Rutherford fue un magnífico científico debido a todas sus aportaciones a la Ciencia, pero es que además fue muy importante ya que intentó acercar la Ciencia al ciudadano medio de su época y formó a muchos otros científicos de la época de la Física.
Que los investigadores científicos formen a los estudiantes es muy necesario. Ellos son los ideales para esta función, pues, probablemente son los que mejor pueden inculcar a los alumnos pasión por la ciencia, y serán capaces de mostrarles cómo investigar, ya que es a lo que se dedican. Como añadido, probablemente los alumnos sientan algún tipo de admiración hacia su profesor si este es conocido o ha hecho algún avance en alguna rama de la ciencia, haciendo que se sientan más interesados por la materia, y así, que progresen más. Como por ejemplo JJ. Thomson que fue profesor de Rutherford, que a su vez fue profesor de Hans Geiger.
En España, como es lógico, los más importantes puestos de profesores en la universidad son para las personas con más mérito. Así, aunque puede que los profesores no hayan hecho algún avance, si son todos competentes y saben mucho de su materia, siendo entonces verdaderos expertos con total capacidad de no solo hacer entender a sus alumnos la materia, sino para hacer que les guste y les apasione.
Hemos podido ver que Rutherford estudió tanto la física como la química, veamos sus diferencias:
La palabra química proviene del árabe que significa tierra, es la ciencia que estudia tanto la composición, la estructura y las propiedades de la materia, así como los cambios que esta experimenta y su relación con la energía.
Mientras que la física estudia la interacción de la materia y la energía, desde sus componentes básicos, que son las partículas elementales. De esta ciencia se estudia las propiedades generales de los cuerpos, las fuerzas que los modifican, la transferencia de la energía y la interacción entre partículas.
Rutherford dijo una vez "toda ciencia, o es Física, o es coleccionismo de sellos". Rutherford al citar esta frase quería decir que todo aquello que no pueda ser explicado mediante la física, no podía ser considerado de verdad ciencia, o como él lo llama coleccionismo de sellos. Rutherford con esta última comparación hace ver que de una forma u otra lo más importante era la física, y que todo lo demás que no estaba relacionado con esta ciencia, no servía para nada o que no era simplemente nada.
Más tarde en 1908 recibió un premio Nobel de Química, al recibirlo dijo "He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como en esta metamorfosis de físico a químico".
Rutherford a lo largo de su vida experimentó muchos cambios pero según él ninguno tan drástico, rápido y repentino como este, cambiarse de una rama de la ciencia a otra. Sabemos que Rutherford se cambiaba mmucho de la quóimica a la física, pero ninguna era del todo decisiva, hasta un momento en su vida, en el que cambió definitivamente de físico a químico, provocando su metamorfosis.
Como hemos dicho anteriormente recibió un premio Nobel de Química, y no de Física ¿Por qué, si él era físico?
La cita anterior lo explica, hizo un cambio en su vida, cambiándose de físico a químico. Recibió este premio por sus numerosas investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas. Apoyándose en la definición anterior de la Química, podemos ver, que esas investigaciones eran de carácter químico antes que de físico.
Nikola Tesla fue uno de los inventores más importantes de la historia, dominó disciplinas como la física, las matemáticas y la electricidad.
Tesla inventó el principio de radar, el microscopio electrónico y el horno de microondas; mostró la primera máquina de control remoto, iniciando la ciencia robótica, además inventó la radio, la bombilla sin filamento, el submarino eléctrico, la lámparo fluorescente, el control remoto y las ondas Tesla.
En relación a la Física, Nikola Tesla investigó sobre la física nuclear e incluso hizo que algunas de las teorías de Einstein quedasen cuestionadas gracias a sus demostraciones. También ideó un sistema de transmisión de electricidad inalámbrico, de modo que la energía podía ser llevada de un lugar a otro mediante ondas.
Tesla tuvo conflictos con algunos científicos de su época. Edison veía como competencia el estudio de Tesla de la corriente alterna ya que le hacía competencia en sus instalaciones de corriente continua que monopolizaban algunas ciudades de Estados Unidos ya desde hacía unos años. Así empezó la "Guerra de las corrientes", Edison denfendía la corriente continua y decía que la corriente alterna era peligrosa y Tesla defendía la corriente alterna, que finalmente se impuso.
