aceleran hacua el anodo con la carga opuesta. El anodo absorbe mucho electrones, pero el anodo tiene rendijas y algunos de los electrones podrn pasar.3. Los electrones viajan hacia un tubo evacudao, donde se mueven en lnea recta hasta que golpean una pantalla fluoresente. Dicha pantalla esta cubierta con un qumica que resplandece cuando los electrones lo golpean. [-9]Estas mediciones hicieron posible calcular un valor de 1.763E8 coulombs por gramo (Coulomb es la unidad en el Sistema Internacional (SI) para la carga elctrica), para la relacin de la carga elctrica del electrn con respecto a su masa. [-10]Tiempo despues, a dichos rayos catodicos se les dio el nombre de electrones, trmino propuesto por George Stoney en 1874. Robert Millikan, (1868-1953), pudo determinar la carga electrnica e mediante una serie de experimentos con gotas de aceite.[-11] [12]Figura 1.5- Experimento de la gota de aceite de Millikan. Los iones, tomos o molculas cargadas, se producen por la accin de una radiacin energtica, como rayos X (X). algunos de estos iones llegan a unirse a pequeas gotitas de aceite, proporcionndoles una carga neta. La velocidad de cada de una gotita en el campo elctrico entre las placas del condensador aumenta o disminuye dependiendo de la magnitud y el signo de la carga de la gota. analizando los datos de un gran nmero de gotitas, Millikan concluy que la magnitud de la carga, q, de una gota es un mltiplo enterode la carga elctrica, e. Es decir, q = n e(donde n =1, 2, 3, ). [-13]

En su experimento, al cual Millikan repiti numerosas veces, encontr que el valor de la carga del electron es -1,6022 *10-19C. Y si Thomson pens que la carga positiva necesaria para contrarrestar a las cargas positivas enun atomo nuetro se encontraba en una nube difusa; en donde los electrones flotaban en dicha nobe que se asemejaba a un pudin de ciruelas, donde los electrones eran como las ciruelas incrustadas. (14)

Modelo de Rutherford.

Figura 1.6- Ernst Rutherford (1871- ) fsico Neozelandes [-15] Rutherford y Hans Geiger trabajaron muy de cerca en 1907 y 1908 en la deteccin y medicin de partculas . Pero si pensaban utilizar partculas para demostrar al atomo, tenan que saber mas acerca de estas partculas y su comportamiento. Ya que Rutherford fracaso al tratar de contabilizar dichas partculas. [-16]

Rutherford efectu una serie de experimentos utilizando lminas muy delgadas de oro y de otros metales, como blanco de partculas provenientes de una fuente radiactiva.Se observo que la mayora de las partculas atravesaban la lmina sin desviarse, o bien con una ligera desviacin. De cuando en cuando, algunas partculas eran dispersadas (o desviadas) de su trayectoria con un gran ngulo e inclusive retornadas a su punto de origen en algunos casos. [-17]

Figura 1.7.- Diseo del modelo experimental de Rutherford para determinar la medicin de partculas mediante una lamina de oro. [-18]

Ya que las particulas tienen aproximadamente 8000 veces lamasa de un electron y se impactan a muy altas velocidades, estaba claro que se necesitaban fuerzas fuertes para desviar y regresar dichas partculas. Rutherford explico este fenmeno con un nuevo modelo atomico renovado, en el cual la mayor parte de la masa se concentraba en un nucleo compacto (conteniendo toda la masa positiva), con los electrones ocupando la mayora del espacio del atomo y orbitando el nucleo a una distancia. Con el atomo compuesto de espacio mayormente, fue fcil construir un modelo donde la mayora de las partculas pasaran a travs de la placa, y solo las que entraran en contracto directo con un nucleo de oro fueran desviadas o regresadas. [-19]

Las partculas del ncleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones. En posteriores experimentos se determino que los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones y que su masa es de 1.67262 1024g, aproximadamente 1 840 veces la masa del electrn con carga opuesta. [-20]

