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Átomo y núcleo parte 2 - Monografía



 
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Espectroscopia de masas



El tipo de espectroscopia que analiza las muestras mediante la ionización de sus átomos y moléculas, esto es, a través de la pérdida o adquisición de electrones y su posterior separación según su relación masa/carga, recibe el nombre de espectroscopia de masas. Esta técnica analítica, potente y precisa, aporta una excelente información para muestras extremadamente pequeñas y permite obtener no sólo la composición química de la muestra, sino también su composición isotópica, donde un isótopo de un elemento químico es otro elemento cuyos átomos poseen el mismo número de protones y electrones, aunque diferente cantidad de neutrones, con lo cual varía la masa de su núcleo. Al poseer idéntica configuración electrónica, el comportamiento químico de los isótopos de un elemento es el mismo, pero mediante la espectroscopia de masas pueden ser separados. Este método se aplica en biología para aislar isótopos trazadores, y en geología y arqueología para diferenciar los isótopos medidores de la antigüedad de los materiales y rocas minerales.

La ionización de la muestra, requisito previo al análisis por espectroscopia de masas, se realiza mediante bombardeo con electrones energéticos, en caso de gases, o por termoionización o pérdida de electrones bajo la exposición a altas temperaturas, para líquidos y sólidos. En el análisis de moléculas, esta ionización rompe los enlaces químicos que unen sus átomos, por lo que se hace necesario complementar la técnica con un método de análisis químico con el fin de deducir la estructura molecular de las muestras.

En una etapa posterior se aceleran los iones o átomos con un defecto o un exceso de electrones en su estructura en un campo eléctrico y uno magnético posterior en el que, al penetrar con gran velocidad, experimentan una dispersión, según su diferente relación masa/carga, que produce una señal eléctrica indicadora de las cantidades relativas de cada uno de los elementos presentes en la muestra.

Los primeros modelos de analizadores espectroscópicos necesitaban operarios altamente cualificados y con gran experiencia, además de una abundante documentación con la que comparar e interpretar los resultados obtenidos. Con el curso del tiempo, la evolución técnica de los espectrómetros comerciales incorporó microprocesadores que realizan automáticamente la interpretación, con acceso a bancos de datos almacenados en sus memorias, lo que permite incluso realizar tratamientos estadísticos que aportan en pocos instantes valiosas informaciones para el investigador.

c) Gráficar la serie de Balmer y explicar las líneas en el hidrógeno



4837.gif

De esto se deduce que la línea H 4838.gif (de menor energía involucrada) debe corresponder al salto entre las órbitas L y M; la línea H 4839.gif (de mayor energía) al salto entre L y N, etc.

Así pudo Bohr justificar la estructura del átomo del hidrógeno (claro que de un modo elemental), explicando con exactitud la causa que originaba las líneas del espectro


-  En que consiste el efecto fotoeléctrico. Descríbelo.


El efecto fotoeléctrico consiste en la liberación de electrones de un metal, provocada por la incidencia de luz sobre él; por eso se los llama fotoelectrones (photo: luz)

Einstein comprobó que la cantidad de fotoelectrones emitidos por el metal dependía directamente de la intensidad de la luz incidente; a mayor iluminación, mayor cantidad de electrones desprendidos de los átomos del metal.

Sin embargo, al medir la velocidad de estos fotoelectrones se constató que no dependía de la intensidad de luz incidente. Podía irradiarse con luz más intensa (aumentando así la cantidad de fotoelectrones), pero la velocidad seguía siendo la misma.

Esto indicaba claramente que cada electrón era capaz de absorber una cantidad de  energía fija, porque si no fuera así, se producirían fotoelectrones de velocidades muy diferentes con la misma luz incidente, según la cantidad de energía absorbida por cada electrón.

Ya probado el hecho de que la intensidad de luz no influía en la velocidad de los fotoelectrones, se empleo luz de diferentes colores (es decir, utilizando distintas frecuencias de radiación luminosa).

Y entonces si se comprobó la variación de velocidad; frente a una frecuencia determinada (por ejemplo con la luz verde)  todos los fotoelectrones tenían la misma velocidad, pero esta era diferente a la que tenían cuando se usaba, por ejemplo, luz violeta.

