ACTIVIDAD 2: RUTHERFORD, EL NÚCLEO ATÓMICO

1. A la hora de comenzar la formación de los jóvenes estudiantes que pueden acabar convertidos en científicos hechos y derechos, es fundamental que éstos posean unos maestros adecuados tanto a su nivel de conocimientos como a las capacidades del alumno. Estos maestros son los que intervienen, si realizan bien su trabajo, de forma más directa en la creación de nuevas mentes ylo que pueden acabar siendo uno como sus maestros. Sin embargo, al tener como profesor a alguien cuya experiencia ha sido demasiado práctica, nuestros conocimientos teóricos pueden no llegar a lo requerido. Sucede lo mismo si nuestro profesor es alguien que no nos provee con conocimientos prácticos, limitándose únicamente a una enseñanza teórica que, aun correcta, difiere en gran medida de lo esperado fuera de los muros de una institución.
Así pues, pueden darse, ya sea quien nos enseñe alguien altamente cualificado en lo teórico o en lo práctico, dos fallos en el aprendizaje científico:
Pudiera ocurrir, si el profesor es una persona muy versada en libros y cuyos conocimientos de la materia que imparte son puramente teóricos, que acabemos conociendo lo mismo que esta persona conoce, pero sin saber lo que se debe hacer ante situaciones reales. A este problema se enfrentan hoy en día una cantidad de alumnos de materias científicas cuyos profesores no contribuyen a un aprendizaje práctico, el llamado "hands-on" por los angloparlantes.
Sin embargo, no es mejor la cara opuesta de la moneda: unos conocimientos absolutamente prácticos, sin sabiduría teórica ni del "porqué" de los resultados de nuestras acciones, es también potencialmente desastrosa.
Cuando el profesor es una combinación de ambos elementos, se alcanza un estado de perfección, en el que lo que el alumno aprenda será lo mejor de la práctica y de la teoría.
Es por esto que lo que antes era considerado normal (expertos en la materia, investigadores, enseñando en las universidades) y que hoy en día se ha perdido prácticamente por completo, debería ser recuperado como método habitual de enseñanza. Probablemente, de esa manera, se pudiera alcanzar ese estado de "perfección" antes mencionado.

2. Diferencias entre la Física y la Química.
Primeramente, debemos clasificar y definir con exactitud qué es la Física, y qué la Química, y por qué se las agrupa tan a menudo.
Ambas son estudios de los cambios que la materia recibe. Sin embargo, la Física son aquellos cambios que no alteran la naturaleza de esta materia, sino que cambian su forma, estado o apariencia. Es éste el motivo de que se denomine "Física", puesto que estos cambios afectan a la forma física de la materia, a su apariencia. Por ejemplo, tomaremos el ya archiconocido ejemplo del cambio de estado en el agua. El agua, cuando pasa a estado líquido, sólido o gaseoso, adquiere una apariencia diferente, pero sigue siendo agua, H2O. Las moléculas que la componen no han variado.
La Química, por su parte, estudia aquellos cambios que sí alteran la naturaleza de la materia. Es decir, aquellos en los que la estructura y la composición de dicha materia se ve cambiada, y nuevos productos se forman a partir de sustancias muy distintas. Cuando la materia cambia de esta forma, los cambios que sufre pueden llegar hasta su nivel atómico, aunque no es este el motivo de nuestro discurso. Un ejemplo de cambio químico sería la combustión de un tarugo de leña, dejando lo que antes era madera reducido a cenizas. Esto es una combustión.
Veamos, pues, una vez bien definidas y aclaradas sus respectivas definiciones, exactamente qué es lo que las distingue.
En base, ya hemos mencionado la diferencia principal: el nivel al que afectan los cambios que una y otra producen en la materia. Las propiedades de un elemento o compuesto, al ser estudiadas mediante métodos físicos, no variarán. Si los métodos que usamos son químicos, lo harán.

Rutherford opinaba, a lo largo de su carrera profesional, que "toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos". Esto, como es bastante obvio, no quiere decir otra cosa más que Rutherford tomaba la Física como pivote principal de la ciencia, en torno al cual giraba toda otra modalidad científica. Otros podrían afirmar lo mismo, poniendo a las Matemáticas en el lugar de la Física, y probablemente seguiría siendo válida esta afirmación. Aquí podemos ver una tira cómica de xkcd.com, en la que se refleja precisamente esta situación llevada a su extremo lógico.


