EL URANIO, el elemento qumico que ocupa la casilla 92 de la Tabla Peridica, fue

descubierto en 1789 por el qumico alemn Maarten Heinrich Klaproth (1743-1814) quien, por cierto, tambin fue el primero en aislar el titanio. Los estudios que Klaproth realiz con el polvo negro obtenido a partir de la pechblenda [la pechblenda es un xido natural del uranio, ms adelante se ofrece una explicacin ms amplia sobre esta substancia] demostraron que se trataba de un nuevo elemento cuyas propiedades eran muy diferentes a las de los ya conocidos. Klaproth llam a ese elemento uranio, inspirndose en el nombre del planeta descubierto poco antes. En efecto, el hallazgo del planeta Urano, realizado en 1781 por el angloalemn John Frederick William Herschel, caus gran repercusin en el mundo entero porque desde la antigedad se haba considerado a Saturno como el planeta ms alejado del Sol: tiempo despus se descubriran tambin Neptuno y Plutn. Herschel se inspir para elegir el nombre del planeta que haba descubierto en Urania, la musa de la astronoma y de la geografa. Desde su descubrimiento y hasta finales del siglo XIX, el uranio fue considerado como un elemento ms y sus aplicaciones se reducan a la coloracin de vidrios y cermicas, lo que ahora parece insensato debido a sus propiedades radiactivas. Despus del descubrimiento del radio, los minerales de Uranio se utilizaron como fuente para extraerlo. No fue sino hasta 1939, fecha del descubrimiento de la fisin nuclear, cuando el uranio, por s mismo, atrajo el inters del mundo.LOS RAYOS X

A principios del siglo XIX, Faraday y Davy observaron un brillo intenso en los tubos de descarga, cuando pasaba por ellos la electricidad. Los tubos de vidrio que idearon despus, Crookes en Inglaterra y Hittorf en Alemania, en los cuales se lograba un vaco casi perfecto, permitieron comprobar que esas descargas elctricas se originan en el ctodo y se dirigen hacia el nodo. Por tal motivo esos rayos fueron denominados catdicos y una de sus caractersticas es que son fcilmente absorbidos por el aire. Quien conociera a Wilhelm Konrad Roentgen (1845-1923) cuando tena 23 aos, jams hubiera pensado que llegara a ser un personaje tan importante en la historia de la ciencia. Lo haban expulsado de la Escuela Tcnica de Utrecht, Alemania, por haberse burlado de un maestro y como secuela se le haba negado el ingreso a la Universidad local. En 1868 logr ingresar a la Escuela Politcnica de Zurich, Suiza, pero all no se distingui por sus estudios sino por su participacin en un sinfn de actividades sociales y deportivas. Un ao despus uno de sus profesores logr despertar en l su verdadera vocacin: la fsica, en la que volc desde entonces toda su energa. Aos ms tarde, siendo Roetgen profesor y director del Instituto de Fsica de la Universidad de Wurzburgo, Alemania, decidi participar en la bsqueda de nuevas propiedades de rayos catdicos. Durante el curso de sus investigaciones observ que una pantalla recubierta con platino-cianuro de bario [la frmula qumica de este compuesto es la siguiente: Ba Pt(CN)4 4H2O] brillaba con luz propia cuando se encontraba a cierta distancia del tubo de rayos catdicos. Se dio cuenta de que la radiacin que sala del tubo era diferente a los rayos catdicos, porque poda atravesar el aire, y porque al ser absorbida por algunas substancias, stas las volvan a irradiar en forma de luz visible. Roentgen realiz estos experimentos a finales de 1895 y llam Rayos X a dichas radiaciones, por ser hasta entonces desconocidas. A partir de ese momento, el fsico alemn dedic su tiempo al estudio de las propiedades de los rayos X, que tantas aplicaciones han encontrado. En 1901, Wilhelm Konrad Roentgen fue galardonado con el primer premio Nobel de fsica.

LA FAMILIA BECQUEREL Es curioso comprobar que los descendientes de una misma familia puedan distinguirse en una rama del saber. En la msica, el caso de los Bach es el ms citado, pero en las ciencias existe el caso de los Curie, el de los Friedel o el de los Becquerel. Quizs, como es el caso de los descubrimientos "casuales", el xito de estas dinastas se deba a un patrimonio cultural y a un momento histrico, pero preferimos que el lector saque sus propias conclusiones presentndole la historia de los Becquerel. Antoine Csar Becquerel naci en 1788 en Chatillon sur Loing, Francia. En la Escuela Politcnica obtuvo el ttulo de ingeniero y despus de un activo servicio en el ejrcito, se dedic al estudio de la mineraloga, la electricidad, la electroqumica y la bioqumica. Desde 1837 hasta poco antes de su muerte en 1878, fue profesor de Fsica en el Museo de Historia Natural de Pars. La variedad de temas que le interesaron se ilustra con los ttulos de sus publicaciones: Tratado de electricidad y magnetismo (1834 -1840), Tratado de Fsica y su relacin con la qumica (1842), Elementos de electroqumica (1843), Tratado completo del magnetismo (1845), Elementos de Fsica terrestre y de meteorologa (1847) y Los climas y la influencia que ejercen los suelos boscosos y sin bosques (1853). Por sus valiosos trabajos, mereci en 1875 la medalla Copley, de la Sociedad Real de Inglaterra y se le considera como uno de los fundadores de la electroqumica porque fue el primero en utilizar el proceso electroltico [un proceso electrnico es el que se lleva a cabo cuando se hace pasar una corriente elctrica a travs de algunas substancias conductoras (electrolitos)] para separar el metal del mineral. Antoine Csar Becquerel tambin invent una aguja termoelctrica [consiste en un dispositivo que aprovecha la diferencia de la temperatura entre dos puntos de un material metlico para producir una corriente elctrica] que mide la temperatura interna de los cuerpos. A su muerte, el puesto que ocupaba en el Museo de Historia Natural qued en manos de su hijo Alexandre Edmond, quien haba sido su compaero inseparable y su asistente. Alexandre naci en 1820 en Pars, Francia; en 1849 fue profesor del Instituto de Agronoma de Versalles y desde 1853 del Conservatorio de Artes y Oficios. El segundo cientfico de la familia Becquerel se interes en el estudio de la luz, investig el efecto fotoelctrico [se conoce como efecto fotoelctrico a la emisin de electrones en un material que ha sido irradiado, por ejemplo, con un haz de luz] y las caractersticas espectroscpicas [estas son las que se refieren a la emisin o absorcin de las radiaciones por la materia] de la luz solar y de la luz elctrica, as como el fenmeno de la fosforescencia, propiedad que tienen algunas substancias de emitir luz propia en la obscuridad despus de haber sido expuesta una fuente de luz y el material expuesto a ella, as como observar los efectos resultantes. En 1867-1868 public su libro en dos volmenes: Luz, sus causas y efectos. Tambin investig las propiedades magnticas [las propiedades magnticas son las que se refieren a la forma en la que los campos de fuerza magntica afectan las diferentes substancias] y paramagnticas [las propiedades paramagnticas son propiedades magnticas que se deben al spin (giro) del electrn a los materiales que contienen electrones no apareados. Su medida suministra informacin sobre los enlaces qumicos] de las substancias y los fenmenos de la descomposicin electroqumica y propuso una modificacin a la Ley de Faraday [Michael Faraday (1791 - 1867) dedujo que un proceso electroltico, la cantidad de cambio qumico que se produce depende de la carga elctrica aplicada y de la masa y de la carga del ion involucrado], tendiente a explicar algunos casos excepcionales.

Antoine Henri, hijo de Alexandre, fue el tercer miembro de la familia que hizo historia por sus brillantes descubrimientos. Naci en Pars, el 15 de diciembre de 1853, y llev a buen trmino sus estudios, al igual que su abuelo y su padre, en la Escuela Politcnica. En 1875 inici su actividad profesional en el Departamento de Puentes y Caminos, del que lleg a ser jefe de ingenieros en 1894. Dos aos antes, cuando su padre muri, Antoine haba ocupado la plaza de profesor de fsica en el Museo de Historia Natural de Pars. A Antoine le interes el magnetismo, la polarizacin la [polarizacin es la propiedad que presenta un rayo luminoso, despus de sufrir la reflexin o la refraccin, de producir vibraciones localizadas desigualmente en las cercanas del haz] de la luz, la fosforescencia y la absorcin de la luz en los cristales, y fueron los experimentos realizados en estos ltimos campos los que lo llevaron al descubrimiento de la radiactividad natural. Muri en Croisic, Francia, el 25 de agosto de 1908, despus de haber recibido numerosos y muy merecidos honores, entre ellos el premio Nobel de fsica en 1903, compartido con los esposos Curie. Jean, hijo de Antoine Henri, egres de la misma escuela que sus antecesores y despus imparti fsica en la misma institucin. Prosigui algunos de los trabajos de su padre y tambin realiz investigaciones sobre las propiedades pticas y magnticas de los cristales a muy bajas temperaturas. Descubri la polarizacin circular, que consiste en que el plano de polarizacin gira uniformemente en torno al eje, a medida que avanza el rayo, y public varios artculos sobre la relatividad y las transmutaciones de los elementos. LOS EXPERIMENTOS DE A. H. BECQUEREL Antoine continu los estudios que haba iniciado junto con su padre sobre el fenmeno de la fosforescencia en el sulfato doble de uranio y potasio Su experimento fue sencillo: expuso a la luz del Sol una muestra de esta sal de uranio colocada sobre una placa fotogrfica [una placa fotogrfica es un material que est recubierto por una sal (cloruro o bromuro) de plata. Se dice que una placa se vela cuando, al incidir sobre ella algn tipo de radiacin, la placa se oxida y se ennegrece, manifestndose as la incidencia de esa radiacin] envuelta en dos hojas de papel negro grueso, tan opaco a la luz que aun despus de un da de exposicin a la luz solar no poda velarse.

Figura I.1. el experimento de A. E. Bequerel.