El neutrnEn la decada de los aos 30, surgio una nueva tcnica de penetracin por medios radiactivos, cuando Bothe y otros bombardearon berilio con particulas . Aunque dichas emisiones fueron atribuidas a una forma inusual de radiacin gama, James Chadwick (1891-1974) sospecho de un origen distinto.En 1932, eel mostro que las propiedades fsicas de la radiacin podan ser expliocadas al invocar una particula de una masa atmica: el neutrn [-21]

Figura 1.8- James Chadwick[-22]Frederic and Irene Joliot-Curie. They used a different method for tracking particle radiation. Chadwick repeated their experiments but with the goal of looking for a neutral particle -- one with the same mass as a proton, but with zero charge. His experiments were successful. He was able to determine that the neutron did exist and that its mass was about 0.1 percent more than the proton's. He published his findings with characteristic modesty in a first paper entitled "Possible Existence of Neutron." In 1935 he received the Nobel Prize for his discovery.Mas detalladamente, Chadwick se intereso por los experimentos de Frederic e Irene Joliot-Curi, ya que ellos utilizaron un metodo diferente para rastrear la particular de radiacion. Chadwick repiti sus experimentos, pero con la meta de encontrar una particula neutra, con la misma masa del proton, pero con carga cero. Tuvo xito en sus experimentos. Pudo determinar que el neutrn exista y que su masa era alrededor de 0.1% mas que la del proton. Eel publicara sus resultados en un articulo titulado Posible existencia del neutrn; y en 1935 recibiria el premio nobel por su descubrimiento. [-23]

Figura 1.9- Los neutrons se encuentran solamente en el nucleo (extremadamente pequeo) del atomo, donde juegan un papel importante en la estabilidad del atomo. [-24]

Ondas electromagnticas

IntroduccionLas ondas electromagneticas son un fenomeno de la naturaleza que se observa comunmente como luz. Aun asi, la luz es parte del espectro que comnmente percibimos sin instrumentos adicionales, que es solo una parte pequea del espectro infinito de las ondas electromagnticas.La luz que llega del sol o que es producida por una bombilla que permite iluminar la oscuridad es radiacin electromagntica. Del mismo modo, las ondas de radio que recibe un automvil o las seales de televisin son tambin una forma de radiacin electromagentica. La radiacion electromagnetica existe realmente como un espectro infinito. Cada punto del espectro opera de la misma manera, excepto que en cada punto del espectro tienen una frecuencia diferente. Esto es porque ondas interactan con el medio fsico de diferente manera. Cada frecuencia de la radiacin electromagntica sigue las mismas leyes. Para ser capaces de detectar las diferentes frecuencias es necesario contar con distintos tipos de instrumentos que sean capaces de convertirlas para ser detectables.Segun los fisicos del siglo XIX, las ondas de luz podan ser explicadas como las ondas del agua provocadas en un estanque al arrojar una piedra dentro de eel. De este modo, al causar ondas en el estanque provocadas por una piedra arrojada, se podra crear una onda en un campo electromagntico (estanque), al empujar o acelerar a un electron (piedra) dentro de ele.Por consiguiente, ellos utilizaban al agua como una analoga al describirla como un medio, aunque, deba de haber un medio en donde las ondas pudieran propagarse.A lo que concluyeron, fue que la radiacion electromagnetica no necesita un medio fisico para propagarse. Un ejemplo para confirmar seria la luz que recibe la Tierra desde el sol, que debe atravesar el espacio, que es un vacio total. Lo mismo ocurre con otras estrellas. Las ondas electromagnticas se propagan a travs de campos electromagnticos, los cuales permean el medio circundante. [-25]

El cientfico que se dedido a estudiar las ondas electromagnticas fue el fsico escoces James Clerk Maxwell.