A pesar de este convencimiento suyo, acabó obteniendo el premio Nobel, no de Física, sino de Química, y las palabras que pronunció al obtenerlo fueron: "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de fisico a químico". Esto fue porque sus investigaciones, principalmente, se centraron en la desintegración de los elementos radiactivos y en su transformación hacia otros elementos; esto, de acuerdo con la definición anterior, no es otra cosa que un cambio químico.

3. Fotografía: Tesla a los 40 años.
Nikola Tesla nació el 10 de julio de 1856 y murió el 7 de enero de 1943. Fue un inventor y un ingeniero mecánico y eléctrico. Tesla es a menudo descrito como el científico e inventor de la era moderna, un hombre del que se dice que arrojó luz sobre la faz de la tierra. Es conocido, sobre todo, por sus múltiples contribuciones revolucionarias en el campo de la electricidad y el magnetismo, en los años entre los siglos XIX y XX. Las patentes de Tesla y su trabajo teórico formaron la base de los sistemas modernos de corriente alterna, incluyendo el motor de corriente alterna y los sistemas de distribución eléctrica. Con éstos ayudó a la II Revolución Industrial. Sus contemporáneos le citaban como el "santo patrón de la electricidad moderna".
Tras su demostración de comunicación sin cables (radio) en 1894, y después de ganar la "Guerra de la Electricidad", se convirtió en uno de los mayores ingenieros eléctricos de Estados Unidos. Durante este período de su vida, la fama de Tesla competía con la de cualquier otro inventor o científico en la historia o la cultura popular, pero debido a su personalidad excéntrica y a sus aparentemente increíbles y a veces extrañas afirmaciones sobre posibles desarrollos científicos y tecnológicos, Tesla acabó siendo "marginado" y visto por la sociedad como un "científico loco". Al no haber puesto jamás mucho interés en sus finanzas, Tesla murió arruinado a la edad de 86 años.
La unidad del sistema internacional de medida de la densidad del flujo magnético se llamó tesla en su honor. El efecto Tesla es el que se observa en los filamentos de las bombillas para transmisión de energía.
Aparte de su trabajo en el electromagnetismo y en la ingeniería electromecánica, Tesla ha contribuido al establecimiento de la robótica, el control remoto, los radares y la ciencia computacional, así como a la expansión de la balística, la física nuclear y la física teórica.
Fotografía: Thomas A. Edison.
En 1884, Tesla llegó a Nueva York, con apenas nada más que una carta de recomendación de Charles Batchelor, su anterior jefe. En la carta de recomendación que le entregó a Thomas Edison, Batchelor había escrito: "Conozco a dos grandes hombres y usted es uno de ellos; el otro, este joven". Edison contrató a Tesla para que trabajara, al principio, con ingeniería eléctrica sencilla; rápidamente progresó hasta resolver los problemas más complicados de su compañía. Se le ofreció la tarea de hacer un rediseño completo de los generadores de corriente de la compañía de Edison.
Tesla afirmó que se le ofrecieron el equivalente a 1.1 millones de dólares actuales por rediseñar los ineficientes motores y generadores de Edison, lo que sería una mejora tanto en servicio como en economía. Tesla trabajó noche y día para rediseñarlos y consiguió grandes beneficios para Edison en el proceso. Durante 1885, cuando Tesla reclamó su dinero, Edison le contestó: "Tesla, no entiende nuestro humor americano", y retiró su promesa. Entonces, Tesla tenía un salario de 18 dólares por semana, y debería haber trabajado 53 años para ganar la misma cantidad, que equivalía al capital inicial de Edison. Tesla dimitió cuando se le negó un aumento de 25 dólares por semana.
Tesla se encontraría más tarde trabajando para otras compañías, mientras que Edison no querría volver a oír hablar de los diseños multifase de corriente alterna que Tesla había propuesto, y creería que la electricidad de corriente directa era el futuro.

Fotografía: Guglielmo Marconi.
En 1904, Tesla compitió con Guglielmo Marconi por la patente de la invención de la radio. Sin embargo, la oficina de patentes estadounidense le dio a Marconi la patente.
Ya que el premio Nobel de Física había sido entregado a Marconi por la radio en 1909, Edison y Tesla fueron mencionados como potenciales para un premio compartido del Nobel de 1915, lo que llevó a una gran controversia. Debido a su enemistad, a pesar de sus enormes contribuciones científicas y de que ambos buscaban minimizar al otro y a sus derechos de ganar el premio, ambos rechazaron aceptar jamás el Nobel si el otro lo recibía primero, así como cualquier posibilidad de compartir el premio.