En base a la ecuación de Planck, Einstein explico que la energía entregada por la luz a un electrón para provocar su desprendimiento por efecto fotoeléctrico, no era una cantidad cualquiera y al azar, sino exactamente un “paquete de energía” o cuanto de radiación, siendo h.  la energía absorbida por el electrón.

Por tanto la luz se comportaba como si estuviera formada por partículas.

-  Teoría Corpuscular de Newton y Teoría Ondulatoria de Huyguens



Teoría Corpuscular:

“La luz consiste en pequeñisimos corpúsculos que salen del cuerpo luminoso y cruzan el espacio a una velocidad fantástica”. Los corpúsculos chocan contra un espejo y se reflejan en el según las leyes del choque, que se distingue en la mesa de billar.

Teoría Ondulatoria

: “Cada punto alcanzado por un movimiento ondulatorio se convierte a su vez, en un centro productor de ondas”. Cuando una onda llega a un obstáculo interpuesto en su camino, lo rodea parcialmente. La construcción de Huyguens nos muestra que, al pasar, hay un frente de onda que se propaga en la región donde el obstáculo “hace sombra”. Este fenómeno se llama difracción de las ondas.

-  A  que llamas frecuencia umbral.



Desde el punto de vista de la física, el concepto de frecuencia adquiere una especial importancia en el tratamiento de ondas, perturbaciones de tipo energético que se propagan en el espacio con una velocidad determinada. La rapidez de desplazamiento del frente de onda depende directamente de la frecuencia y de la longitud de onda, distancia comprendida entre dos puntos consecutivos con el mismo estado de perturbación.

El llamado espectro de frecuencias, generalmente correspondiente a ondas sonoras o haces de luz emitidos por una fuente, representa la división de una onda compleja en suma de otras más simples, ya que, según estudios teóricos, cualquier función periódica es susceptible de descomposición en la suma de ondas de frecuencia múltiple original. Ello constituye el fundamento de los dispositivos analizadores de frecuencia, empleados para identificar fuentes de transmisión.

El espectro electromagnético abarca desde las radiaciones nucleares y ultravioletas, de baja frecuencia, hasta los rayos infrarrojos y ondas de radio, pasando por toda la gama visible de colores.

Si se hacen mediciones con muchas frecuencias se observan que existe una frecuencia fo que es como un umbral, pues si se ilumina con luz de frecuencia menor que fo la luz es incapaz de arrastrar electrones.


-  Ecuación fotoeléctrica de Einstein



La ecuación fotoeléctrica de Einstein es:



4840.gif
Donde W representa la energía cinética que lleva el electrón desprendido del metal por efecto fotoeléctrico, siendo h 4841.gif  la energía del fotón incidente (cuanto de radiación) absorbido por el electrón.

Como 4841.gifo es la frecuencia umbral del metal irradiado , entonces h o es la energía que hay que gastar para arrancar al electrón del átomo, y esta energía depende de la fuerza de unión del electrón con el átomo.

Resulta inmediato entonces que a mayor frecuencia 4841.gif del fotón incidente, mayor será también la energía W que transportara el fotoelectron (traducida en mayor velocidad de desplazamiento).

Al encontrar esta ecuación, la explicación de Einstein asumió enorme importancia, pues como ya hemos dicho, esto significaba que la energía no era absorbida de a poco por el electrón  (no se transmitía en forma continua) sino bruscamente pues se absorbe un paquete de energía, transportado por el fotón incidente.

-  Estudio de la Radioactividad



Cuando en 1896 Henri Becquerel investigaba en Francia la relación entre la fluorescencia y los rayos X, descubrió accidentalmente que al poner en contacto un compuesto de uranio con una placa fotográfica envuelta en papel negro, se producía el mismo efecto que si la placa estuviera en presencia de rayos X; es decir, el compuesto de uranio emitía una radiación, que se denominó “radiación uránica”, la cual oscurecía la placa fotográfica. El descubrimiento de Becquerel revolucionó la comprensión de la estructura de la materia. Más adelante se encontró que los átomos del uranio se transforman espontáneamente en átomos de otros elementos, y que además esta transición ocurre acompañada de la emisión de una radiación muy energética capaz de oscurecer una placa fotográfica.