Becquerel present una breve nota, en la que describi sus experimentos, en la sesin del 24 de Febrero de 1896 de la Academia de Ciencias de Pars, de la cual era miembro desde 1889. Quiso verificar despus sus observaciones y prepar de nuevo algunas placas fotogrficas junto con su sal de uranio. Para su fortuna, tal como se dice ahora, o para su desdicha como quiz se dijo l mismo, todos los das que siguieron fueron nublados, as es que Antoine guard sus placas con las sales de uranio, en espera de das mejores. !Cual no sera su sorpresa cuando descubri que las placas fotogrficas estaban veladas en la zona expuesta a las sales de uranio! Normalmente, las placas hubieran sido desechadas, pero el descubrimiento de los rayos X por Roentgen, apenas semanas antes, lo puso sobre aviso. En la sesin de la Academia, celebrada una semana despus de la anterior, el 2 de marzo, Becquerel inform sobre sus avances: estaba seguro de que el efecto logrado en placas fotogrficas era independiente del fenmeno de la fosforescencia (vase la figura I.1). Ese da hizo referencia a las "radiaciones activas", fincando as las bases del trmino que posteriormente establecera Marie Curie: radiactividad. El 18 de mayo de 1896, Becquerel dio a conocer ante sus colegas que todos los compuestos del uranio, fueran o no fosforescentes, as, como el mismo uranio, presentaban el fenmeno descubierto esto es, emisin de radiacin que se pareca en algunos aspectos a los rayos X de Roentgen. Sus estudios lo llevaron a concluir que el uranio puro produca efectos de radiacin ms intensos que los compuestos y, que al

igual que los rayos X, esos rayos posean la propiedad de descargar cuerpos electrizados; esta propiedad fue y sigue siendo la base de la mayora de los mtodos de deteccin de las substancias radiactivas. Tal como lo veremos a lo largo de este captulo y de los siguientes, a partir de entonces la curiosidad de los investigadores se orient hacia el descubrimiento de otras sustancias que tambin tuvieran propiedades radiactivas, a la identificacin de sus radiaciones e incluso a la bsqueda de las aplicaciones de esos conocimientos. PIERRE CURIE Y MARIE SKLODOWSKA Pierre Curie naci en Pars, Francia, el 15 de mayo de 1859. Hijo de un mdico, Eugne Curie, Pierre creci en un ambiente familiar que le permiti desarrollar sus aptitudes de observacin y de reflexin sobre los fenmenos naturales. Esta educacin produjo pronto sus frutos: fue bachiller a los 16 aos, licenciado en fsica a los 18 y, a los 19, ayudante de laboratorio del profesor Desains, en la Universidad de Pars, La Sorbona. Con la ayuda econmica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a lo que ms anhelaba: la investigacin cientfica y, junto con su hermano Jacques, que tambin era fsico, pronto anunci el descubrimiento del fenmeno de la piezoelectricidad [la piezoelectricidad es el conjunto de fenmenos elctricos que se manifestaban en un cuerpo sometido a presin o a deformacin] y el cuarzo piezoelctrico. As se logr medir con precisin pequeas corrientes elctricas, lo que, desde luego, fue de gran utilidad para sus trabajos posteriores sobre la radiactividad. En 1882 dej La Soborna para trabajar como jefe de laboratorio en la Escuela de Fsica y Qumica de Pars. All continu sus importantes descubrimientos: citaremos, entre otros, lo que ahora se conoce, como la ley de Curie [la ley de Curie se refiere a que la susceptibilidad (relacin entre la magnetizacin de una substancia y la intensidad del campo magntico aplicado) de ciertas substancias paramagnticas es inversamente proporcional a la temperatura termodinmica, tambin llamada absoluta] sobre magnetismo. A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realizaba sus investigaciones, no mostraba inters alguno por obtener ttulos ni honores: sin embargo, en 1895 y debido a la insistencia de su padre, Pierre present la tesis doctoral, basada en sus investigaciones sobre el magnetismo. Fue en 1894 cuando Pierre conoci a Marie Sklodowska, quien entonces estudiaba en La Soborna y que poco tiempo despus sera conocida como la seora Curie. Marie Sklodowska naci en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, el 7 de noviembre de 1867; su madre haba sido directora de una escuela para seoritas y su padre era profesor de fsica y de matemticas. Marie fue una nia muy precoz y sensible que desde pequea sufri la opresin zarista. En sa poca el idioma ruso era el nico permitido en Polonia y Marie lo hablaba perfectamente, al igual que el polaco, su idioma materno. Como la mayora de sus compatriotas, soaba con la libertad de su patria y deseaba servirla, lo que la condujo a participar en una organizacin revolucionaria de estudiantes. Debido a ello su padre consider prudente que pasara algunos meses con unos parientes en el campo. La situacin econmica de la familia Sklodowska no era solvente y por eso Marie decidi, desde los 18 aos, trabajar como institutriz y as ayudar a su hermana Bronia que deseaba estudiar medicina en Pars. Seis aos ms tarde, en 1891, ella misma se traslado a Pars e ingres en La Sorbona. A pesar de sus muchas limitaciones

econmicas, Marie obtuvo su licenciatura en ciencias fsicas en 1893 y en ciencias matemticas en 1894. Fue en ese tiempo cuando Pierre Curie y ella contrajeron matrimonio. UNA COLABORACIN CIENTFICA Los descubrimientos de Antoine Henri Becquerel interesaron mucho a los esposos Curie, especialmente a Marie, quien buscaba en ese entonces un tema para desarrollar su tesis doctoral. Pierre continu con sus proyectos de investigacin, mientras Marie empez a buscar la radiactividad natural en diversos compuestos, con el propsito de encontrar en la naturaleza otros elementos radiactivos adems del uranio. Y en efecto, descubri que exista otro elemento que emita tambin radiaciones: el torio. Las propiedades radiactivas de este elemento fueron descubiertas simultneamente por el alemn Gerhard Schmidt. Marie present un informe en el que haca constar que todos los compuestos de uranio y de torio que haba examinado eran radiactivos y, continuando sus investigaciones, ya no solamente sobre compuestos puros sino tambin sobre diversos minerales de uranio y de torio, encontr con gran sorpresa que, en algunos de esos minerales, la emisin de rayos era mucho ms intensa que en los compuestos puros. Este descubrimiento la hizo pensar en la existencia de otro elemento capaz de emitir rayos. Pierre y Marie Curie utilizaron tres pequeas libretas forradas, de papel negro para anotar los experimentos que iban realizando. Aos despus, esas libretas le sirvieron a Irene Joliot-Curie para seguir el desarrollo del trabajo de sus padres, aun cuando los experimentos y los resultados no hubiesen sido anotados a diario. La primera libreta fue iniciada el 16 de Septiembre de 1897 por Pierre Curie, quien se refera principalmente al estudio de las propiedades termoelctricas [las propiedades termoelctricas se refieren a la energa que se produce por la conversin de calor] en cristales ,de pirita [se conoce con el nombre de pirita a los sulfuros minerales de los metales como el hierro]. El 16 de diciembre Marie tambin comenz a hacer anotaciones sobre sus trabajos sobre la radiactividad del uranio. La mayor parte del cuaderno est escrito por ella, con notas ocasionales al margen de la mano de Pierre, como algunas cifras a alguna curva, lo que quiere decir que segua muy de cerca los progresos del trabajo. Los cuadernos contienen muy poco texto, tratan sobre la naturaleza del producto detectado y las modificaciones experimentales que se realizaron. Casi no hay ttulos que indiquen nombre del experimento y rara vez una frase que de cuenta del resultado. Eso s, existen descripciones detalladas de tratamientos qumicos y aspectos de los productos obtenidos. Todos esos estudios eran tan prometedores que los esposos Curie decidieron continuarlos juntos y es as como se inicia una de las colaboraciones cientficas ms destacadas de la historia. Pierre y Marie tenan los mismos intereses tanto en su vida privada como en el trabajo. Los dos disfrutaban de los paseos a pie o en bicicleta en las cercanas de Pars y a veces en sus vacaciones iban a la playa o a la montaa. Los Curie tambin compartieron su amor por la ciencia y se dedicaron con gran entusiasmo y xito a las investigaciones sobre la radiactividad natural y a la enseanza. A partir del 18 de marzo de 1898, Pierre Curie se dedic por completo al estudio de la radiactividad. Ya en la segunda y tercera libretas de apuntes de los Curie se observa indistintamente la letra del uno y del otro. Marie Curie escriba de una manera clara y ntida, sus medidas se encuentran bien ordenadas en columnas. Pierre Curie, en cambio,

lo haca con letra pequea, desordenadamente. Contra lo que se cree, Pierre Curie se ocupaba tanto del trabajo qumico como de las medidas fsicas, pues un gran nmero de las anotaciones que se encuentran en los esquemas de tratamiento son de su puo y letra. EL POLONIO Y EL RADIO Cuando los Curie empezaron a trabajar con la pechblenda pudieron darse cuenta de que las emanaciones de ese mineral eran casi tres veces ms intensas que las del uranio, de manera que emprendieron la bsqueda de las causas de esa actividad excesiva. Despus de haber separado las sustancias no radiactivas de la pechblenda, obtuvieron un producto cuya radiactividad era aproximadamente 400 veces superior a la del uranio y cuyas propiedades se parecan a las de otro elemento: el bismuto. Supusieron entonces que la pechblenda podra contener un elemento nuevo y, efectivamente, ese producto contena un elemento qumico desconocido hasta entonces, al que los Curie llamaron polonio en honor de la patria de Marie. Este importante hallazgo lo realizaron en el mes de julio de 1898. El polonio, aislado en esa ocasin como un sulfuro, fue el primer elemento qumico descubierto gracias a sus propiedades radiactivas. Los Curie observaron tambin que las radiaciones emitidas por los compuestos de polonio y de radio hacan fosforescente al platino-cianuro de bario: es decir que su accin era anloga a la de los rayos de Roentgen pero considerablemente ms dbil. Para hacer el experimento colocaron sobre la sustancia radiactiva una hoja muy delgada de aluminio, recubierta con una capa fina de platino-cianuro de bario y en la oscuridad notaron que este ltimo brillaba ligeramente. En ese momento no les fue posible interpretar sus observaciones porque la existencia de una fuente luminosa que funcionara sin una fuente de energa se contrapona con el principio de Carnot [Sadi Carnot, en 1824 haba concluido que para que toda una mquina trmica funcionando en un ciclo de transformaciones es absolutamente necesario disponer de dos fuentes, una que ceda el calor al fluido de contacto y otra que lo reciba. Carnot quiso decir tambin con esto que es imposible crear una mquina tal que en su mecanismo utilice solamente una de esas fuentes]. Con el uranio y el torio, los Curie no observaron el brillo del platino-cianuro de bario y concluyeron que al igual que con las placas fotogrficas, la accin de dichos elementos era ms dbil que la del polonio y el radio. Tendran que realizarse todava muchos estudios para comprender completamente esos fenmenos (vanse ms adelante las investigaciones realizadas por Ernest Rutherford). Al continuar sus investigaciones, los esposos Curie encontraron que la pechblenda contena otro producto, con una actividad 900 veces ms intensa que la del uranio y cuyas propiedades qumicas eran completamente diferentes a las del polonio. La segunda sustancia radiactiva que encontraron tena toda la apariencia qumica del bario y la denominaron radio. La nueva substancia radiactiva estaba mezclada con una considerable proporcin de bario, y a pesar de esto, su radiactividad era intensa. Con los conocimientos actuales, se puede inferir que en las primeras muestra de la radiactividad del radio debi ser enorme. En diciembre del mismo ano, 1898, los Curie lograron separar el radio del bario, utilizando la diferencia de solubilidad entre los cloruros de uno y otro elementos. Por los experimentos de Becquerel, los esposos Curie ya saban que los elementos radiactivos y sus compuestos tenan la propiedad de ionizar [ionizar es producir partculas dotadas de carga elctrica a partir de la perdida o ganancia de electrones de