4.
4a) ¿Qué diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?
Son diferentes clases de luminiscencias. La fluorescencia es una propiedad de los minerales fluorescentes, que emiten una luz de color azulado cuando son estimulados por radiaciones externas; la fosforescencia, una propiedad de los fosforescentes, los cuales emiten luz de tonos verdosos que sigue siendo visible incluso cuando la fuente de luz (luz normal) no está presente. Como el propio nombre indica, los elementos fluorescentes contienen flúor, y los fosforescentes, fósforo.

4b) ¿Qué son los Rayos X? ¿Cómo se descubrieron?
Los Rayos X son una forma de radiación electromagnética, con una longitud de onda menor que los rayos UV, yfueron descubiertos cuando emanaban de los tubos de Crookes, que eran unos tubos de descarga experimentales inventados a finales del siglo XIX, por científicos que investigaban los rayos catódicos (rayos de electrones energéticos creados en dichos tubos). Los tubos de Crookes crearon electrones por ionización del aire residual del tubo al producirse una descarga eléctrica, que aceleraba los electrones hasta una velocidad suficiente para que crearan Rayos X cuando chocaban contra el ánodo del tubo.

En la imagen aparece la primera impresión por Rayos X: la mano de una mujer con anillos en el dedo.

4c) ¿Qué es la radiactividad? ¿Cómo se descubrió?
Es el proceso mediante el cual un núcleo atómico inestable pierde energía al emitir partículas ionizantes y radiación. Esta pérdida de energía resulta en que un átomo de una clase se transforme en uno de clase diferente.
Fue descubierta en 1896 por el científico Henri Becquerel, mientras trabajaba en materiales fosforescentes. Estos materiales, que resplandecen en la oscuridad tras exposición a la luz, le hicieron pensar que el resplandor producido en los tubos catódicos por los Rayos X podría estar conectado con la fosforescencia. Envolvió una placa fotográfica en papel negro y puso varios minerales fosforescentes en ella. Todos los resultados fueron negaticos hasta que usó sales de uranio. El resultado con ellas fue un intenso oscurecimiento de la placa; pronto fue obvio que este oscurecimiento no tenía nada que ver con la fosforescencia, porque la placa se oscurecía cuando el mineral estaba en la oscuridad. Las sales de uranio no fosforescentes y el uranio metálico también oscurecían la placa. Claramente, una forma de radiación pasaba a través del papel y causaba el oscurecimiento.

4d) ¿Por qué fueron importantes las aportaciones de los Curie y de Rutherford para Becquerel?
Al principio, parecía que la nueva radiación era similar a los recientemente descubiertos Rayos X. Una investigación más a fondo por Becquerel, los Curie, Rutherford y otros determinó que la radiactividad era significantemente más compleja. Diferentes tipos de pérdida de energía podían ocurrir, pero Rutherford fue el primero en darse cuenta de que todos ocurrían de acuerdo a la misma fórmila matemática.
También se descubrió que muchos otros elementos aparte del uranio tenían isótopos radiactivos. Una búsqueda sistemática de la radiactividad total en el uranio guió a Marie Curie para isolar un nuevo elemento, el polonio, y para separar otro, el radio, del bario. La similaridad química entre estos dos últimos los habría hecho difíciles de distinguir, a no ser por la radiactividad.

4e) ¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente.
La partícula alfa es la más pesada de las tres. Las radiaciones alfa y beta no son ondas, sino partículas altamente energéticas expulsadas de un núcleo inestable. En el caso de la radiación alfa, es un átomo de helio que contiene 2 neutrones y 2 protones. Abandona el núcleo de un átomo inestable a un décimo de la velocidad de la luz. Estas partíclas son relativamente grandes y pesadas, por lo que los rayos alfa no son muy penetrantes y son fácilmente absorbidos. Una hoja de papel o una capa de aire de 3 cm de grosor los detiene.
Los rayos beta son mucho más ligeros. La partícula beta es un electrón energético despedido por el núcleo de un isótopo inestable para restaurar el balance energético. Abandonan el núcleo a una velocidad de 270.000 km por segundo. Pueden ser detenidas, por ejemplo, por una hoja de aluminio de unos pocos milímetros de grosor o por 3 metros de aire.
Los rayos gamma son de muy alta energía. Es un fotón u onda luminosa de la misma familia electromagnética que la luz y los Rayos X, pero mucho más energético y dañino. Es capaz de dañar células vivas al decelerar mediante una transferencia de su energía a los componentes celulares circundantes.
Esta imagen compara el poder energético de las radiaciones.