Para comprender la naturaleza de este fenómeno, veremos a grandes rasgos la estructura del átomo de un elemento. El átomo está constituido por un núcleo y una nube de electrones que giran alrededor de éste a grandes velocidades. El tamaño del núcleo es muy pequeño comparado con el resto del átomo. Si el átomo fuera del tamaño de una gran plaza, su núcleo tendría el tamaño de una pelota de ping-pong y los electrones serían puntos. A pesar de que el núcleo es muy pequeño, no tiene una estructura simple y en él está localizada casi toda la masa del tomo; el peso del núcleo es aproximadamente cuatro mil veces superior que el de los electrones periféricos.

El núcleo se encuentra formado por neutrones (n), partículas sin carga, y protones (p), partículas de carga eléctrica positiva +1. A los protones y neutrones se les llama nucleones, por ser precisamente la parte fundamental del núcleo, y tienen una masa aproximada de una unidad atómica de masa (1,65 x 10-24 gramos). El núcleo está rodeado de una nube de electrones negativos, o negatrones, cuya carga eléctrica tiene la misma magnitud que la del núcleo. Cada negatrón tiene una carga eléctrica negativa -1 y una masa muy pequeña, 1.840 veces menor que la masa del nucleón (9,1 x 10-28 gramos).

Varios años después de que Becquerel había realizado su experimento, se descubrió que la entonces llamada “radiación uránica” estaba formada principalmente por tres tipos de radiación de origen nuclear; los rayos alfa (a) que fueron identificados posteriormente como núcleos de helio con carga + 2, constituidos por cuatro nucleones (2 protones y 2 neutrones), los rayos beta (b), que son electrones cargados negativamente, y finalmente, los penetrantes rayos gamma (g), o fotones, que son en realidad radiación electromagnética de la misma naturaleza que la luz y los rayos X, pero de longitud de onda mucho menor. Existen también núcleos de otros elementos que emiten electrones de carga eléctrica positiva +1, o positrones (b+).

La radiación observada por Becquerel no podía explicarse por medio de una reacción química. Ahora sabemos que el fenómeno que origina la “radiación uránica” es una transformación de los núcleos del uranio 226 (226U) en núcleos de radón 222 (222Rn). Los números 226 y 222 indican la cantidad de nucleones que tienen estos núcleos. Este cambio se realiza con emisión de partículas alfa de acuerdo con la siguiente reacción:

226U –> 222Rn+4a

Durante los años que siguieron a estos experimentos, la curiosidad respecto a la naturaleza de la radiación emitida por el uranio estimuló muchos estudios e investigaciones que a su vez dieron lugar a nuevos descubrimientos.

Los estudios que en 1898 realizaron Pierre y Marie Curie sobre los minerales de uranio y torio condujeron al descubrimiento de dos elementos: el polonio y el radio. Estos despertaron un gran interés, porque una de sus principales características es que, como el uranio, emiten radiación muy penetrante que ioniza el aire y otros gases.

Gracias a todos estos datos podemos contestar la pregunta:

¿qué es la radiactividad?



Marie Curie llamó “radiactividad” a la propiedad que poseen el radio y otros elementos inestables de emitir radiación espontáneamente al desintegrarse. Ahora sabemos que la radiactividad es la manifestación inmediata de la energía del núcleo del átomo y se vuelve evidente por la emisión espontánea de radiación alfa, beta y gamma. Las técnicas que tuvieron que desarrollar los esposos Curie para manejar el polonio y el radio permitieron el uso práctico de la radiactividad en beneficio de la humanidad.

En Inglaterra también se realizaban experimentos muy importantes. En 1919, Rutherford bombardeó los núcleos de nitrógeno con partículas provenientes de la desintegración radiactiva del polonio. Encontró que las partículas alfa, al chocar con núcleos de nitrógeno, se unen a ellos convirtiéndolos en núcleos de oxígeno. La reacción que ocurre en este experimento se describe de la manera siguiente:

14N + 4a –> 17O + 1p

Rutherford demostró que un elemento químico puede trasformarse en otro con propiedades físicas y químicas diferentes a las del original. Esta idea era inconcebible en los medios científicos a principios de este siglo, ya que se creía en la existencia de un átomo indivisible e indestructible. ¿Cómo podría aceptarse la idea de que la materia se transforma? No obstante, allí estaba la prueba contundente: Rutherford había logrado la transmutación de un elemento en otro y el sueño de los alquimistas se había convertido en realidad. La radiactividad del uranio, torio, radio y polonio se podría explicar ahora como la desintegración del átomo; esto es, la expulsión de una partícula cargada dejando un nuevo elemento más ligero. Con los experimentos de Rutherford nació la idea del núcleo atómico, y con él, el concepto moderno del átomo.