una substancia] el aire as convertirlo en conductor de la electricidad. Y, adems, que al poner estos elementos en contacto con placas fotogrficas sensibles, las velaban. Al medir esas propiedades , los esposos Curie encontraron que el polonio y el radio eran considerablemente ms radiactivos que el uranio y el torio, pues sobre todas las placas fotogrficas obtuvieron buenas impresiones con el radio y el polonio en medio minuto de contacto y necesitaron varias horas para obtener el mismo resultado con el uranio y el torio. Para determinar la masa atmica [se define como masa atmica la relacin entere el promedio de la masa de un elemento en estado natural y la doceava parte de la masa del carbono-12] del radio y sus propiedades era necesario extraerlo a partir de una gran cantidad de pechblenda: tarea gigantesca que involucraba un sin nmero de problemas. Los experimentos que condujeron al descubrimiento del polonio y el radio se realizaron en la Escuela de Fsica y Qumica y en la Escuela de Ingenieros, donde Pierre Curie enseaba. Sin embargo, no haba en esas escuelas laboratorios adecuados para estas investigaciones, as que se llevaron a cabo siempre en condiciones materiales muy precarias. Ms tarde, cuando los Curie empezaron a efectuar tratamientos qumicos en gran escala, el director de la Escuela de Fsica y Qumica les permiti utilizar un cobertizo, amueblado solamente con mesas de madera, donde entraba el agua de lluvia por todas partes y la calefaccin no era suficiente, pero donde tenan por lo menos espacio suficiente para trabajar. Con la cooperacin de la Academia de Ciencias de Viena y del gobierno austriaco, Pierre y Marie consiguieron una tonelada de desechos del mineral de pechblenda proveniente de las minas de San Joachimsthal, situadas en la regin de Bohemia, Checoslovaquia. Ya se haba indicado antes que en ese entonces, el uranio se utilizaba principalmente como colorante de cermicas. En esos desechos ya no haba uranio, pero se encontraban otros elementos. Con los desechos de ese mineral, Marie efectu manipulaciones muy difciles, pues en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia prima. Los Curie lograron recuperar un dcimo de gramo de cloruro de radio a partir de una tonelada de residuos de pechblenda. El proceso era tan laborioso que fue hasta 1902 cuando tuvieron la cantidad suficiente del elemento para determinar su masa atmica y otras propiedades. El mundo cientfico, que al principio haba visto con escepticismo el descubrimiento del radio, se renda ante la evidencia y lo aceptaba. Desde septiembre de 1897, la familia Curie cont con un nuevo miembro, su hija Irene, de manera que cuando los esposos Curie regresaban a casa convivan con su hija mientras trabajaban en la interpretacin terica de los resultados obtenidos en el laboratorio. En 1904 celebraron el advenimiento de su segunda hija, Eve, y un ao ms tarde Pierre y Marie tuvieron la tristeza de perder al que hubiera sido su tercer hijo. En el ao de 1900, Pierre Curie haba sido nombrado profesor de La Sorbona y Marie instructora de la Escuela Normal Femenina de Svres. En junio de 1903 Marie obtuvo su doctorado, con la tesis intitulada "Investigaciones sobre las sustancias radiactivas" y en 1904 La Sorbona cre una ctedra de fsica especialmente para Pierre. La vida de los Curie se desarrollaba entonces en armona, tanto el trabajo como en el hogar. Pierre muri en Pars el 19 de abril de 1906, en un accidente, y Marie complet la obra emprendida por ambos. Con tesn admirable continu sus investigaciones y tom el lugar que haba dejado su esposo, tanto en el hogar como en La Soborna pues desde ese mismo ao empez a dar las ctedras que el imparta, y as tuvo el honor de ser la primera profesora de esa Universidad.

LA VIUDA CURIE En 1910, Marie public su obra Tratado de radiactividad, y en 1911 logr purificar aun ms al radio, trabajo que requiri de mucho tiempo y habilidad. La unidad de radiactividad, el curie, fue denominada as en homenaje a Marie, en uno de los Congresos Solvay efectuados en Bruselas, donde se llegaron a reunir todos los grandes cientficos de la poca. Despus, en 1950, la Comisin Unificada de la IUPAP (Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada) y la IUPAC (Unin Internacional de Fsica Pura y Aplicada), indic que: "El curie es la unidad de radiactividad definida como la cantidad de cualquier nclido radioactivo en el cual el nmero de desintegraciones por segundo es 37 000 000 000". Este valor equivale a la cantidad de emanacin en equilibrio de un gramo de radio: as haba sido explicado por Marie Curie antes de ceder a la Oficina Internacional de Pesos y Medidas 21 mg de radio que ella misma haba obtenido y purificado. Desde hace algunos aos y para simplificar el uso de las unidades de radiactividad, el mximo organismo mundial sobre metrologa designo al becquerel (una desintegracin por segundo)y al rutherford (un milln de desintegraciones por segundo) como las unidades que deben emplearse. Ya se han mencionado algunos de los reconocimientos que el mundo le concedi a madame Curie a lo largo de su vida, pero no obstante su prestigio, sufri el rechazo de la Academia de Ciencias Francesa. Al deceso del fsico Gernez, solicit la vacante en dicha Academia, pero en reida votacin, en enero de 1911, el puesto fue concedido a Eduard Branly, el inventor del telgrafo inalmbrico. La poblacin de la Academia Francesa se mantuvo masculina hasta 1966, ao en que por primera vez se acept a una mujer como miembro. Ese honor correspondi a una discpula de Marie: Marguerite Perey, descubridora del francio. Pero tambin algunos hombres ilustres fueron rechazados por la Academia, y basta mencionar a Balzac, a Zol y al mismo Pierre Curie. En ese mismo ao de 1911, Marie vivira momentos cruciales para su vida. En septiembre se vio envuelta en un escndalo muy desagradable: la aparicin en la prensa parisina de su correspondencia con Paul Langevin en la cual se pona de manifiesto que las relaciones intelectuales que mantenan desde varios aos atrs haban llegado tambin a ser amorosas. Marie era viuda, pero Paul estaba casado y la sociedad francesa la juzg duramente. Los contratiempos en su vida personal y profesional de esos meses se vieron quiz compensados con la obtencin en ese mismo ao del premio Nobel de qumica, por la determinacin de la masa atmica de radio. A lo largo de varios aos, Marie luch con ahnco por tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de sus investigaciones. Por fin en 1914 se termin la construccin del Instituto del Radio, de la Universidad de Pars, pero en ese mismo ao estall la primera Guerra Mundial y la inauguracin tuvo que esperar hasta el armisticio. Dado su carcter, no es de extraar que durante la guerra participara con una fuente porttil de radio para hacer radiografas de los huesos de los heridos. La tnica era similar a la actual con los rayos X. En el Laboratorio Curie del Instituto del Radio se hicieron trabajos de gran prestigio, entre ellos cabe mencionar el descubrimiento del francio, por Marguerite Perey y el de la radiactividad artificial, por Irene Curie y su esposo Frederic Joliot. Entre 1919 y 1934 fueron publicados 483 informes cientficos provenientes del Instituto, 31 eran de Marie. Madame Curie muri a la edad de 66 aos, el 4 de julio de 1934 en Valence, Francia, y fue enterrada junio a Pierre en el cementerio de Sceaux.

Y POR QU LA PECHBLENDA? Al paso de los aos han podido esclarecerse las razones por las cuales Bequerel observ la "radiacin urnica" y los Curie descubrieron al polonio y al radio en la pechblenda y aun en los desechos del tratamiento de ese mineral. La pechblenda es una especie mineral, tambin denominada uraninita, en la que existen bsicamente xidos de uranio y es hasta ahora el mineral ms rico en ese elemento. Su nombre proviene de la palabra griega = pez (substancia negra, pegajosa) y la alemana blind = ciego, engaoso, que aluden al color del mineral ya que tiene la apariencia de la galena [la galena es una forma mineral del sulfuro del plomo divalente. Es la principal fuente de plomo]sin serlo. En Mxico existe en los estados de Chihuahua y Oaxaca, principalmente. La pechblenda es un material radiactivo, pues lo son tanto el constituyente principal (el uranio) como algunos de sus dems componentes. Los ncleos de los tomos del elemento uranio estn constituidos por 92 partculas que tienen carga elctrica positiva (protones) y contienen adems partculas neutras (neutrones). Para la mayora de los tomos de dicho elemento que se encuentra en la naturaleza, el nmero de neutrones es 146. Estos ncleos se denominan de uranio-238, porque 92 ms 146 es igual a 238. El uranio-238 tiene una vida media [la vida media es el tiempo que transcurre para que la radiactividad de una substancia llegue a ser la mitad de su valor original (vase la figura 1.2)] enorme, de 4 500 millones de aos, por lo que se le considera como una substancia radiactiva primaria [las substancias radiactivas primarias son aquellas que tienen un tiempo de vida media muy largo, comparado con la edad de la Tierra, y por ese motivo, aunque existen desde la formacin del planeta, todava quedan en cantidades apreciables]. Es el origen o padre de una familia numerosa (vase la figura I.3) en la cual, con la excepcin del ltimo integrante que se considera estable, todos los dems emiten radiaciones nucleares, es decir, son substancias radiactivas secundarias [las substancias radiactivas secundarias son las que tienen vidas medias muy cortas, pero como se originan por el decaimiento de las primarias, se estn formando continuamente y por esa razn es posible encontrarlas en la naturaleza]. La inestabilidad de los ncleos provoca la emisin de varios tipos de radiacin. Ms adelante, en el captulo referente a los descubrimientos de Rutherford y la escuela inglesa, se encontrar una explicacin amplia sobre ellos, pues fue l quien logr identificar lo que en un principio Becquerel denomin radiacin urnica. Por el momento nos limitaremos a mencionar que existen las radiaciones alfa, beta y gamma.

Figura I.2. Curva de desintegracin del uranio-238. Cada vez que transcurren 4 500 millones de aos, la radiactividad se reduce a la mitad.

Figura I.3. La familia del uranio-238. Tambin se denomina 4n+2, porque los nmeros de masa de los integrantes pueden restarse de 2 unidades y dividirse entre 4, para dar un valor llamado n, el cual disminuye desde 59 para el uranio-238: (4x59) + 2 = 238, hasta 51 para el plomo-206: (4x51) + 2 = 206.

