Modelo atómico de RutherfordEl modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911.

El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedian el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

Historia

Antes de que Rutherford propusiera su modelo atómico, los físicos aceptaban que las cargas eléctricas en el átomo tenían una distribución más o menos uniforme. Rutherford trató de ver cómo era la dispersión de las partículas alfa por parte de los átomos de una lámina de oro muy delgada. Los ángulos resultantes de la desviación de las partículas supuestamente aportarían información sobre cómo era la distribución de carga en los átomos. Era de esperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente según el modelo atómico de Thomson, la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayoría de las partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.

Rutherford pensó que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser explicada si se suponía la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el átomo. La mecánica newtoniana en conjunción con la ley de Coulomb predice que el ángulo de deflexión de una partícula alfa relativamente liviana por parte de un átomo de oro más pesado, depende del "parámetro de impacto" o distancia entre la trayectoria de la partícula y el núcleo:1

(1)

Donde:

, siendo la constante dieléctrica del vacío y la carga eléctrica del centro dispersor.

, es la energía cinética inicial de la partícula alfa incidente.

es el parámetro de impacto.

Dado que Rutherford observó una fracción apreciable de partículas "rebotadas" para las cuales el ángulo de deflexión es cercano a χ ≈ π, de la relación inversa a (1):

(2)

se deduce que el parámetro de impacto debe ser bastante menor que el radio atómico. De hecho el parámetro de impacto necesario para obtener una fracción apreciable de partículas "rebotadas" sirvió para hacer una estimación del tamaño del núcleo atómico, que resulta ser unas cien mil veces más pequeño que el diámetro atómico. Este hecho resultó ser la capacidad uniformable sobre la carga positiva de neutrones.

Importancia del modelo y limitaciones

La importancia del modelo de Rutherford residió en proponer por primera vez la existencia de un núcleo en el átomo (término que, paradójicamente, no aparece en sus escritos). Lo que Rutherford consideró esencial, para explicar los resultados experimentales, fue "una concentración de carga" en el centro del átomo, ya que sin ella, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas en dirección casi opuesta a la incidente. Este fue un paso crucial en la comprensión de la materia, ya que implicaba la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga positiva y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del núcleo revelaban que el átomo en su mayor parte estaba vacío.

Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo. Además se abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:

Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones fundamentales.

Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un

tiempo del orden de s, toda la energía del átomo se habría radiado, con la

consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.2 Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.

Según Rutherford, las órbitas de los electrones no están muy bien definidas y forman una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma algo indefinidas. Los resultados de su experimento le permitieron calcular que el radio atómico era diez mil veces mayor que el núcleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un átomo está prácticamente vacío.

Modelos posteriores

El modelo atómico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el de Bohr. Bohr intentó explicar fenomenológicamente que sólo algunas órbitas de los electrones son posibles. Lo cual daría cuenta de los espectros de emisión y absorción de los átomos en forma de bandas discretas.

El modelo de Bohr "resolvía" formalmente el problema, proveniente de la electrodinámica, postulando que sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por la mecánica cuántica según la cual la aceleración promedio del electrón deslocalizado es nula.

Predecesor:Modelo atómico de

Thomson

'Modelo atómico de Rutherford'1911 - 1913

Sucesor:Modelo atómico de Bohr

Métodos de separacion de mezclasMétodos físicos: estos métodos son aquellos en los cuales la mano del hombre no interviene para que estos se produzcan, un caso común es el de sedimentación, si tu depositas una piedra en un liquido el solido rápidamente se sumergiría por el efecto de la gravedad.

Métodos mecánicos: Decantación, se aplica para separar una mezcla de líquidos o un solido insoluble de un liquido, en el caso de un solido se deja depositado por sedimentación en el fondo del recipiente y luego el liquido es retirado lentamente hacia otro recipiente quedando el solido depositado en el fondo del recipiente, ahora bien cuando los líquidos no miscibles estos líquidos al mezclarse tienen la propiedad de ir separándose en el recipiente, al comienzo quedan como un sistema homogéneo pero luego al separarse se puede sacar al liquido que quede en la parte superior, quedando el otro en el recipiente de origen.

Método de Filtración

Filtración: es aplicable para separar un solido insoluble de un liquido se emplea una malla porosa tipo colador, la mezcla se vierte sobre la malla quedando atrapada en ella el solido y en el otro recipiente se depositara el liquido, de ese modo quedan separados los dos componentes.

Para no confundirnos de métodos, las aplicaciones a través de materiales porosos como el papel filtro, algodón o arena se separan el sólido que se encuentra suspendido en un líquido.

De esta manera estos materiales son quienes permiten que  solamente pase el líquido,  reteniendo al sólido.

Evaporación: Aquí un solido soluble y un liquido por medio de temperatura de ebullición la cual evaporara completamente y luego por condensación se recuperara el liquido mientras que el solido quedara a modo de cristales pegado en las paredes del recipiente de donde podría ser recuperado.