Los elementos se clasifican de ordinario según sus propiedades químicas; si se ordenan de acuerdo con el número de protones en el núcleo, las propiedades químicas se repiten periódicamente y de esa manera se obtiene la llamada tabla periódica de Mendeleev. Ocurre que en el mismo sitio de la tabla periódica quedan clasificados átomos químicamente idénticos pero con núcleos diferentes, y por consiguiente propiedades físicas distintas. Estos átomos se llaman isótopos. Con esto llegamos a una segunda pregunta importante:

¿Qué son los radioisótopos?


Los isótopos de un elemento son los átomos que tienen núcleos con igual número de protones pero diferente número de neutrones. Aunque el peso atómico de los isótopos difiere de uno a otro, todos tienen el mismo comportamiento químico. Por ejemplo, hay varios isótopos de carbono, entre ellos el carbono 12 y el carbono 14 (el número indica la cantidad de nucleones de cada isótopo), cuyos núcleos están formados por 6 protones, pero el número de neutrones es de 6 para el primero y de 8 para el segundo.

Los isótopos inestables de un elemento tienen propiedades radiactivas, es decir, emiten radiaciones espontáneas, y se les llama radioisótopos o isótopos radiactivos. El carbono 12 es un isótopo estable, y en cambio el 14 es radiactivo y se desintegra emitiendo radiación (b-) transformándose en nitrógeno 14, de acuerdo con la siguiente reacción:

14C –> 14N + b-

Veamos ahora las propiedades de las radiaciones emitidas por los radioisótopos. De los tres tipos de radiaciones, (a), (b) y (g), las partículas (a) tienen un bajo poder de penetración, ya que por su masa y carga incluso una hoja de papel puede frenarlas. Las (b) son más penetrantes que las (a) de igual energía. Su poder de penetración es moderado y pueden frenarse con una hoja de aluminio de 1 mm de espesor. En cambio, la radiación (g) con la misma energía atraviesa fácilmente tanto el papel como el milímetro de aluminio y sólo la frena un material que contenga elementos pesados como una placa de 5 cm de plomo.

La rapidez con que se realiza la desintegración radiactiva depende principalmente de la estructura del núcleo inestable. La vida media de un radioisótopo es el tiempo que se requiere para que el número total de núcleos que no se han desintegrado se reduzca a la mitad; las vidas medias de los radioisótopos varían desde fracciones de segundo hasta millones de años. Después de que transcurre la vida media de un radioisótopo, éste sólo tiene la mitad de la radiactividad. El proceso de decaimiento continúa y, después de cuatro vidas medias, solamente queda 6,2% de la radiactividad original.

Por lo general, los átomos radiactivos de un elemento en la naturaleza son poco abundantes, porque se encuentran mezclados con diversos isótopos estables; el potasio 40, isótopo radiactivo, tiene una abundancia relativa en la naturaleza de 0,0118%; el resto del elemento está formado por los isótopos potasio 39 y potasio 41, que son estables y tienen una abundancia de 93,22% y 6,77%, respectivamente.

Hasta ahora sólo se han mencionado 105 radioisótopos naturales. Sin embargo, los radioisótopos también se pueden producir artificialmente.

¿Cómo se producen los radioisótopos artificiales?