Ahora bien, los ncleos de los tomos del uranio-238 son capaces de desprenderse, en una sola emisin, de dos protones y dos neutrones, que forman una entidad que se

denomina partcula alfa o radiacin alfa. Despus de la emisin, el ncleo remanente posee 90 protones y 144 neutrones, se denomina torio-234 y sus propiedades fsicas y qumicas son completamente diferentes de las de su padre (vase la figura I.2). La vida media del torio-234 es solamente de algunos das y la radiacin emitida es beta, es decir, partculas ligeras de carga negativa, similares a los electrones que circundan al ncleo, slo que la radiacin beta proviene del interior de aqul. Esa emisin equivale a la prdida de una partcula neutra (neutrn) y la ganancia de un protn. El nuevo ncleo tiene entonces 91 protones y 143 neutrones y es diferente de sus dos predecesores: se trata del protactinio-234, emisor beta de vida muy corta. Por su emisin, el nmero de protones y neutrones vuelve a cambiar y llega a ser 92 y 142. El elemento que posee 92 protones ya lo hemos visto, es el uranio: slo que en este caso, la suma de 92 + 142 = 234 y se denomina uranio-234. Esta entidad se comporta qumicamente igual que el padre de la cadena (uranio-238), pero sus propiedades nucleares son distintas (por ejemplo, en la figura I.1 las vidas media de uno y otro). Cuando dos entidades tienen el mismo nmero de protones y diferentes nmeros de neutrones, como el uranio-234 y el uranio-238, se dice que son istopos de un mismo elemento. El uranio-234 forma por decaimiento alfa al torio-230 y ste a su vez al radio-226 y as sucesivamente. Es importante mencionar aqu que los valores de las vidas medias no solamente son responsables de la desaparicin de una especie radiactiva, sino tambin de su formacin, de tal manera que en su momento dado puede alcanzarse un equilibrio [el equilibrio de un sistema es el estado en el cual sus propiedades no se alteran con el tiempo]. As, si la vida media del padre es muy larga y la del hijo es corta, ste tiene en principio grandes probabilidades de formarse y de desaparecer, hasta que llega un momento en que establece el equilibrio y padre e hijo coexisten, lo que equivale a decir que el hijo sobrevive con la vida media de su padre. En el caso particular del uranio-238, cuya vida media es inmensa, y de su hijo el torio-234, de vida media corta, se establece sin equilibrio que se denomina secular. Supongamos que por un proceso qumico se logra separar al uranio de todos los integrantes de su familia radiactiva, que inmediatamente se mide la radiactividad (tiempo=0) y que sta es igual a 10 000 desintegraciones por minuto. Si despus de 80, 160, 240 320 das se repite la medicin de radiactividad del uranio-238, hallaremos valores muy similares, porque su vida media es tan larga (4 500 000 000 de aos) que en un ao no es posible apreciar su decaimiento. Lo anterior se halla representado en la figura con la lnea pespunteada. Si en la muestra se mide desde tiempo = 0 y diariamente la radiactividad del hijo radiactivo, el torio-234 de 24 das de vida media, se aprecia que esta aumenta gradualmente (lnea llena en la figura I.4) hasta que despus de 160 das prcticamente el nmero de sus desintegraciones por minuto llega a ser de 10 000, el mismo valor que el de su padre y adems entonces el torio-234 no decae con su propia vida media, sino que se mantiene en equilibrio con su padre. Cuando padre e hijo tienen vidas medias muy largas, el equilibrio puede tardar muchsimo tiempo y, prcticamente, durante la vida de un ser humano, no se aprecia la formacin del hijo. Por ejemplo, para que el torio-230 se ponga en equilibrio con su padre el uranio-234 debe transcurrir casi medio milln de aos. Sin embargo, en un mineral muy antiguo como la pechblenda, el uranio-238 tuvo tiempo suficiente para que toda su descendencia alcanzara el equilibrio radiactivo, lo que equivale a decir que todos decaen con la vida media del uranio-238 y que coexisten. Cuando el mineral se procesa qumicamente para separar al uranio, el uranio-238 forma, con relativa rapidez, al torio 234, al protactinio-234 y al uranio-234, pero ningn otro miembro de la familia se puede observar en mucho tiempo. Por esa razn los Curie observaron diferencias en la

intensidad de la radiacin que tenan las sales y los minerales de uranio. En las primeras slo estaban presentes los primeros cuatro integrantes de la familia radiactiva, mientras que en el mineral se encontraba al uranio con toda su progenie. Ahora bien, el uranio tiene un comportamiento qumico diferente del de los otros elementos que integran su familia radiactiva y cuando se separa del mineral, los dems quedan en los desechos. Por eso los Curie lograron encontrar al polonio y al radio en los desechos que consiguieron. Estos elementos son muy poco abundantes en la naturaleza: tan solo se encuentran 7.4 millonsimas de gramo de polonio y 340 miligramos de radio por cada tonelada de uranio, de all que Marie necesitara de varias toneladas de material para obtener cantidades ponderables de esos elementos.

Figura I.4. ejemplo del equilibrio secular, en el vida media del padre es mucho mayor que la del hijo. - - - lnea correspondiente al padre: uranio-238 (vida media: 4 500 millones de aos). lnea correspondiente al hijo. Torio-234 (vida media: 24 das).

La familia del uranio-238 (figura I.1) est integrada por los siguientes elementos qumicos: uranio, protactinio, torio, radio, radn, astato, polonio, bismuto, plomo, talio y mercurio. Los Curie lograron encontrar en esos desechos al polonio y al radio pero fueron otros los que descubrieron al proctactinio (Fajans y Gohring 1913), al radn (Dorn 1900) y al astato (1940). Los dems ya haban sido identificados, algunos desde la antigedad, pero fue ya en el transcurso del siglo XX cuando pudieron establecerse las relaciones radiactivas que existen entre ellos.

RadioactividadIntroduccin Los tomos que constituyen la materia suelen ser, generalmente, estables pero algunos de ellos se transforman espontneamente y emiten radiaciones que transportan energa. Es lo que se denomina radioactividad. En la naturaleza, la materia -ya se trate de agua, de gases, de rocas, de seres vivos- est formada por molculas que son combinaciones de tomos. Los tomos tienen un ncleo cargado positivamente y a su alrededor se desplazan los electrones, cargados negativamente. El tomo es neutro. El ncleo del tomo esta formado a su vez por protones cargados positivamente y neutrones. En ciertos tomos, el ncleo al transformarse emite una radiacin, manifestando de esta manera la radioactividad del tomo. Todos los tomos cuyos ncleos tienen el mismo nmero de protones constituyen un elemento qumico. Como tienen el mismo nmero de protones, tienen el mismo nmero de electrones y, por consiguiente, las mismas propiedades qumicas. Cuando su nmero de neutrones es diferente, reciben la denominacin de "istopos". Cada istopo de un elemento determinado se designa por el nmero total de sus nucleones (protones y neutrones). Por ejemplo, el uranio 238 y el uranio 235 tienen ambos 92 electrones. Su ncleo tiene 92 protones. El istopo 238 tiene 146 neutrones, o sea, 3 neutrones ms que el uranio 235. Se distinguen tres clases de radiaciones correspondientes a tres formas de radioactividad.

La radioactividad A se traduce por la emisin de un ncleo de helio, denominado partcula a, que es particularmente estable y esta formado por dos protones y dos neutrones. -La radioactividad B corresponde a la transformacin, dentro del ncleo: -La radioactividad G contrariamente a las dos anteriores, no est vinculada a una transmutacin del ncleo. Se traduce por la emisin, por el ncleo, de una radiacin electromagntica, como la luz visible o los rayos X, pero ms energtica.

La radioactividadHacia las postrimeras del siglo XIX, se crea confiadamente que los componentes bsicos de la materia conocida eran estables, siempre iguales, inmutables, y se pensaba que un material que no recibe influencia externa alguna (no se lo calienta, no se lo parte, no se lo tie, etc.) permanecer igual a travs del tiempo. Pero en 1896 Becquerel inform a la comunidad cientfica un fenmeno que no encajaba con esta idea de la inmutabilidad de los materiales. En efecto, haba observado que en repetidas ocasiones unas placas fotogrficas cerradas, que haban quedado adyacentes a un cierto mineral (pecblenda), se haban ennegrecido. Esto suceda de un da para otro, es decir en lapsos de tiempo relativamente cortos. Pero, cmo haba sucedido este cambio? Era en principio desconcertante pues no poda entrar luz a las placas, no haban sido calentadas, ni las poda haber alcanzado ningn agente qumico. El peso de la evidencia, tras mucho repetir la operacin, llev a la conclusin que exista algo producido

o emitido por ese mineral que atravesaba la gruesa proteccin de las placas fotogrficas de la poca, y las impresionaba igual que cuando se sacaba una fotografa exponindolas a la luz visible comn. En 1898 Pierre y Marie Curie, tras muchos esfuerzos, tuvieron xito en separar qumicamente del resto del mineral llamado Plecbenda al material causante de este fenmeno, y le dieron el nombre de Radium o Radio, ya que deba producir algn tipo de radiacin. Muchos cientficos de la poca se interesaron en encontrar la explicacin adecuada a este fenmeno. La comprensin de lo que acontece en este caso no fue la obra de una sola persona, sino el producto del aporte de muchos durante todo el siglo XX, tarea que aun contina. Se destacan en los primeros tiempos Rutherford y colaboradores, que investigaron en detalle la naturaleza de las radiaciones emitidas logrando identificar tres:

alfa: que resultaron ser ncleos de helio (o sea tomos del gas noble helio sin sus nicos dos electrones) beta: que resultaron ser electrones muy rpidos gamma: que luego se comprobara que consisten en cuantos de radiacin electromagntica (similares a otras radiaciones que nos son ms familiares como la luz visible o los rayos X).

En 1932 Chadwick descubre otra partcula nueva, el neutrn, lo cual conduce ese mismo ao a que Heisenberg nos de la visin actual de los ncleos atmicos, constituidos por partculas elctricamente positivas, llamadas protones, y partculas neutras, los neutrones. Este conjunto de observaciones y sus correspondientes interpretaciones llevaron a modificar nuestra idea de la materia. Algunos ncleos de ciertos elementos pueden emitir partculas cargadas, por lo que su carga elctrica total cambia, es decir se transforman en ncleos de otros elementos: el Radio es uno de estos elementos, pero existen en la naturaleza varios ms, como el Thorio, el Uranio, el Potasio o el Carbono entre otros . Esto quiere decir que a diferencia de lo que se crea antes de las observaciones de Becquerel, no toda la materia es estable: algunas de las sustancias de la naturaleza se transforman en otras tras la emisin de radiaciones. A las sustancias que emiten radiaciones las llamamos sustancias radioactivas.

Radioactividad naturalEn la vida cotidiana estamos expuestos a radiaciones an cuando no vivamos o permanezcamos cerca de fuentes radioactivas provenientes de la actividad humana. Se pueden distinguir dos tipos principales, de acuerdo a desde dnde actan sobre nuestro organismo: Las fuentes de irradiacin externa son aquellas que provienen desde fuera del organismo, y las fuentes de irradiacin interna son aquellas que provienen de radioistopos incorporados a nuestro organismo (por vas respiratoria o digestiva). Las fuentes principales de radiacin natural son:

Externas: Rayos csmicos y rayos gamma terrestres. Internas: Istopos generados por los rayos csmicos e istopos de radn (220Rn y 222Rn) presentes en el suelo y en los materiales de construccin.

Los rayos csmicos, provenientes del espacio exterior, son principalmente protones y partculas alfa, y en menor cantidad ncleos de Carbono, Nitrgeno, Oxgeno y de tomos pesados. Estos ncleos producen a su vez rayos secundarios al chocar contra los tomos de la atmsfera. Algunos rayos csmicos tienen energas que son millones de veces superiores a las alcanzadas en aceleradores de partculas, aunque los predominantes son los de baja energa. El efecto de los rayos csmicos en ciudades que se hallan a grandes altitudes es alrededor de cinco veces el producido a nivel del mar.