Tesla también tuvo disputa con el italiano Marconi ya que en 1909 Marconi ganó el premio Nobel por su aparato de radio pero que utilizaba 17 patentes tecnológicas propiedad de Tesla para transmitir la primera señal de radio que cruzó el Océano Atlántico. En 1943 la Corte Suprema reconoció la prioridad de Tesla sobre la patente de la radio, aunque Nikola Tesla ya había muerto.
¿Qué diferencia la fluorescencia de la fosforescencia?
Generalmente utilizamos los términos “fluorescencia” y “fosforescencia” indeterminadamente, pero, en realidad, estos dos fenómenos tienen varias diferencias. Pese a que ambos ocurren por el mismo proceso, el tiempo es completamente diferente. Mientras que la fluorescencia ocurre en cuestión de nanosegundos, la fosforescencia tarda muchas horas. Ambos absorben la energía y la emiten en forma de radiación, pero la fluorescencia la emite casi inmediatamente después de recibirla, y los objetos fosforescentes son capaces de almacenarla, àra así poder seguir “brillando” incluso horas después de que la fuente de energía se acabe.
La fluorescencia absorbe luz ultravioleta y la emite en algún color “característico) que esté dentro del espectro visible. En ella se cumple siempre la regla de que el total de energía emitida es igual al total de energía absorbida. Tiene varias aplicaciones prácticas, como pueden ser análisis en mineralogía, gemología , sensores químicos (espectroscopia fluorescente), pigmentos y tintas, detectores biológicos y lámparas fluorescentes.
La fosforescencia absorbe la energía, pero almacena una parte, para poder luego emitirla en forma de luz o de otro tipo de radiación electromagnética.
¿Qué son los Rayos X?
Los Rayos X son una radiación electromagnética, invisble, con la capacidad de atravesar cuerpos opacos e imprimir las películas fotográficas. Su longitud de onda está entre 10 y 0,1 nanómetros.
La historia de los rayos X es algo larga. Comienza con los experimentos de cierto científico inglés, William Crookes. Este investigó, en el siglo XIX, los efectos de unos gases al aplicarles cargas de energía en tubos vacios y electrodos para generar corrientes de altos voltajes. Estos tubos recibieron el nombre de “tubos de Crookes”. Al colocarlos cerca de placas fotográficas, generaban en estas algunas imágenes borrosas. Este efecto fue estudiado por Nikola Tesla, en 1887, llegando este a la conclusión de que estas radiaciones eran muy peligrosas para organismos biológicos.
Finalmente, llegamos a Wilhem Conrad Röntgen, que descubrió los Rayos X en 1895, mientras investigaba con estos tubos y la bobina de Ruhmkorff para investigar la fluorescencia violeta que producían los rayos catódicos. Al cubrir el tubo con un cartón negro para eliminar la luz visible, pudo observar un débil resplandor amarillo verdoso que desaparecía al apagar el tubo. Determinó, por lo tanto, que los rayos creaban una radiación muy penetrante. Así, descubrió los hoy muy útiles rayos X, ganando entonces múltiples honores y reconocimientos.
¿Qué es la Radiactividad? ¿Cómo fue descubierta?
La radiactividades un fenómeno físico por el cual los núcleos de algunos elementos químicos, los radiactivos,, emiten radiaciones que tienen varias propiedades, como impresionar placas radiográficas, ionizar gases, producir fluorescencia , atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria.... Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de helio, electrones o positrones, protones y otras.
Este fenómenos fue descubierto de una manera totalmente casual por Becquerel, en 1896. Estaba investigando los fenómenos de fluorescencia y fosforescencia, de los que hemos hablado antes. Para esto, colocaba un cristal de Pechblenda, mineral que contiene uranio, encima de una placa fotográfica envuelta en papel negro, y colocaba todo esto al sol.
Cuando desenvolvía la placa, esta estaba velada, consecuencia que atribuía a la fosforescencia del cristal. Los días siguientes no hubo sol, así que dejó la placa con el cristal en un cajón. Cual sería su sorpresa al descubrir que la placa volvía a estar velada, y esta vez no podía ser a causa de la fosforescencia, ya que no había sido expuesta al sol. Dedujo entonces que tenía que haber otra explicación, que tenía que ser que el uranio emitiera una radiación muy penetrante.