En 1934, Frederic e Irene Joliot-Curie descubrieron que al bombardear aluminio con una fuente de partículas (a) se producía una radiación muy penetrante; pero lo curioso era que ésta continuaba aún después de suprimir la fuente emisora de partículas (a). Habían descubierto la radiactividad artificial al producir un radioisótopo del fósforo, 30p, por medio de la siguiente reacción:

27Al + 4a –> 30P + 1n

Este fósforo se desintegra provocando la emisión de positrones de acuerdo con la siguiente reacción:

30P –> 30Si + b+

El descubrimiento de la radiactividad artificial provocó una serie de nuevos logros. Uno de los más importantes fue el de Enrico Fermi, quien concibió la idea de emplear los neutrones como proyectiles para inducir radiactividad. Los neutrones penetran fácilmente en los núcleos de casi todos los elementos y producen así nuevos núcleos, algunos de ellos radiactivos.

Actualmente se pueden producir radioisótopos bombardeando los blancos apropiados con neutrones poco energéticos, de aproximadamente 0,025 eV (un electrón-volt -eV - es la energía adquirida por un electrón cuando se le somete a una diferencia de potencial de un voltio en el vació). Estos neutrones se obtienen fácilmente en un reactor nuclear, como es el TRIGA Mark III instalado en el Centro Nuclear de México. Sin embargo, existen otros radioisótopos ricos en protones, que no pueden producirse por bombardeo con neutrones sino por la acción de partículas cargadas, como protones y de neutrones muy energéticos, que pueden generarse en un ciclotrón o en otro acelerador.

¿Cómo se mide la radiactividad?



Los radioisótopos se pueden detectar gracias a la radiación que emiten; su observación requiere del desarrollo de técnicas que en ocasiones son complicadas. Un ejemplo muy simple de detectores de radiactividad es la placa fotográfica que se ennegrece en mayor o menor grado dependiendo de la intensidad y calidad de la radiación que incide en ella.

También existen detectores de radiactividad más complicados, como el de Geiger, el de centelleo, etcétera, en los que se aprovecha la propiedad que tiene la radiación de ionizar y excitar el medio material por el que atraviesa.

¿Para qué se utiliza la radiactividad?



La utilidad que brindan los radioisótopos depende del tipo de radiación que emiten y de la energía de ésta; hasta ahora, los radioisótopos se han aplicado principalmente como fuentes intensas de energía y trazadores. Ejemplos de sus aplicaciones como fuentes de energía los encontramos en la esterilización de material de polietileno, que no puede ser esterilizado con calor en las radiografías industriales, y en el campo de la medicina nuclear, donde una de las más conocidas es la utilización de la radiación que emite el cobalto 60 para destruir tumores cancerosos. Como ya se mencionó, los radioisótopos de un elemento son idénticos a los isótopos estables del mismo, por lo que, en general, químicamente es imposible diferenciar un átomo radiactivo de otro que no lo es. Debido a esto, se les ha encontrado múltiples aplicaciones como trazadores en la industria, en la medicina, en la agricultura y en varios campos de la investigación científica. Estas aplicaciones se basan en la posibilidad de detectar fácilmente la radiación emitida por una cantidad muy pequeña de un isótopo radiactivo, arrastrado por el isótopo inerte del mismo elemento, permitiendo así fijar la trayectoria de este último en determinado proceso químico, físico o biológico. Una molécula de hemoglobina marcada con un átomo de hierro radiactivo sigue siendo hemoglobina y los procesos orgánicos la afectan de la misma forma que a otra no radiactiva y se puede seguir su comportamiento en el organismo, cualquiera que sea su recorrido por medio de un detector de radiactividad. Un segundo ejemplo es el estudio de la acción de los fertilizantes en las plantas con la ayuda del fósforo 32 radiactivo, que permite identificar la parte de la planta que aprovecha este elemento.

¿Quién maneja la radiactividad?



Las principales diferencias prácticas entre isótopos radiactivos y estables aparecen en los métodos operacionales, esto es, en la forma de manejar y utilizar los radioisótopos y en las propiedades físicas de los mismos. Dichos métodos adquieren mayor importancia mientras mayor sea la radiactividad que se maneja. Debido a la complejidad de estos métodos, el manejo y la utilización de la radiactividad deben llevarlos a cabo químicos, físicos y otros profesionistas adecuadamente capacitados.
Hemos descrito algunas de las aplicaciones de los radioisótopos y hay muchísimas otras muy importantes, desde el punto de vista científico y económico, que por razones de espacio no hemos mencionado. En el futuro, aumentarán en gran medida las sustancias radiactivas que deban manejarse; esto sugiere que un país como México, donde el personal preparado en este campo es muy escaso, debe dedicar una parte importante de sus recursos económicos y humanos para el estudio y desarrollo de las ciencias y las técnicas relacionadas con la radiactividad en sus diferentes usos y aplicaciones.