Los rayos csmicos generan, por interaccin con tomos de la atmsfera, los llamados radionucleidos cosmognicos (istopos de Hidrgeno (3H), Berilio (7Be), Sodio (22Na) y Carbono (14C)), que se incorporan a los organismos en forma natural. Estos istopos tienen en los organismos vivos una concentracin estable de equilibrio, resultante de la incorporacin y el decaimiento continuos. Entre ellos, el Carbono 14 es utilizado normalmente para fechar organismos muertos hasta 35000 aos atrs: Cuando un organismo muere, cesa de incorporar 14C, y su concentracin comienza a decaer por la desintegracin radioactiva. La medicin de la concentracin actual del istopo da como resultado el tiempo transcurrido entre la muerte y la fecha de medicin. Los rayos gamma terrestres provienen del decaimiento de los istopos presentes en materiales de la corteza terrestre y en el agua. La exposicin a estos rayos depende de la geologa local, y de cmo estos istopos radioactivos pasan a los alimentos que se ingieren. El Radn, qumicamente muy poco reactivo (considerado como uno de los gases nobles), es sin embargo un elemento radioactivo emisor de partculas Alfa. Presente en los materiales de construccin y en la corteza terrestre, afecta en mayor o menor grado dependiendo de la geologa local, y de la construccin y el uso de las viviendas. En algunos casos, en viviendas de material poco ventiladas, los niveles de Radn pueden llegar a considerarse peligrosos. En pases desarrollados existen normas que regulan la ventilacin mnima de los ambientes. Normalmente, la inhalacin del Radn representa aproximadamente la mitad de la contribucin de todas las fuentes a las dosis naturales. El tipo de radiacin generada por la actividad humana es de las mismas caractersticas que aquella presente en la naturaleza: partculas Alfa, Beta, rayos Gamma, rayos X, protones, neutrones. La radiacin emitida por un dado istopo no depende de que el mismo provenga de una fuente natural o sea generado en el laboratorio, sino de principios fsicos bsicos caractersticos del istopo.

Alfa, Beta, Gamma y NeutronesAl igual que nuestro sistema solar, los tomos estn compuestos, en un modelo simplificado, por un ncleo central muy pequeo y de partculas an ms pequeas, los electrones, dando vueltas a su alrededor, a gran velocidad. El ncleo est compuesto por partculas llamadas protones que tienen carga elctrica positiva y otras llamadas neutrones, que no tienen carga alguna, fuertemente unidas entre s. Los ncleos que tienen la misma cantidad de protones y de neutrones son "estables"; mientras que los que tienen cantidades muy diferentes son "inestables". Estos ltimos tienden a transfomarse en otros ms estables, a travs de diferentes mecanismos conocidos como desintegraciones radiactivas. Estos procesos espontneos tienen asociados la emisin de diferentes partculas o rayos, de acuerdo a las caractersticas de los diferentes ncleos. Fueron observados por primera vez en 1896 al verificar que un trozo de mineral de Uranio velaba las placas fotogrficas al ser colocado encima de ellas. Ms tarde los esposos Curie descubrieron el Polonio y el Radio, elemento este ltimo un milln de veces ms radioactivo que el Uranio. Consideremos los diferentes decaimientos, de acuerdo a las caractersticas nucleares:

Si hay un exceso de neutrones, los ncleos se hacen ms estables emitiendo un neutrn, o bien, ms frecuentemente, formando y emitiendo una partcula beta (Beta-), esto es, un electrn. La formacin de esta partcula se produce a travs de la transformacin de un neutrn del ncleo en un protn y un electrn, junto a una partcula sin carga ni masa llamada neutrino. El nuevo ncleo tiene, entonces, un neutrn menos y un protn ms. Si hay un exceso de protones, en ncleos livianos, el ncleo se hace ms estable a travs de la transformacin de un protn en un neutrn y un positrn (electrn con carga positiva), abandonando este ltimo el tomo (Beta+). El nuevo ncleo tiene, entonces, un protn menos y un neutrn ms.

Si hay un exceso de protones en ncleos pesados, entonces alcanzan la estabilidad nuclear emitiendo una partcula Alfa, compuesta por dos protones y dos neutrones fuertemente unidos. El nuevo ncleo tiene entonces dos protones y dos neutrones menos.

Al formarse un nuevo ncleo, como consecuencia de uno o varios de los procesos anteriores, este puede decaer tambin a un estado an ms estable (fundamental), conservando su nmero de protones y neutrones, a travs de la emisin de ondas electromagnticas como las de radio o la luz; pero de mayor energa. Mayor an que la de los rayos X. Son los rayos Gamma. Estos procesos pueden darse en forma escalonada, con diferente probabilidad de ocurrencia. En ellos se verific, por primera vez, la equivalencia entre masa y energa hallada por Albert Einstein a comienzos de siglo. La energa liberada (energa de las partculas y rayos emitidos) est relacionada con la desaparicin de masa ocurrida durante la desintegracin. La masa del ncleo antes de la desintegracin es mayor que la masa del ncleo y partculas emitidas despus de la desintegracin. La masa y la energa no se conservan por separado, sino la suma de ambas

Perodo de semidesintegracin, o vida mediaUn ncleo inestable no tiene un tiempo de vida bien definido, sino que tiene una probabilidad de decaer por unidad de tiempo. Esta probabilidad, llamada constante de decaimiento, no depende del tiempo que haya "vivido" ese ncleo. Cuando se tiene un nmero muy grande de ncleos inestables, se pueden observar decaimientos de los mismos en forma aparentemente continua. Si la constante de decaimiento es grande (=alta probabilidad de decaer por unidad de tiempo) se observar que la poblacin activada disminuye rpidamente mediante la emisin de radiacin caracterstica, si la constante es pequea, la poblacin disminuir ms lentamente. El perodo de semidesintegracin o vida media, T1/2, es el tiempo que tarda un conjunto de ncleos radiactivos de la misma especie, en reducirse a la mitad. As, si a un tiempo to se tienen N0 tomos activados, transcurrida una vida media (t = t0+T1/2) tendremos N0/2 tomos activados, transcurridas dos vidas medias (t = t0+2 x T1/2) tendremos N0/4, transcurridas tres vidas medias se tendr N0/8. En forma ms general podemos considerar que si han transcurrido n vidas medias, la poblacin ser de N0/2n tomos.

Deteccin de radiacin nuclearCon los medios a su alcance, los investigadores han desarrollado una diversidad de mtodos de deteccin, que comienzan con las simples placas fotogrficas veladas de las que informa Becquerel en 1896, a pesar de estar encerradas a prueba de luz. Muy pronto, los esposos Curie utilizaran un electrmetro, instrumento apto para informar cunto aire se ioniza en una cmara, o sea cuntos tomos del mismo dejan de ser elctricamente neutros por prdida de uno o ms electrones. Geiger y Marsden en 1909 emplean sulfuro de cinc como pantalla que emite un destello de luz cuando incide una partcula alfa. Los mtodos actuales son muy variados. Si nos proponemos decir algo global acerca de ellos, podemos distinguir:

Los orientados a radiacin que directamente produce alteraciones elctricas, o ionizacin, en los materiales sobre los que acta.

Los mtodos orientados a radiacin que no produce directamente alteraciones elctricas en los materiales sobre los que acta.

Ejemplos de ionizantes:

alfa (ncleos de tomos de helio) beta (electrones) gamma (partculas de ondas electromagnticas)

Ejemplos de no directamente ionizantes:

Neutrones, por no poseer carga elctrica.

Cuando una partcula ionizante incide sobre un material, tiende a "arrastrar" electrones propios de los tomos del material, dejndolo elctricamente alterado. Esto puede inducir peculiares comportamientos en distintos tipos de materiales, como:

Un semiconductor (como el silicio de diodos y transistores presentes en circuitos de radios y TV): puede conducir corriente elctrica en condiciones en que normalmente no lo hara. Un gas (que normalmente no conduce electricidad): puede conducir electricidad entre las puntas de un circuito al que se haya aplicado unos miles de voltios elctricos. Un slido o lquido transparente adecuado: puede suceder que cuando los electrones perturbados retornen a situaciones de equilibrio en sus tomos, se despojen del exceso de energa absorbida, entregandola en forma de destellos luminosos.

Esos pulsos de corriente elctrica y los destellos luminosos se aprovechan habitualmente como seales indicadoras de la presencia de radiaciones que les dieron origen. Cuando se trata de detectar partculas no directamente ionizantes como los neutrones, se recurre a que los mismos reaccionen con tomos del material del detector, introducindose en sus ncleos, obligndolos a emitir alguna radiacin que pueda a su vez ser detectada por los mtodos antes descriptos.

Los

modelos

atmicos

y

el

desarrollo

de

la

mecnica

cuntica

Las investigaciones sobre la interaccin entre la luz y la materia y sobre los espectros atmicos, el descubrimiento de la radiactividad, los estudios sobre la relacin entre la electricidad y la materia y las conclusiones obtenidas del anlisis de los llamados Cathodenstrahlen (rayos catdicos) producidos en los tubos de vaco fueron, entre otras muchas causas, el punto de partida de los modelos atmicos de principios del siglo XX. En 1897, Joseph John Thomson (1856-1940) public varios artculos en los que estudiaba la desviacin de los rayos catdicos provocada por un campo elctrico creado dentro del tubo. Thomson pudo calcular el cociente entre carga y masa de las partculas que formaban los rayos catdicos y comprob que era independiente de la composicin del ctodo, del antictodo o del gas del tubo. Se trataba concluy Thomson de un componente universal de la materia. Hoy denominamos a estas partculas que constituyen los rayos catdicos "electrones". Thomson se convirti en defensor de un modelo atmico que consideraba el tomo de hidrgeno como una esfera cargada positivamente, de unos 10-10 m, con un electrn oscilando en el centro. Al igual que pas con los rayos catdicos, la naturaleza de los rayos descubiertos por Wilhem Conrad Rntgen en 1895 fue motivo de controversia en los primeros aos de su descubrimiento. El carcter misterioso de sus propiedades llev a Rnteg a denominarlos "rayos X". Los rayos X suscitaron el inters de numerosos investigadores, entre ellos el francs Antoine Henri Becquerel (1852-1908). Becquerel estudi las caractersticas de los rayos emitidos por las sales de uranio y observ, casualmente, que eran capaces de impresionar una placa fotogrfica sin intervencin de la luz solar. En 1897, la joven polaca Marie Sklodovska, que haba contrado matrimonio dos aos antes con Pierre Curie, profesor de la Ecole de Physique et de Chimie de Paris, eligi como tema de su tesis doctoral el estudio de los rayos urnicos de Becquerel. Un ao despus Pierre y Marie Curie anunciaron el descubrimiento de dos elementos ms radiactivos que el uranio: el polonio y el radio. En 1895, Ernest Rutherford (1871-1937) comenz a trabajar sobre las caractersticas de la radiacin emitida por las sustancias radiactivas en el laboratorio de J. J. Thomson, un tema que tambin estaban estudiando el matrimonio Curie. En el curso de su estudio comprob la existencia de dos tipos de radiaciones diferentes que denomin y . Aos ms tarde, en su laboratorio de Manchester, Hans Geiger y Ernest Marsden, colaboradores de Rutherford, lanzaron partculas contra placas delgadas de diversos metales y, sorprendentemente, comprobaron que una pequea fraccin [una de entre 8.000] de las partculas que llegaban a una placa metlica volvan a aparecer de nuevo en el lugar de partida. Rutherford consider que el modelo atmico de Thomson era incapaz de explicar estas desviaciones y en abril de 1911 propuso un modelo atmico que trataba de explicar esta experiencia. El modelo, que haba sido propuesto anteriormente por el investigador japons Hantaro Nagaoka, consista en un ncleo central (una esfera de 3x10-14 m de radio) que poda estar cargado positiva o negativamente, rodeado de una "esfera de electrificacin" de unos 10-10 m de radio, con la misma carga, pero de signo opuesto, que el ncleo. Este modelo tena un problema obvio: las cargas elctricas girando alrededor del ncleo deban tener una aceleracin producida por este movimiento circular y, por lo tanto, deberan emitir radiacin y perder energa hasta caer en el ncleo. Dicho en otras palabras, el modelo era inestable desde el punto de vista de la fsica clsica. Los estudios sobre los espectros de emisin y absorcin de los diferentes elementos y compuestos eran realizados de modo sistemtico desde los trabajos de Bunsen y Kirchhoff que dieron lugar al primer espectroscopio en 1860, asunto que tratamos en nuestra exposicin en el apartado dedicado al desarrollo de la espectroscopa. A finales del siglo XIX, tras numerosas propuestas anteriores, Robert Rydberg (1854-1919) pudo proponer una frmula general para los valores las longitudes de onda de las rayas espectrales del hidrgeno:

1/ = R [(1/n1)2 (1/n2)2] en la que n1 y n2 eran nmeros enteros y R la constante de Rydberg cuyo valor es de 1.097 107 m1. Se trataba de una ley emprica para la cual no existi una explicacin terica aceptable hasta el desarrollo del modelo atmico de Niels Bohr (1885-1962) a principios del siglo XX. Un ejemplo de las ideas existentes sobre el enlace qumico a principios de siglo, antes del desarrollo de la mecnica cuntica, son los modelos de Gilbert Newton Lewis (1875-1946). Estos modelos, popularizados por qumicos como Irving Langmuir (1881-1957), siguen siendo utilizados para explicar algunas caractersticas de los enlaces qumicos, a pesar de que han sido superadas muchas de las ideas que sirvieron a su autor para proponerlos en 1916. Hemos personificado en la obra de Max Plank (1858-1947) el punto de partida de la mecnica cuntica. Sus trabajos sobre la radiacin emitida por el "cuerpo negro", le llevaron a postular la existencia de "paquetes de energa" de valor igual al producto de la frecuencia de la radicacin por una nueva constante, la constante de Plank, que designamos con la letra "h" y cuyo valor es de 6.626 x 10-34 J.s. En la fotografa que recoge a los asistentes al congreso Solvay de 1927 podemos encontrar algunos de los cientficos que contribuyeron a desarrollar la mecnica cuntica durante el primer tercio de este siglo: Paul Dirac (1902-1984), Erwin Schrdinger (1887-1961), Albert Einstein (18791955), Louis de Broglie (1892-1987), Wolfang Pauli (1900-1958), Werner Karl Heisenberg (19011976), Max Born (1882-1970) o Niels Bohr (1885-1962), entre otros. La aplicacin de la mecnica cuntica a la resolucin de los problemas de la qumica fue obra de cientficos como Linus Pauling (1901-1994), autor de libros tan importantes en este sentido como su Introduction to Quantum Mechanics, with Applications to Chemistry (1935) o The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals (1939). Entre otras muchas aportaciones, Linus Pauling fue el introductor de nuestro concepto moderno de electronegatividad.

A. Modelo atmico de Rutherford, publicada en el 1.9111 Ernst Rutherford (1.871-1.937) identifico en 1.898 dos tipos de las radiaciones emitidas por el urania a las que llamo a las que llam alfa (a) y beta(b) . Poco despus Paul Villard identifico un tercer tipo de radiaciones a las que llamo gamma (n). Rutherford discpulo de Thomson y sucesos de su ctedra, junto con sus discpulos Hans Geiger (1.8821.945) y Gregor Marsden (1.890-1956), centraron sus investigaciones en las caractersticas de las radiactividad, diseando su famosa experiencia de bombardear lminas delgadas de distintas sustancias, utilizando como proyectiles las partculas alfa (a) . Sir Ernest Rutherford (1871-1937), famoso hombre de ciencia ingls que obtuvo el premio Nobel de qumica en 1919, realiz en 1911 una experiencia que supuso en paso adelante muy importante en el conocimiento del tomo. La experiencia de Rutherford consisti en bombardear con partculas alfa una finsima lmina de oro. Las partculas alfa atravesaban la lmina de oro y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de cinc. La importancia del experimento estuvo en que mientras la mayora de partculas atravesaban la lmina sin desviarse o siendo desviadas solamente en pequeos ngulos, unas cuantas partculas eran dispersadas a ngulos grandes hasta 180. El hecho de que slo unas pocas radiaciones sufriesen desviaciones hizo suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban concentradas dentro de los tomos ocupando un espacio muy pequeo en comparacin a todo el tamao atmico; esta parte del tomo con electricidad positiva fue llamado ncleo. Rutherford posea informacin sobre el tamao, masa y carga del ncleo, pero no tena informacin alguna acerca de la distribucin o posicin de los electrones. En el modelo de Rutherford, los electrones se movan alrededor del ncleo como los planetas alrededor del sol. Los electrones no caan en el ncleo, ya que la fuerza de atraccin electrosttica era contrarrestada por la tendencia del electrn a continuar movindose en lnea recta. Este modelo fue satisfactorio hasta que se observ que estaba en contradiccin con una informacin ya conocida en aquel momento: de acuerdo con las leyes del electromagnetismo, un electrn o todo objeto elctricamente cargado que es acelerado o cuya direccin lineal es modificada, emite o absorbe radiacin electromagntica. El electrn del tomo de Rurherford modificaba su direccin lineal continuamente, ya que segua una trayectoria circular. Por lo tanto, debera emitir radiacin electromagntica y esta radiacin causara la disminucin de la energa del electrn, que en consecuencia debera describir una trayectoria en espiral hasta caer en el ncleo. El modelo de Rutherford fue sustituido por el de Bohr unos aos ms tarde. Con las informaciones que dispona y de las obtenidas de su experiencia, Lord Rutherford propuso en el 1.911 este modelo de tomo:

1. El tomo esta constituido por una zona central, a la que se le llama ncleo, en la que se encuentra concentrada toda la carga positiva y casi toda la masa del ncleo. 2. Hay otra zona exterior del tomo, la corteza, en la que se encuentra toda la carga negativa y cuya masa es muy pequea en comparacin con la del tomo. La corteza esta formada por los electrones que tenga el tomo. 3. Los electrones se estn moviendo a gran velocidad en torno al ncleo. 4. El tamao del ncleo es muy pequeo en comparacin con el del tomo (unas 100.000 veces menor) B. Modelo atmico de Bohr para el tomo de hidrgeno, propuesto en 1.913 A pesar de constituir un gran avance y de predecir hechos reales, el modelo nuclear de Rutherford presentaba dos graves inconvenientes: 1. Contradeca las leyes electromagnticas de Maxwell, segn las cuales, una partcula cargada, cuando posee aceleracin, emite energa electromagntica. 2. Segn el enunciado anterior los espectros atmicos debera ser continuos, ocurriendo que stos son discontinuos, formados por lneas de una frecuencia determinada. El fsico dans Meils Bohn (1.885-1.962), premio Nobel de Fsica en 1.922 presento en 1.913 el primer modelo de un tomo basado en la cuantizacin de la energa. Supero las dificultades del modelo de Rutherford suponiendo simplemente que la Fsica clsica no se poda aplicar al universo atmico. No hay ninguna razn, decidio Bohr, para esperar que los electrones en los tomos radien eenerga mientras no se les proporcione ninguna energa adicional. Igualmente los espectros atmicos de absorcin y emisin de lineas eran indicativos de que los tomos, y ms concretamente los electrones, eran capaces de absorver o emitir cuantos de energa en determinadas condiciones La teora de los cuantos de Planck la aporto a Bohr dos ideas: c. Las oscilaciones elctricas del tomo solo pueden poseer cantidades discretas de energa (estn cuantizados) d. Slo se emite radiaccin cuando el oscilador pasa de un estado cuantizado a otro de mayor energa. Bohr aplic estas ideas al tomo de hidrgeno y enuncio los tres postulados siguientes: 5. En el tomo de hidrgeno el movimiento del electrn alrededor del ncleo est restingido a un nmero discreto de orbitas circulares (primer postulado) . 6. El momento angular del elctrn en una rbita est cuantizado; es un nmero entero de h/2pi, siendo h la constante de Planck (segundo postulado). 7. El electrn no radia energa mientras permanece en una de las rbitas permitidas, teniendo en cada rbita una energa caracterstica constante. Cuando el electrn cae de un estado de energa superior a otro de energa inferior, se emite una cantidad de energa definida en forma de un fotn de radiacin (tercer postulado). Niels Bohr (1885-1962 fue un fsico dans que aplic por primera vez la hiptesis cuntica a la estructura atmica, a la vez que busc una explicacin a los espectros discontinuos de la luz emitida por los elementos gaseosos. Todo ello llev a formular un nuevo modelo de la estructura electrnica de los tomos que superaba las dificultades del tomo de Rutherford. Este modelo implicaba los siguientes postulados:

1.- El electrn tena ciertos estados definidos estacionarios de movimiento (niveles de energa) que le eran permitidos; cada uno de estos estados estacionarios tena una energa fija y definida. 2.- Cuando un electrn estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorba o desprenda energa. 3.- En cualquiera de estos estados, el electrn se mova siguiendo una rbita circular alrededor del ncleo. 4.- Los estados de movimiento electrnico permitidos eran aquellos en los cuales el momento angular del electrn (m v r ) era un mltiplo entero de h/2 3.14. Vemos pues que Bohr aplicaba la hiptesis cuntica por Planck en 1900. La teora ondulatoria electromagntica de la luz era satisfactoria en cuanto explicaba algunos fenmenos pticos tales como la difraccin o la dispersin, pero no explicaba otros fenmenos tales como la irradicacin de un cuerpo slido caliente. Planck resolvi el problema suponiendo que un sistema mecnico no poda tener cualquier valor de la energa, sino solamente ciertos valores. As, en un cuerpo slido caliente que irradia energa, Planck consider que una onda electromagntica de frecuencia era emitida por un grupo de tomos que circulaba con la misma frecuencia. Aplicando esta hiptesis a la estructura electrnica de los tomos se resolva la dificultad que presentaba el tomo de Rutherford. El electrn, al girar alrededor del ncleo, no iba perdiendo la energa, sino que se situaba en unos estados estacionarios de movimiento que tenan una energa fija. Un electrn slo perda o ganaba energa cuando saltaba de un estado (nivel) a otro. Por otro lado, el modelo de Bohr supona una explicacin de los espectros discontinuos de los gases, en particular del ms sencillo de todos, el hidrgeno. Una raya de un espectro corresponda a una radiacin de una determinada frecuencia. Por qu un elemento emite solamente cierta frecuencia ? Veamos la respuesta: En condiciones normales los electrones de un tomo o ion se sitan en los niveles de ms baja energa. Cuando un tomo recibe suficiente energa, es posible que un electrn salte a un nivel superior a aquel en que se halla. Este proceso se llama excitacin. Un electrn excitado se halla en un estado inestable y desciende a un nivel inferior, emitiendo una radiacin cuya energa ser igual a la diferencia de la que tienen los dos niveles. La energa del electrn en el tomo es negativa porque es menor que la energa del electrn libre. Al aplicar la formula de Bohr a otros tomos se obtuvieron resultados satisfactorios, al coincidir el pronstico con el resultado experimental de los espectros de estos tomos. El modelo de Thomson presentaba un tomo esttico y macizo. Las cargas positivas y negativas estaban en reposo neutralizndose mutuamente. Los electrones estaban incrustados en una masa positiva como las pasas en un pastel de frutas. El tomo de Rutherford era dinmico y hueco, pero de acuerdo con las leyes de la fsica clsica inestable. El modelo de Bohr era anlogo al de Rutherford, pero consegua salvar la inestabilidad recurriendo a la nocin de cuantificacin y junto con ella a la idea de que la fsica de los tomos deba ser diferente de la fsica clsica.

Propiedades del tomo de Bohr. Atendiendo a las caractersticas estructurales del tomo las propiedades de este varan. As por ejemplo los tomos de que tienen el mismo nmero de electrones de valencia que poseen distintos nmeros atmicos poseen caractersticas similares. Los tomos estn formados por un ncleo que posee una serie de partculas subatmicas. Alrededor del ncleo se hallan en diferentes rbitas los electrones. Las partculas subatmicas de las que se compone el ncleo son los protones y los neutrones. Los tomos son elctricamente neutros. Luego, si contienen electrones, cargados negativamente, deben contener tambin otras partculas con carga positiva que corresponden a la carga de aquellos. Estas partculas estables con signo positivo se las llam protn. Su masa es igual a 1,6710-27 kg. Con estas dos partculas, se intent construir todos los tomos conocidos, pero no pudo ser as porque faltaba unas de las partculas elementales del ncleo que fue descubierto por J. Chadwick en 1932 y que se llam neutrn. Esta partcula era de carga nula y su masa es ligersimamente superior a la del protn (1,6748210-27kg.). Situados en rbitas alrededor del ncleo se hallan los electrones, partculas estables de carga elctrica negativa y con una masa igual a 9,1110-31kg. El modelo de Bohr explica el espectro del tomo de hidrgeno, pero no los de tomos mayores. Sin negar el considerable avance que suposo la teora atmica de Bohr, sta solo poda aplicarse a atmos muy sencillos, y aunque dedujo el valor de algunas constantes, que prcticamente coincidian con los valores experimentales sencillos, el modelo no fue capaz de explicar los nmerosos saltos electrnicos, responsables de las lneas que aparecen en los espectros de los tomos que poseen ms de un electrn. Al modelo de Bohr se le fueron introduciendo mejoras, pero la idea de un tomo compuesto por orbitas aldededor de un ncleo central puede considerarse demasiado sencilla, no fue posible interpretar satisfactoriamente el espectro de otros tomos con ms de uh elctrn (tomos polielectrnicos) ni mucho menos la capacidad de los tomos para formar enlaces qumicos.

La mecnica cuantica moderna.Podemos decir que la mecnica cuntica moderna surge hacia 1.925 como resultado del conjunto de trabajos realizados por Heisenberg, Schrdinger, Born, Dirac y otros, y es capaz de explicar de forma satisfactoria no slo,la constitucin atmica, sino otros fenmenos fisicoqumicos, adems de predecir una serie de sucesos que posteriormente se comprobarn experimentalmente. La mecnica cuntica se basa en la teora de Planck, y tomo como punto de partida la dualidad onda-corpsculo de Louis De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Hiptesis de Louis De Broglie, publicada en 1.923.La naturaleza de la luz no es fcilmente analizable a no ser que la consideremos de tipo ondulatorio a fin de explicar ciertos fenmenos (como reflexin, refraccin, difraccin, etc.) o de tipo corpuscular al pretender hacerlo con otros (como el efecto fotoelctrico, etc), es posible que las partculas tengan tambin propiedades de onda?. En 1.924 Louis De Broglie extendio el carcter dual de la luz a los electrones, protones, neutrones, tomos y molculas, y en general a todas las partculas materiales. Basandose en consideraciones relativostas y en la teora cuntica pens que si la luz se comportaba como onda y como partcula la materia debera poseer este carcter dual. El movimiento de una partcula puede considerarse como el movimiento de un paquete de ondas, algo as como la superposicin de varias ondas de longuitudes de onda poco diferentes, cuyas oscilaciones se intensifican al mximo en el punto del espacio ocupado popr la partcula. No hay nada de imaginario en estas ondas de materia, son tan reales como las ondas luminosas y las del sonido, aunque no sean observables en todos los casos, copmo ocurre con las ondas electromagnticas, los aspectos ondulatorios y de partculas de los cuerpos en movimiento nunca se pueden observar al mismo tiempo. En ciertas situaciones una partcula en movimiento presenta propiedades ondulatorias y en otras situaciones presenta propiedades de partcula

Principio de incertidumbre de Heisenberg, publicada en el 1.927Uno de los aspectos ms importantes de la mecnica cuantica es que no es posible determinar simultaneamente , de un modo preciso, la posicin y la cantidad de movimiento de una partcula. Esta limitacin se conoce con el nombre de principio de incertidumbre o de indeterminacin de Heisenberg.

El principio de incertidumbre es una consecuencia de la dualidad onda-partcula de la radiaccin y de la materia. Todos los objetos, independientemente de su tamao, estan regidos por el principio de incertidumbre, lo que significa que su posicin y movimiento se pueden expresar solamente como probabilidades, pero este principio slo es significativo para dimensiones tan pequeas como las que presentan las partculas elementales de la materia. Este principio carece de inters en mecnica clsica, ya que las magnitudes involucradas son muy grandes comparadas con el valor de la constante h.

Descripcin del modelo mecano-cuntico del tomo. La ecuacin de onda de Schrdinger2, publicada en 1.926Basandose en la hiptesis de L. De Broglie y considerando que el movimiento del electrn es anlogo a un sistema de ondas estacionarias, el fsico austriaco Erwin Schrdinger propuso una ecuacin de onda aplicabla al tomo de hidrgeno, designada por el simbolo y, llamada funcin de onda, es funcin de las coordenadas cartesianas x, y, z; E y V. Esta ecuacin es puramente terica y debe su validez a que sus resultados y conclusiones coinciden plenamente con hechos probados experimentalmente. Resolviendo la ecuacin Shrdinger obtuvo valores de E que estaban plenamente de acuerdo con los obtenidos experimentalmente.

Al cuadrado del valor absoluto de la funcin de onda se le llama densidad de probabilidad. La probabilidad de encontrar la partcula descrita por la funcin y, en un punto y en el instante t, es proporcuional al valor del cuadrado de la funcin de onda en aquel punto del espacio y en ese instante. En cada punto del espacio existir una probabilidad de qye se encuentre el electrn, obteniendose as lo que se denomina nube de probabilidad o densidad electrnica. En el modelo atmico de bohr, el elctrn se mueve alrededor del ncleo de una orbita determinada. En la teora cuntica del tomo, un electrn no esta limitado a una orbita, sino que es libre para moverse en las tres dimensiones, en una nube de probabilidad que tiene una determinada forma en el espacio. Para explicar estos y otros fenmenos ha surgido la mecnica cuntica. Aqu como en el modelo de Bohr, un electrn atmico slo puede ocupar determinados niveles de energa. Ahora bien cada nivel de energa posee uno o ms subniveles de energa. El primer nivel de energa principal, n =1, posee un subnivel; el segundo posee dos, el tercero tres y as sucesivamente. En el modelo de Bohr, los electrones giran en torno al ncleo siguiendo rbitas circulares, pero hoy sabemos que un electrn en un subnivel de energa dado se mueve aunque la mayor parte del tiempo se encuentra en una regin del espacio ms o menos definida, llamada orbital. Los orbitales se nombran igual que su subnivel de energa correspondiente. La energa radiante, o radiacin electromagntica, que el Sol llega a la Tierra a travs del espacio, en forma de ondas. El resultado de la separacin de los componentes de distinta longitud de onda de la luz o de otra radiacin forman el espectro electromagntico. Las radiaciones electromagnticas se dividen en distintos tipos (rayos gamma, rayos X, ultravioleta, etc. segn el valor de lo que se denomina "longitud de onda", que es la distancia entre dos crestas consecutivas de la onda. Cuando un haz de luz formado por rayos de distinta frecuencia atraviesa un prisma ptico, se dispersan en las diferentes radiaciones que se recogen en una pantalla en forma de espectro. El espectro puede ser estudiado en laboratorios gracias al espectrgrafo, un aparato que consta fundamentalmente de una rendija por la que entra el haz de luz, una lente, un prisma de dispersin y una placa fotogrfica, estos se empezaron a utilizar a partir de 1859. Los espectros pueden ser continuos o discontinuos. Los espectros continuos son los que abarca toda la frecuencia de las radiaciones que tienen pasando de una a otra gradualmente, sin saltos. La luz blanca tiene un espectro continuo, formado por siete colores (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, ail y el violeta) y cada uno de ellos corresponde a radiaciones de una frecuencia determinada; cuando termina un color empieza otro, sin que, entre ellos, hayan ninguna zona oscura. En cambio, los elementos gaseosos de un tubo de descarga emite una luz que posee un espectro discontinuo, es decir, slo contiene determinadas radiaciones, que aparecen en forma de rayas entre las cuales hay una zona oscura. Cuando se descubrieron los rayos X y se observ la fluorescencia que estos rayos producan en las paredes del tubo de vidrio, Becquerel se dedic a investigar si la fluorescencia iba acompaada siempre de radiaciones. Obtuvo los primeros resultados en 1896 al comprobar que el sulfato de uranilo y potasio emitan unas radiaciones que impresionaban las placas fotogrficas, atravesaban cuerpos opacos e ionizaban. El aire. La emisin de estas radiaciones no implicaba que el cuerpo estuviera expuesto a la luz, pues tambin se producan en la oscuridad.

