Domingo, 03 de julio de 2011

Historia de la Ciencia

 

El sueño de los alquimistas era transformar un pedazo de materia común y sin valor, en metales valiosos y escasos. Como volver el plomo en oro.

En aquellos tiempos nunca se logró,  pero la fantasía sirvió para cometer algunos fraudes. Pero el avance científico ha logrado trasformar unos elementos en otro, y quizá, con el tiempo puedan fabricarse elementos de acuerdo a nuestras necesidades. De hecho los descubrimientos más recientes de nuevos elementos han sido hechos por el hombre.

El proceso de transformación se logró con el surgimiento de la energía nuclear.

El concepto de elemento es antiguo, los griegos lo desarrollaron, aunque con bases especulativas. Para el siglo XVIII, con apoyo de la Teoría Atómica de la materia, se conocían una docena de elementos químicos.

A mitad del siglo XIX se había identificado algunos 60 elementos más.

El que llamó la atención sobre la posibilidad de nuevos elementos fue Dimitri Mendelev. Se esforzó por ordenar estos elementos en una tabla periódica donde se pudieran colocar de acuerdo a sus características químicas. Estableció el principio de lo que después se llamaría la tabla periódica. Pero en esa tabla preliminar los elementos se podían dividir en familias, lo que se llama columnas, y en niveles de energía lo que se conoce como hileras. Pero al acomodar los elementos conocidos, de acuerdo a sus características, quedaban espacios vacíos en la tabla, donde en el espacio anterior sí encajaba bien el elemento pero en el siguiente, el elemento conocido, en este entonces, no quedaba, y se tenía que correr un espacio más, dejando una casilla vacía.

A mitad de la década de los veinte del siglo XX, se habían identificado 92 elementos naturales. Pero en la prisa por llanear las casillas vacías de la tabla se cometieron muchos errores. Las carillas 43, 61, 85 y 87 tenían elementos mal clasificados.

Los nombres que les dieron a esos elementos ahora nos resultan extraños: el elementos 43 se llamaba Mesurio, en la casilla 61 se encontraba Ilinio, el Albanio en el 85 y el Virginio en el 87. Con el tiempo estos errores fueron corregidos.

Con la comprensión de la naturaleza del Núcleo Atómico, en la década de los treinta del siglo XX, se comprendió que los átomos flotantes eran radiactivos, con el periodo de existencia tan corto (todos los elementos radiactivos pierden materia y al hacerlo se transforman en otros elementos de menor masa atómica) con el periodo de existencia tan corto era difícil que se encontraran en la superficie de la tierra en concentraciones adecuadas.

¿Qué hace la diferencia entre átomos de diferentes elementos?  Sabemos que los átomos están formados de tres partículas elementales: electrones (con carga negativa y peso insignificante), protones (con carga positiva y pero importante) y neutrones (sin carga y de peso importante). Se conocen actualmente partículas sub atómicas más pequeñas, pero considero que ellas entran en la rama de la físico y no de la química, y, tal vez, sean el punto fronterizo entre la materia y la energía.

Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo del átomo y los electrones girando alrededor del núcleo, siendo atraídas por la carga positivas del núcleo y a su vez repelidas por le velocidad angular de su órbita (como pasa con los planetas, pero en vez de cargas eléctricas tienen la gravedad).

El número de electrones en la órbita debe ser el mismo al de los protones del núcleo, de lo contrario, la falta de electrones, el átomo se vuelve químicamente inestable y se le llama: Ion.

El átomo de un elemento se distingue de otros elementos por el número de protones en su núcleo (de echo lo que se llama número atómico de cada elemento es sólo la cantidad de protones que tiene en su núcleo). Por ejemplo: el carbón tiene en su núcleo seis protones, se le agrega un protón más el átomo se trasformaría en nitrógeno con siete protones.

Los átomos “normales” tienen la misma cantidad de protones y neutrones en el núcleo.  Pero en ocasiones se encuentran más neutrones en algunos átomos de un mismo elemento. Se les llama isótopos y son más pesados que los átomos normales. Por ejemplo: el carbono es un elemento con un número atomice de seis, por lo tanto tiene seis protones en su núcleo, pero su masa atómica es doce porque también tiene seis neutrones.

El carbón tiene isótopos, el más conocido es el carbono catorce, sus átomos tienen seis protones y ocho neutrones en su núcleo.