-  Tres formas de emisión radioactiva



Existen tres formas de emisión radioactiva: las partículas 4838.gif , que son núcleos de helio y están formadas por dos protones y dos neutrones, agrupación muy estable que es emitida desde el núcleo a muy alta velocidad; las partículas 4839.gif formadas por electrones de velocidades próximas a la de la luz, y los rayos   4842.gif  que son ondas electromagnéticas de elevada energía.

Las partículas 4838.gif son las menos penetrantes de los tres tipos de radiación, y normalmente no llegan a atravesar una hoja de papel. Pero son altamente ionizantes, debido a su doble carga positiva.

Las partículas 4839.gif (electrones) sufren una enorme cantidad de desviaciones al atravesar la materia, por su masa casi despreciable y la elevada densidad de cargas negativas con las que se enfrentan. También tienen baja penetración.

Los rayos 4842.gifen cambio, son muy penetrantes ya que se trata de radiación electromagnética de alta energía,  y atraviesan totalmente el cuerpo humano. En ciertos casos llegan a ser mortales, tienen la propiedad de destruir células cancerosas.

-  Estudio de la cámara de niebla



Este instrumento, de enorme valía para los estudios de los físicos llevaban a cabo en las investigaciones atómicas, fue creado por Wilson en 1911, por lo que también se los conoce como cámara de Wilson; su importancia estriba en que con él pueden detectarse en forma visual las partículas cargadas eléctricamente (así como el contador Geiger permite detectar radiaciones mediante sonido).

La cámara de niebla es un recipiente con agua, y parte de ella se hace evaporar bajo control de temperatura, hasta que el aire dentro de la cámara queda saturado con vapor de agua.

Luego se provoca un brusco enfriamiento, con los cual el vapor condensa en gotitas microscópicas que constituyen una densa niebla en toda la cámara.

Si en el interior de la cámara existen partículas de polvo, o incluso partículas mucho más pequeñas como las atómicas (pero con carga eléctrica), la niebla empieza a formarse primero en esos puntos, pues actúan como centros de nucleación (algo semejante sucede cuando se inicia la ebullición de un líquido).

Por lo tanto, el procedimiento consiste en producir el enfriamiento brusco, y antes que se forme la niebla general (que no dejaría ver lo que ocurre en el interior) se hace penetrar en la cámara el haz que se quiere estudiar.

Este haz ioniza a los átomos sobre los que incide, y entonces los iones formados actúan como centros de nucleación debido a su carga eléctrica. Como resultado, aparece una estela de niebla que coincide exactamente con la trayectoria seguida por el haz; fotografiando esta franja de niebla, queda registrado el trazo seguido por el haz dentro de la cámara.

De esta forma indirecta, puede visualizares el camino seguido por un haz de partículas 4838.gif4839.gif , o por una radiación de alta energía como los rayos 4842.gif

-  Ecuaciones Nucleares. Explicar



La física moderna emplea cierto tipo de ecuaciones para describir los procesos de transformación que ocurren en el interior de los núcleos atómicos.

Junto al símbolo del elemento químico que se transforma por radiactividad (se dice que se desintegra), se escriben dos números que son fundamentales: abajo y a la izquierda, el número atómico Z (cantidad de protones), arriba a la derecha, el número másico A (suma de protones y neutrones nucleares).

Por otra parte, y como sucede en una ecuación química común, los dos miembros de la ecuación nuclear deben estar igualados; sin embargo, en las reacciones químicas comunes la igualación involucra solamente las masas, que deben mantenerse constantes según el Principio de Conservación de la Masa.

En cambio, en las reacciones nucleares pueden modificarse las masas, las cargas y la energía, de tal forma que deben tenerse en cuenta los tres principios de conservación: el de la masa, el de la carga y el de la energía.