4f) ¿Qué es la ley de desintegración atómica? ¿Por qué sirve como método de datación geológica?
La ley de desintegración atómica determina el ritmo al que se desintegran los elementos radiactivos. Se utilizan como método de datación geológica porque su vida media es altamente variable, y la ley de desintegración atómica puede predecir su velocidad de desintegración para más tarde ser medida.
El Carbono-14, también llamado radiocarbono, es un isótopo del carbono. Posee 8 protones y 6 neutrones, en contraste con los 6 y 6 que posee el carbono corriente (carbono-12). Su presencia en los materiales orgánicos es la base de la datación que se utiliza hoy en día para poner fecha a muestras arqueológicas, geológicas e hidrogeológicas. La datación por radiocarbono es un método que lo utiliza para determinar la edad de materiales de hasta 60.000 años de edad. Willard Libby estimó que la radiactividad del carbono-14 sería de unas 14 desintegraciones por minuto y gramo. Uno de los usos más frecuentes de esta técnica es para datar remanentes orgánicos de excavaciones arqueológicas. Las plantas ajustan el carbono atmosférico durante la fotosíntesis, así que el nivel de radiocarbono en las plantas y animales cuando mueren es similar al de la atmósfera en ese momento. Sin embargo, decrece de entonces adelante por una pérdida de energía (radiactividad), permitiendo estimar la fecha de muerte.

4g) ¿Para qué sirve un contador Geiger?
Un contador Geiger, también llamado contador Geiger-Müller, es un tipo de detector de partículas que mide la radiación ionizante. Los contadores Geiger se usan para detectar radiación, sobre todo radiación gamma y beta, pero ciertos modelos pueden también detectar la radiación alfa. El sensor es un tubo lleno de gas (usualmente helio, neón o argón con halógenos añadidos) que conduce brevemente la electricidad cuando una partícula o fotón de radiación hace al gas conductor temporalmente. El tubo amplifica esta conducción por un efecto dominó y emite un pulso de corriente. Una variación del tubo Geiger se usa para medir neutrones, creando una partícula alfa dentro del detector para poderlos contar.

5. Rutherford experimento con haces partículas alfa. estos finos chorros se obtenían sencillamente situando una fuente radiactiva intensa en el interior de una caja de plomo cerrada, pero con una pequeña abertura. A través de ella salían la pequeñas partículas. el primar plano que usaron para que incidieran los haces fue la mica. Como ya sabían las partículas pasaron impertérritas por las finas capa de mineral, también observaron que a medida que ponían más láminas las partículas se hacían más difusas hasta que llego a un espesor en el que todas quedaban absorbidas. La mica no funcionó debido ha que la probabilidad de que chocasen sus átonos con los del haz era muy pequeña. Dispusieron una pantalla semi circular de sulfato de zinc situada detrás de la lamina de oro sobre la que se dispararan las partículas alfa. Los destellos a ángulos de más de 90 grados, o sea, las partículas alfa que rebotaban, se observarían al microscopio. 1 de cada 8.000 partículas alfa era despedida hacia atrás por el oro. Cuando lo repitieron con el platino el resultado fue el mismo. Imaginamos que es porque tienen los átomos más compactos que la mica.
Comentario de la frase: "Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara".

Pues pensamos que era un símil entre el experimento y esta frase de índole militar. El obús naval se refiere a el haz de partículas alfa y la hoja de papel a la lamina de oro. Usa el obús naval porque es un arma muy potente al igual que las partículas alfa, y en comparación es, a escala, igual una hoja de papel que una friísima lámina de oro.

Para ayudar a esta explicación os ponemos un video:

y un simulador (lo ponemos así porque no podiamos incrustarlo ya que es de un blog).

6. El átomo estaba compuesto en por un núcleo que contenía protones y neutrones, y por unas órbitas en las que giraban los electrones alrededor del núcleo. La masa del núcleo era unas 2.000 veces superior a la de los electrones. El problema, una carga eléctrica acelerada emite radiación electro magnética. un electrón en su órbita estará sometido a aceleraciones. Emitiría radiación y en consecuencia, perdería energía. En su órbita se mantendría fracciones de segundo por lo tanto ese átomo no sería estable. La materia no podría existir si estuviera formada por átomos así.
Se les considera los padres de la interacción nuclear porque fueron los primeros en descubrir o hablar sobre la fuerza electromagnética, que está estrechamente relacionada con las interacciones nucleares.
Las 4 interacciones fundamentales de la naturaleza son la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear debil.

7.