¿Por qué fueron importantes las aportaciones del matrimonio Curie y de Rutherford al trabajo de Becquerel?
Lo que el matrimonio Curie y Rutherford añadieron a este descubrimiento es esencial. Ellos demostraron que el torio, el polonio y el radio también eran radiactivos, y que la radiactividad no era una reacción química, sino una propiedad elemental del átomo. Por último, descubrieron que las radiaciones del fenómeno tenían tres componentes, que fueron bautizadas como alfa, beta y gamma.
¿Qué son las radiaciones alfa, beta y gamma? Ordénalas energéticamente.
Alfa: Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones. Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes, aunque muy ionizantes. Son muy energéticas. Fueron descubiertas por Rutherford, quien hizo pasar partículas alfa a través de un cristal fino y las atrapó en un tubo de descarga. Este tipo de radiación la emiten núcleos de elementos pesados situados al final de la tabla periódica (A >100).
Beta: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando éste se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante, aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo expulsa una partícula beta, su número atómico aumenta o disminuye una unidad (debido al protón ganado o perdido).
Gamma: Se trata de ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlas. Este tipo de emisión acompaña a las radiaciones alfa y beta. Por ser tan penetrante y tan energética, éste es el tipo más peligroso de radiación.
Los rayos gamma tienen más energía que los beta, que, a su vez, tienen más energía que los alfa.
¿Qué es la ley de desintegración atómica?
Ley de la desintegración atómica es una ley formulada por Rutherford, gracias a la cual se puede llegar a conocer la vida media (es el valor medio de duración de los átomos de una sustancia radiactiva) de los átomos. Antes de que Rutherford formulase esta ley, era imposible predecir cuando una átomo se desintegra ya que es un proceso espontáneo. Hay algunos átomos que pueden llegar a vivir solo durante segundos, otros horas mientras que otros millones de años. Se puede llegar a demostrar que cuando hay una gran cantidad de átomos radiactivos, la cantidad de núcleos iniciales disminuye con el tiempo, por lo que se puede llegar a la conclusión de que los núcleos a medida que pasa el tiempo se destruyen. El número de átomos que se desintegran en un tiempo es directamente proporcional al número de átomos existentes en la muestra. Esa constante de proporcionalidad es conocida como la constante de desintegración.
Sirve como método de datación geológica, ya que gracias a esta ley se puede averiguar cuántos años de vida tiene una sustancia. Permite medir el ritmo de desintegración de una sustancia, y con eso calcular su vida media. Además hay algunas sustancias que con el paso del tiempo pasan a ser otras , ya que la desintegración de ciertos núcleos permite su transformación, esto ocurre con el uranio el cual se transforma en plomo tras unos siglos.
El carbono-14 es un isótopo del carbono, es decir un átomo del carbono el cual tiene un número distinto de protones, lo que lo hace radiactivo. Este isotopo del carbono se utiliza para datar la edad de los materiales que contienen carbono, ya que este se desprende continuamente, pero en pequeñísimas cantidades.
¿Para qué sirve el contador Gieger?
El contador Geiger es un instrumento que permite medir de un objeto o un lugar su radiactividad, es decir, es un detector de partículas y de radiaciones ionizantes. Una configuración típica de contador Geiger consiste en un alambre en la línea central de un cilindro. se mantiene un alto voltaje entre el alambre y el cilindro, cuando una partícula de alta energía entre en la cavidad e ioniza unas pocas moléculas de aire, los electrones libres son acelerados fuertemente hacia el alambre. En el proceso, esos electrones ionizan muchas más moléculas de aire, produciendo un pulso de corriente.
En el año 1911 Rutherford junto a Geiger, y Marsden hicieron un experimento en Manchester, cuyos resultados supusieron la rectificación del modelo atómico de Thomson.
Este experimento consistió en bombardear con partículas alfa, que eran núcleos del has helio, una finísima lámina de metal. Los resultados que esperaban era que las partículas alfa atravesasen la lámina sin apenas desviarse, para ellos colocaron detrás y a los lados del choque de la partículas una pantalla fosforescente.
En este experimento las partículas alfa que tenían carga positiva, serían atraídas por las cargas negativas y repelidas por las cargas negativas. Según el modelo atómico de Thomson las cargas positivas y negativas estaban distribuidas uniformemente en el átomo, por lo que la esfera tenía que ser neutra y las partículas pasarían sin desviarse.