Así por ejemplo, el elemento radio se transforma espontáneamente en el gas inerte radón, emitiendo una partícula 4838.gif ; esta reacción nuclear de desintegración espontanea queda representada por la ecuación:

4843.gif

lo que significa que un átomo de radio, con 88 protones e inestable, expulsa de su núcleo una partícula 4838.gif  (con lo cual se van del átomo dos protones y dos neutrones) y el radio se ha transmutado en radón , que es el elemento 86, ya que sus átomos tienen 86 protones (*).

Un ejemplo de desintegración por emisión 4839.gif  es la de uno de los isótopos radioactivos del uranio, el U239, que se transforma en el elemento neptunio:

4844.gif

En este caso la masa no altera , porque las 239 partículas nucleares siguen formando parte del nuevo átomo. Solo se modifica la carga eléctrica, debido a que un neutrón se ha transformado en protón dentro del núcleo (esto es típico de la emisión 4839.gif)lo que se puede escribir como:

4845.gif

Y el electrón formado es expulsado instantáneamente del núcleo, ya que no puede permanecer allí por razones claramente explicables mediante la Mecánica Cuántica.

El cumplimiento de la conservación de la energía no se advierte en la ecuación misma, pero si en las comprobaciones experimentales.

Cuando esto no se verifica directamente, es preciso postular la existencia de una partícula muy dificil de detectar, porque no tiene masa ni carga eléctrica, pero cuya realidad no ha sido probada hace más de 20 años; el “Neutrino”, que debe su nombre al eminente físico Enrico Fermi (en italiano, neutrino significa “Neutroncito”).

Este es el responsable de la energía faltante, en general cuando se emite una partícula (IMAGEN 4839) de modo que la ecuación de desintegración para el U 239 debe escribirse, con mayor rigor, en la forma:

4846.gif

donde el símbolo 48411.gif identifica al neutrino.

Por lo tanto la conversión de un neutrón en protón responde, en realidad, a la ecuación:

4847.gif
Y este neutrino es expulsado del núcleo del U239, al transmutarse en neptunio

-  Semiconductores



La invención de los semiconductores en la primera mitad del siglo XX abrió en la
técnica industrial la fase de la miniaturización que permitió reproducir los aparatos eléctricos de grandes dimensiones en reducidos dispositivos electrónicos.

Los semiconductores son materiales con una capacidad de conducción intermedia entre los conductores y los aisladores de la electricidad.

La existencia del fenómeno de la semiconductividad se explica mediante consideraciones de la física cuántica. Los electrones, partículas elementales de signo eléctrico negativo responsables de la conductividad eléctrica, se encuentran en las sustancias semiconductoras en dos estados posibles de energía: a temperaturas bajas, se distribuyen en las llamadas bandas de valencia, en las que se hallan fuertemente ligados a los átomos y observan un comportamiento aislador; al incrementar la temperatura, algunos electrones alcanzan la denominada banda de conductividad, en la que conducen la electricidad. Entre ambas bandas existe un intervalo de energías prohibido para los estados electrónicos que actúa como filtro de valencias; de esta manera, los materiales semiconductores desempeñan funciones idénticas a las lámparas triodo utilizadas en los aparatos de radio, selectores de corriente en función de la temperatura.

Los elementos naturalmente semiconductores son el silicio y el germanio, además de otros que presentan propiedades similares de menor intensidad como el galio, el indio, el selenio, etc.

Los electrones de la banda de conductividad se denominan portadores n, y los de la banda de valencia, de tipo p. La unión de semiconductores p-n constituye un diodo, mientras que el modelo p-n-p forma un triodo base en la fabricación de transistores que, debida a los estadounidenses John Bardeen y Walter Brattain en 1948, revolucionó la tecnología electrónica.

-  Transistores



Son elementos de circuitos basados en semiconductores, que permiten amplificar la corriente, y su empleo es ya muy conocido en radios, televisores y muchos otros equipos (circuitos transistorizados).

La ventaja del Transistor sobre las antiguas válvulas es que no requiere tiempo de calentamiento para entrar en régimen de funcionamiento (por eso estos circuitos son de encendido “instantáneo”), y además ocupan un espacio mucho menor y tienen larga duración.

En el mundo moderno de la electrónica, El transistor es un elemento impresindible como componente de un circuito.

Autor:

David Leguizamon





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