Ecuaciones de Maxwell Maxwell demostr en 1865 que una perturbacin electromagntica debe propagarse en el espacio libre con una rapidez igual a la de la luz, por lo que era probable que la naturaleza de las ondas de la luz fuera electromagntica. Al mismo tiempo descubri que los principios bsicos del electromagnetismo podan expresarse en trminos de las cuatro ecuaciones que ahora se conocen como las ecuaciones de Maxwell. [-26]

Figura 1.10- James Clerk Maxwell (1931-1879) fue el pionero del entendimiento de la naturaleza fundamental de la luz, Aunque tambin hizo importantes investigaciones sobre la velocidad de gases, la composicin de los anillos de Saturno y no menos importante sus ecuaciones que aun hoy en dia son fundamentales en la fsica. [-27]

Estas ecuaciones son:1. Ley de Gauss de los campos elctricos.2. Ley de Gauss de los campos magnticos (indica la inexistencia de monopolos magnticos).3. Ley de Ampere. 4. Ley de Faraday.

Forma diferencialForma integral

Figura 1.11- Ecuaciones de Maxwell pueden expresarse en forma diferencial e integral. [-28]

Estas ecuaciones se aplican a los campos elctricos y magnticos en el vacio. Si esta presente un material, la permitividad 0 y la permeabilidad 0 del espacio0 libre se sustituyen por la permetividad y la permeabilidad del material.De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, una carga en reposo produce un campo E estatico pero no un campo B; una carga puntual en movimiento con velocidad constante produce los campos E y B. [-29]

El descubrimiento de Hertz.El fsico alemn Heinrich Hertz genero por primera vez ondas electromagnticas con longitudes macroscpicas en el laboratorio en 1887, utilizando cargas oscilantes en circuitos L-C y se detecto que las ondas eelctromagneticas resultantes producidas por otros circuitos eran las mismas. Esto mismo se hizo pero con ondas electromagnticas estacionarias y procedio a medir su distancia entre los nodos adyacentes para medir su longitud de onda.Una vez determinada la frecuencia de resonancia en sus circuitos, fue capaz de encontrar la rapidez delas ondas a partie de la reacion entre la longitud de onda y su frecuencia:

Donde:v = es la rapidez de la onda. = longitud de onda.f = es la frecuencia.Y asi comprob que dicha rapidez era igual a la de la luz.

La unidad de la frecuencia en el SI es el Hertz (nombrado asi en honor a Heinrich Hertz) que es igual a un ciclo por segundo. [-30]

Composicion del espectro electromagnticoSegn la NASA (Administracion nacional de la aeronutica y el espacio),el espectro electromagnetico es el rango de todos los tipos de radiaciones electromagnticas. [-31]

Figura 1.12 El espectro electromagntico se extiende desde las bajas frecuencias usadas desde el extremo de la onda larga hasta el extremo de la onda corta, que cubren longitudes de onda de entre miles de kilmetros y la fraccin del tamao de un tomo. [-32]

Segn Sears, Zemansky, Young y Friedman, el ojo humano solo puede detectar directamente una parte muy reducida, y a dicha parte se le denomina luz visible. Su intervalo de onda va desde los 400 nm a 700 nm, con frecuencias correspondientes de 750 a 430 THz. [-33]Sus partes se presentan en las sensaciones de los diferentes de colores ante el ojo humano.

Luz Visible

ColorFrecuencia (THz)Longitud de onda (nm)

Violeta668-789380-450

Azul631-668450-475

Ciano606-630476-495

Verde526-606495-570

Amarillo508-526570-590

Naranja484-508590-620

Rojo400-484620-750

Tabla 1.1. Longitudes de onda de la luz visible.

A continuacin se muestra la representacin grafica de los colores que componen a la luz visible.

Figura 1.12.- Al descomponer la luz visible a travs de un prisma se puede observar que se compone de siete colores (mencionados en la tabla anterior). [-34]