 

Primer Elemento Transuránico

¿Como podemos transformar un elemento en otro al agregar partes del núcleo? Sabemos que un núcleo atómico esta compuesto por protones y neutrones, estos últimos mantienen unidos los protones, que por su carga positiva se repelería a si mismos. Cuanto el número de neutrones varía de acuerdo al número de protones en un núcleo, el átomo se llama Isótopo. Los isótopos son inestables y el mismo átomo trata de llegar a la estabilidad desprendiendo las radiaciones que todos conocemos. De esta manera, y con el paso del tiempo, el átomo puede deshacerse de la partícula subatómica que tiene de más, simplemente le desprende en pedazos al emitir radiaciones. Aunque también puede conseguir la estabilidad transformando un neutro en protón, emitiendo como radiación un electron,  y el átomo se transforma en el elemento inmediato superior en la tabla.

Para poder conservar la carga eléctrica en el núcleo el neútron transformado desprende un electrón con gran energía cinética. Este proceso es espontaneo y puede ocurrir en un segundo, un minuto o puede tardar años. AL fenómeno en que los átomos desprenden electrones se les llama radiación beta.

¿Qué pasa con el elemento que transforma un neutrón en un protón? El átomo que es de un elemento pasa a otro, con propiedades químicas diferentes. Por ejemplo: el nitrógeno, con 7 protones y 7 neutrones, al recibir dos neutrones de más y uno de éstos se transforma en protón, el átomo de vuelve oxigeno con 8 protones y 8 neutrones. El proceso de desintegración beta puede ser inverso y un protón puede volverse un neutrón, desprendiendo un electrón de antimateria llamado positrón.

Recordemos que el elemento más pesado en la naturaleza es el Uranio. El primer elemento mayor que el Uranio fue descubierto en la primavera de 1940, por E.M. McMillan.

En 1940 McMillan y Philip Abelson quería medir la energía de los pedazos de la fisión (división) de Uranio. Para ésto colocó una capa delgada de óxido de Uranio y enseguida colocó una papel de fumar, para detener  y atrapar los fragmentos (también átomos) de la fisión.

Encontró que algunos productos del bombardeo con neutrones no escapaban de la capa de oxido de Uranio. sospechó que algunos átomos de uranio atrapaban en su núcleo neutrones y los transformaba , por desintegración beta, en átomos del elemento 93 (que no existe en la naturaleza por su corto periodo de vida. Se calcula que dura 23.5 minutos antes de desintegrarse y transforma en otro elemento) que hoy llamamos Neptunio. 

¿Cómo pudo distinguir McMillan que en la capa de óxido de uranio, muy radiactivos, se encuentran el elemento 93? Las radiaciones beta son comunes sólo en los elementos que buscan estabilidad. los elementos pesados como el Uranio emite radiaciones alfa (partículas formadas por la unión de dos protón y dos neutrón, que no tienen penetraci+on, una sim´ple oja de papel las ´puede detener.) y se puede distinguir  una radiación de otra. Cuando Mc Millan detectó radiaciones beta se imaginó que átomos de Uranio se transformaba en el elemento 93 (Neptunio).

Poco tiempo después McMillan se integró al Proyecto Manhattan, donde colaboró para desarrollar la bomba atómica. Y se trasladó a Los Álamo, en Nuevo México.

En aquellos tiempos utilizaba el acelerador de partículas de 60 pulgadas del Laboratorio de Radiación Crocker en Berkeley de la Universidad de California. Este mismo acelerador se utilizó en el descubrimiento de seis elementos tranuranicos (Neptunio, Plutonio, Curio, Berquelio, Californio y Memdelevio). Después, al renovarlo y modificarlo, fue trasladado a Davis, en la misma universidad.

Diagrama del acelerador de partículas.

 

EL Acelerador de partículas es un aparato, donde por medio de fuertes campos magnéticos se puede impulsar una partícula subatómica con fines de estudio. Se emplea un campo magnético para encorvar las trayectorias de las partículas en forma espiral o circular, suministrándoles energía cada vez que la párticula circula por el acelerador. Para lanzarlas, al final de trayecto, sobre un material para ver los efectos de la radiación.

Para mayor informacion:

http://fernandomedina.blogcindario.com/2011/07/00081-elementos-artificiales-2-parte.html


Publicado por Fmdlg @ 16:16  | Ciencia
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