Punto de ebullición: cuando un liquido a determinada temperatura se va evaporando. Todos los líquidos presentan diferentes puntos de ebullición.Sublimación: Es para separar una mezcla de dos sólidos con una condición uno de ellos podría sublimarse, a esta mezcla se aplica una cantidad determinada de calor determinada produciendo los gases correspondientes a los elementos, estos vuelven a recuperarse en forma de sólidos al chocar sobre una superficie fría como una porcelana que contenga agua fría, de este modo los gases al condensarse se depositan en la base de la pieza de porcelana en forma de cristales.

Centrifugación: aquí como tantas ocasiones pondremos de ejemplo al talco como solido, para acelerar su sedimentación se aplica una fuerza centrifuga la cual acelera dicha sedimentación, el movimiento gravitacionál circular por su fuerza se logra la separación.

EL AIRE, CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES

El aire es la mezcla de gases invisibles que rodea la tierra y que está dividida en capas que en su conjunto constituyen la atmósfera. Ésta se encuentra sujeta a la tierra por la fuerza de gravedad y en condiciones libres de contaminantes posee la siguiente composición volumétrica aproximada:

Nitrógeno: 78,05%Oxígeno: 20,95%Dióxido de carbono: 0,03%Vapor de agua: variableOtros gases: 0,97%

La proporción entre estos gases se mantiene gracias a su regeneración mediante procesos cíclicos. El nitrógeno, que es el componente principal de las proteínas presentes en todos los seres vivos, se recicla a través de su incorporación a las cadenas alimenticias y su posterior devolución a la atmósfera por los excrementos. El oxígeno, indispensable para la respiración de seres humanos, animales y plantas, es regenerado por la acción de los vegetales a través de la fotosíntesis, que se realiza especialmente en bosques y en el fitoplancton marino. El dióxido de carbono se regenera por la respiración de los seres vivos - que retorna este gas al ambiente -, por volcanismo o por la combustión de sustancias como la madera.

Si bien hay una regeneración constante de estos gases en la atmósfera, lo cual hace pensar que el aire es un recurso inagotable, algunas actividades humanas pueden alterar su composición y afectar su calidad. Por ejemplo, la tala indiscriminada de árboles y la contaminación de los mares, que destruye el plancton, causa una disminución del oxígeno atmosférico. La actividad industrial, por su parte, produce un aumento de dióxido de carbono, alterando el ciclo del carbono - nitrógeno.

Además de contener el oxígeno necesario para la respiración y para la purificación del aire y el agua, la atmósfera retiene el calor y actúa como regulador térmico. Sin ella la temperatura terrestre alcanzaría más de 75°C durante el día y más de 130°C bajo cero en la noche. En la atmósfera se origina el clima, específicamente en la troposfera, que es la capa más cercana a la tierra y la que contiene casi todo el vapor de agua y las nubes. Aquí se producen los fenómenos que determinan el clima global, regional y local y se encuentran la mayoría de los contaminantes generados en el planeta. Más arriba, en la estratosfera, la atmósfera contiene ozono (O3), que es el encargado de absorber la radiación ultravioleta emitida por el sol, que es altamente dañina para los seres vivos.

Además de estas importantes funciones, el aire puede ser una fuente de energía si se utilizan tecnologías renovables como las turbinas de viento, que permiten generar en ciertos lugares con las condiciones adecuadas, energía al mismo o menor costo que la producida por plantas nucleares o que las alimentadas por combustibles fósiles como el carbón.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

Veremos algunas características del agua sobre todo en estado líquido que es importante conocer para explicar lo que ocurre en la contaminación y descontaminación del agua. Entre otras, el agua pura tiene las siguientes características:

Incolora, inodora e insípida.

Densidad: 1 g/cm3 a 4ºC

Punto de fusión: 0ºC

Punto de ebullición: 100 ºC.

Constante dieléctrica: 78,3

pH = 7

Conductividad eléctrica muy baja y Resistividad muy alta.

El agua líquida es incolora, inodora e insípida. En realidad, el agua se considera incolora, pero analizada con un espectrofotómetro se observa una ligera coloración verde azulada. Aunque el azul del mar se debe a reflejos del cielo también contribuye esta propiedad del agua.

El resto de propiedades se pueden comprender a partir de dos de las características de la molécula de agua. Una es como vimos en el post inicial de este blog tiene un carácter dipolar y otra propiedad es la disociación de las moléculas de agua en protones (H+) e hidroxilos (OH- ).

Tanto el punto de fusión como el punto de ebullición son anómalos con respecto a los hidruros de la misma serie del oxígeno debido a su carácter dipolar más acusado que permite que se produzcan enlaces con puentes de hidrógeno. Debido a esto el agua presenta unos puntos de fusión y ebullición más altos que el resto de la serie y se presenta en la tierra en los tres estados (sólido, líquido y vapor).

La constante dieléctrica alta del agua hace que esta tenga gran capacidad de disolución de sustancias polares. Así, con las sustancias cargadas positivamente interactúan las partes negativas de la molécula de agua (zona del oxígeno) y con las sustancias o partes negativas, interactúa la zona positiva del dipolo.

En la gráfica siguiente se representa como el agua disuelve la sal (Cloruro sódico) solvatando los iones Na+ y Cl- y formando una disolución.