Adems los espectros tambin pueden ser el espectro de masas (el que resulta de la separacin de un elemento qumico en sus distintos istopos). El espectro de la luz blanca est constituido por una sucesin de colores (colores del espectro), cada uno de los cuales corresponde a una longitud de onda bien precisa.Un espectro puede ser: de emisin, cuando se obtiene a partir de la radiacin directamente emitida por un cuerpo; de absorcin, cuando es el resultante del paso de la radiacin a travs de un determinado absorbente. Se distingue tambin entre: discretos, o de rayas, constituidos por una serie de lneas aisladas; continuos, que contienen todas las longitudes de onda entre dos lmites, y de bandas, constituidos por una serie de zonas continuas separadas por espacios oscuros. Los tomos producen espectros de lneas, las molculas de bandas y los slidos y lquidos espectros continuos.

Los rayos XES son de donde electromagnticas cuya longitud de onda est unos 3 veces aquel de la radiacin visible. Ellos son producidos por la fuerte desaceleracin de los electrones en las colisiones con los ncleos atmicos y de las transiciones de los electrones en las rbitas ms profundas dentro de los tomos. Ellos fueron descubiertos por W.C.Roentgen, 1845 - 1923, en el 1895 bombardeando un blanco metlico con un haz de electrones, rayos catdicos, emitidos por el ctodo de un tubo de descarga continente gas enrarecido. A causa de su pequesima longitud de onda ellos interaccionan dbilmente con la materia. Despus de que en el 1912, Max von Laue, 1879 - 1960, observ que un haz de rayos X exhibicin efectos de interferencia pasando por un cristal, result claro que ellos slo difieren de la luz por cuanto concierne la longitud de onda. La disposicin regular de los tomos en el retculo cristalino aparenta un retculo de difraccin. El mismo resultado fue conseguido por W.L.Bragg, 1890 1970, analizando la reflexin de los rayos X. l sac su longitud de onda del conocimiento de la direccin de la interferencia constructiva y de la distancia entre los planes reticulares, ley de Bragg. Viceversa la figura de difraccin puede ser utilizada para sacar la estructura del cristal (cristalografa a rayos XES de W.H.Bragg) 1862 - 1942,). ya solicitados por Michael Faraday al objetivo Arrullas de descarga El electrn Los "tomos" de cargo elctrico ya fueron postulados de Michael Faraday al objetivo de explicar el fenmeno de la electrlisis. La idea fue retomada por william Crookes, 1832 - 19199 y de Arthur Schuster, 1851 - 1934, los que estuvieron convencidos que los rayos catdicos engendrados en sus experimentos fueran negativamente haces de partculas cargadas. En el 1897 la existencia de la unidad discreta de cargo fue establecida por J.J.Thomson. Usando campos elctricos y magnticos cruzados en los tubos de descarga l demostr que los rayos catdicos fueron formados de partculas cargadas en movimiento a velocidad muy menor de aquel de la luz y midi la relacin entre su masa y su cargo. J.J.Thomson admiti que el valor del cargo de la partcula fuera idntico a aqul que G.Johnstone Stoney, 1826 - 1911, encontr en el 1891 ser llevado por los ines de los elementos monovalentes en la electrlisis. En tal modo logr tambin valorar la masa de la partcula al que, usando el nombre ya introducido por Stoney, fue dado el nombre de electrn. Bien pronto a obra de Hendrik Lorentz, Philipp Lenard, 1862 - 1947, Henrio Becquerel, 1852 1908 y Ernest Rutherford, 1851 - 1937, fue establecido que la presencia del electrn fue necesaria para explicar muchos fenmenos fsicos como la emisin terminica, el efecto fotoelctrico y la radiactividad. En los mismos aos Robert Millikan, 1868 - 1953, logr medir con grande precisin el cargo del electrn y su masa. En el 1924 Louis de Broglie avanz la hiptesis que el electrn tambin poseyera propiedades ondulatorias. Sobre esta hiptesis Erwin Schroedinger fund la nueva mecnica ondulatoria. En el 1927 Clinton Davisson, 1881 1958, Lester Germer, 1896 - 1971 y George P.Thomson, 1892 - 1975, averigu experimentalmente las propiedades ondulatorias del electrn. En el nterin Samuel Goudsmit, 1902 - 1978 y George Uhlenbeck, 1900 -) introdujeron el spin. El trabajo de Paul Dirac The relativistic theory of the "electron" del 1928 encuadr justamente todas las hiptesis y los datos experimentales en el clebre "ecuacin de Dirac." Los rayos XES LOS rayos XES son de donde electromagnticas cuya longitud de onda est unos 10-3 veces aquel de la radiacin visible. Ellos son producidos por la fuerte desaceleracin de los electrones en las colisiones con los ncleos atmicos y de las transiciones de los electrones en las rbitas ms profundas dentro de los tomos. Ellos fueron descubiertos por W.C.Roentgen, 1845 - 1923, en el 1895 bombardeando un blanco metlico con un haz de electrones, rayos catdicos, emitidos por el ctodo de un tubo de descarga continente gas enrarecido. A causa de su pequesima longitud de onda ellos interaccionan dbilmente con la materia. Despus de que en el 1912, Max von Laue, 1879 - 1960, observ que un haz de rayos X exhibicin efectos de interferencia pasando por un cristal, result claro que ellos slo difieren de la luz por cuanto concierne la longitud de onda. La disposicin regular de los tomos en el retculo cristalino aparenta un retculo de difraccin. El mismo resultado fue conseguido por W.L.Bragg, 1890 - 1970, analizando la reflexin de los rayos X. l sac su longitud de onda del conocimiento de la direccin de la interferencia constructiva y de la distancia entre los planes reticulares, ley de Bragg. Viceversa la figura de difraccin puede ser utilizada para sacar la estructura del cristal (cristalografa a rayos XES de W.H.Bragg) 1862 - 1942,). ya solicitados por Michael Faraday al objetivo.

RADIACIONES, UNIDA' DE MEDIDA, DOSIS ABSORTADESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD

Con el trmino RADIACTIVIDAD se entiende la emisin espontnea de partculas e/o radiaciones del ncleo de un tomo. Resulta evidente que el descubrimiento de la radiactividad va de igual paso con la bsqueda sobre la estructura atmica y sobre las caractersticas nucleares. En el 1896 Henri Becquerel not que una losa fotogrfica se ennegreci si pone en las vecindades de un mineral contenedor compuestas uranio. Estos compuestos tuvieron que emitir por tanto radiaciones capaces de conceder energa dentro de las losas impresionndolas. En el 1899 Pierre Curio y su mujer Marie lograron extraer del misterioso mineral la sustancia radiactivo responsable del extrao fenmeno, que fue llamada radio. Un ao despus Ernest Rutherford identific las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas en emisiones alfa y beta, mientras que Paul Villard localiz los rayos gama. Rutherford adems observ que los tomos que emiten radiaciones se transforman en tomos diferentes, en otras palabras dotadas con propiedades qumicas diferentes de aquellas caractersticas de los tomos de salida. Muchos experimentos fueron desarrollados en los aos siguientes al objetivo de localizar la composicin de los tres tipos de radiacin. Sus resultados han llevado a concluir que la radiacin alfa es constituido por ncleos de helio, dos protones y dos neutrones, la radiacin beta de electrones, o de sus antiparticelle, los positrones, mientras la radiacin gama es una radiacin electromagntica, y por lo tanto compuesta por fotones, particularmente energtica. En el 1911 Rutherford se sirvi rayos alfa para estudiar los tomos y concibi el modelo de tomo que lleva su nombre: un "ncleo" continente la mayor parte de la masa del tomo, carga de electricidad positiva y habiente un rayo mucho ms pequeo de aquel atmico; alrededor del ncleo un cierto nmero de electrones sobre rbitas circulares. Con base en su modelo atmico, la radiactividad fue atribuida a las transformaciones que ocurren en los ncleos de los tomos. Dos aos despus Niels Bohr present su teora sobre la estructura del tomo. Ella complet el modelo de Rutherford y, sobre todo, explic la disposicin electrnica con base en los procesos de emisin y absorcin de fotones de parte de los tomos de hidrgeno. Este resultado estimul los estudios de fsica atmica y condujo, alrededor del 1920, a la formulacin de la mecnica cuntica de parte de Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrdinger, Paul Dirac, Wolfgang Pauli y otros. La nueva teora, experimentada con xito en la descripcin del tomo, fue bien pronto sobrepuesta al estudio de los ncleos atmicos. Se comprendieron as las leyes, establecidas en las primeras dcadas del siglo XX, relativas a los decaimientos nucleares acompaados por la emisin de partculas alfa y beta. La estructura del ncleo se volvi ms clara cuando, en el 1932, James Chadwick descubri el neutrn, una partcula habiente acerca de la misma masa del protn pero con cargo elctrico nada. En el 1895 el fsico alemn Wilhelm Conrad Roentgen, estudiando el efecto de los chispazos en los gases disminuidos, descubri radiaciones capaces de hacer fosforescente un trozo de papel revestido de una sal de bario puesto en las vecindades. Roentgen llam rayos XES estas radiaciones de origen desconocido. Se lleg as a la hiptesis de Heisenberg que los ncleos atmicos consistieran de protones y de neutrones. El conocimiento de las propiedades nucleares progres notablemente gracias a experimentos en el curso de los que los ncleos fueron bombardeados con partculas ligeras (protones) electrones, partculas alfa...). Gran importancia tambin asumi el estudio de la transmutacin artificial de una especie qumica en otra. En esta fase de la bsqueda tambin inici el estudio de las fuerzas nucleares, las que tienen junto protones y neutrones. Se comprendidas enseguida que las fuerzas nucleares son mucho

ms fuertes de aquellas electromagnticas y gravitatorios y que slo actan sobre distancias muy cortas, comparables con el rayo del ncleo. En el 1939 Hideki Yukawa, siguiendo una sugerencia de Heisenberg, hipotiz que las fuerzas que se entrenan entre los constituyentes del ncleo fueran debidas a partculas pesadas, 300 veces ms que los electrones. Estas partculas, llaman mesoni, estuvieron efectivamente destapadas en la radiacin csmica en el 1946.

NCLEOESTRUCTURA En un hipottico viaje dentro del tomo, despus de haber superado las cscaras que hospedan los electrones se encontrara a atravesar una zona de espacio completamente vaco. Despus de un trayecto relativamente largo, se dara por fin con el ncleo. El ncleo ocupa, en efecto, el centro del tomo y sus dimensiones son decenas de millares de veces inferiores a la distancia que lo separan de los electrones ms cercanos. Su papel puede ser comparado con el del Sol en nuestro sistema planetario: como los planetas orbitan alrededor de nuestra estrella por atraccin gravitatoria, as los electrones, cargas de electricidad negativa, "orbitan" alrededor del ncleo porque atrados por su cargo positivo. Al interior del ncleo atmico se encuentran dos tipos de partculas: los protones y los neutrones. Son partculas que se asemejan mucho, mucho de ser indicadas ambas con el nombre de "nucleoni", pero mientras el neutrn es elctricamente neutral, el protn tiene un cargo que vale exactamente cunto aquel, de seal opuesta, transportada por el electrn. El nmero de protones presentes en un ncleo es dicho nmero atmico y es indicado con Z; por lo tanto el c