Sin embargo, los resultados no acabaron siendo los que pensaban. Si que es verdad que la mayor parte de las partículas atravesaron sin desviación alguna, tal y como dijeron, pero hubo algunas que sufrieron desviaciones grandes y un pequeño número de partículas rebotaron hacia atrás.
Cuando Rutherford experimento con haces de partículas alfa, esto lo hacía utilizando un contenedor de plomo cerrado pero con una pequeña abertura por la cual salían las partículas. Estas partículas primero incidieron en mica, pero a medida que Rutherford aumentaba el número de capas de mica, las partículas alfa quedaban absorbidas. ¿Pero por qué sucedía esto?
La mica estaba hecha de átomos neutros según el punto de vista eléctrico, hacían que las partículas positivas no quedases desviadas. Los átomos neutros podían llegar a chocar con las partículas positivas, pero la probabilidad de que este suceso ocurriese era muy pequeña. Por otro lado cuando estos dos átomos chocasen, la energía desprendida por el alfa era tan grande que provocaría un deterioro del material, descolocando los átomos, y atravesando la mica sin apenas desviarse.
Un dato muy curioso era que con pan de oro y más tarde con pan de platino si funcionaba, estos materiales eran capaces de hacer rebotar alguna alfa a pesar de que estaban formados por los mismos átomos que la mica.
Esto se debía no a la composición de los materiales, ya que como he dicho antes, la mica, el oro y el platino, tenían una composición similar, si no que el hecho de que el experimento funcionase se debía al grosor de estos metales. Los dos últimos el oro y el platino que con ellos se podían hacer láminas muy muy finas. Utilizando como blanco, delgados panes de oro y de platino, impediría que las alfas quedases absorbidas, que no se viera ni hacia delante ni hacia atrás, ni en ningún ángulo.
"Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara".
Esta frase es una similitud con lo que pasa con las partículas alfas. Cuando estas partículas cargadas positivamente son lanzadas contra el metal, tal es su velocidad que las partículas siempre tendrían que atravesar la lamina, al igual que un obús naval atravesaría una hoja de papel. Pero cuando Rutherford hizo este experimento, vio que lo enunciado anteriormente, que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina de papel, pero otras, un número muy pequeño, no lo hacían, sino que rebotaban. AL ver esto Rutherford se quedó tan sorprendido ya que no pensaba que una partícula tan potente, con tanta velocidad no pudiese atravesar el metal.
Para Rutherford, el átomo era una órbita de electrones girando alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva que posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.
Rutherford enunció que los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares y la suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.
El modelo atómico de Rutherford, presentaba dos grandes problemas. Un problema era teórico, según el Electromagnetismo, si un cuerpo cargado (como un electrón lo es) describe órbitas, éste debe perder energía y por lo tanto no se mantiene, sino que caería. Sin embargo sabemos que los átomos son estables por lo que los electrones no caen.
El segundo problema que presentaba, era que con este modelo era imposible explicar que los espectros atómicos fuesen discontinuos, en lugar de continuos.
A Rutherford se le considera el padre de la interacción ya que gracias a sus investigaciones sabemos que por la interacción nuclear fuerte la fuerza hace que los núcleos permanezcan unidos, hay cuatro tipos de interacciones fundamentales que rigen en la actualidad nuestro universo: la interacción gravitatoria, la interacción electromagnética, la interacción nuclear fuerte y la interacción nuclear débil.
La interacción gravitatoria: es la más conocida, origina la aceleración que experimenta un cuerpo físico en las cercanías de un objeto astronómico. La interacción electromagnética:
La interacción nuclear fuerte: es la responsable de mantener unidos a los núcleos en el núcleo atómico, venciendo la repulsión electromagnética entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo y haciendo que los neutrones permanezcan unidos entre sí. La interacción nuclear débil: es la responsable de fenómenos naturales como la desintegración beta. Tiene efectos tanto repulsivos como atractivos, puede ocasionar el cambio de identidad de las partículas involucradas, es decir, una reacción de partículas subatómicas.
La interacción electromagnética: es la interacción entre partículas con carga eléctrica, hay dos tipos: la electrostática, la que actúa sobre cuerpos cargados en reposo respecto al observador, y la magnética, actúa solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador.
