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Contribución española a la tabla periódica

14 Sábado Nov 2020

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA

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Andrés Manuel del Río, Antonio de Ulloa, Juan José y Fausto Delhuyan, Química española, tabla periódica

Dmitri Mendeléyev publicó en 1869 en su obra “The Principles of Chemistry”  la “tabla periódica”, donde están los elementos conocidos en su época organizados según sus propiedades químicas. (Mendeleev, 1891)

La tabla periódica es una organización de los elementos químicos ordenados en filas y columnas por:

  • Su número atómico (número de protones)
  • Configuración de electrones
  • Propiedades químicas

Con tendencias periódicas, tienen un comportamiento similar los elementos de la misma columna: están distribuidos en 7 filas horizontales llamadas periodos y 18 columnas verticales conocidas como grupos, los elementos que pertenecen al mismo grupo tienen propiedades similares: a medida que avanzamos en el período se va incrementando, el número cuántico n, lo que implica que, se va incrementando la capa electrónica, el último electrón se encuentra cada vez más alejado del núcleo.

Afinidad electrónica: el cambio de energía cuando un átomo neutro atrae un electrón para convertirse en un ion negativo. Los metales serán los que tengan una electroafinidad menor, los cuales se ubican a la izquierda de la tabla periódica, por lo tanto, esta propiedad aumenta a medida que se avanza en el periodo y disminuye a medida que se baja en el grupo

 Electronegatividad: la capacidad de un átomo en una molécula para extraer electrones de enlace a sí mismo. La electronegatividad aumenta a medida que se avanza en un periodo y que disminuye a medida que se baja en un grupo.

La fecha oficial tomada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) como referencia para el aniversario del nacimiento de la tabla periódica es el 1 de marzo de 1869. (IUPAC)




Dmtri Ivánovich Mendeléyev (1834 San Petersburgo), fue un químico ruso, desarrolló la organización de los elementos y predijo las propiedades de los elementos potenciales: estableció la semejanza entre los elementos de un mismo grupo: peso atómico, valencia, dejando huecos para los elementos que todavía no existían como forma de corroborar su “ley de la periodicidad” (Bensaude-Vincent, 2020)

En España se produce una aportación a la tabla periódica en el siglo XVIII con los químicos: Antonio de Ulloa, Juan José y Fausto Delhuyar y Andrés Manuel del Río.

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En el siglo XVIII hay un progreso en la ciencia en la Europa occidental, una “revolución científica”:

  • Aparecen las sociedades científicas: Royal Society, Académice des Sciences.
  • Aparecen las publicaciones científicas periódicas para comunicar los avances científicos.

Antonio de Ulloa, marino y científico sevillano, descubrió en 1748 el platino, se usa como catalizador y en la fabricación de instrumentos de laboratorio, joyas y componentes eléctricos. Este metal ya era conocido por las culturas precolombinas en el Virreinato de Nueva Granada como acompañante del oro, se le llamaba “platina” y era considerado como una impureza del oro. (Solano, 1990)

Juan José y Fausto Delhuyar (1754, 1796) eran químicos de Logroño, en las instalaciones de la Real Sociedad Vascongada de Amigos del País en Vergara, aislaron el Wolframio o Tungsteno en 1783, escaso en la corteza terrestre, que se encuentra en forma de óxidos o sales. Trabajaron con mineral de origen alemán “wolframita. (Yanes, 2019)

Andrés Manuel del Río, químico madrileño, descubrió en 1801 el “eritronio” o Vanadio (Nills Gabriel Sefström), un material dúctil. (Riart)

Bibliografía

Bensaude-Vincent, B. (2020). Dmitri Mendeleev. France: Britannica, Biography & Facts.

https://www.britannica.com/biography/Dmitri-Mendeleev#ref264635

IUPAC. (s.f.). Tabla periódica de los elementos.

Mendeleev, D. I. (1891). The Principles of Chemistry. London: A.J.Greenaway, F.I.C.

Riart, O. P. (s.f.). Andrés Manuel del Río. Biblioteca virtual de polígrafos.

http://www.larramendi.es/vcilustrados/i18n/consulta_aut/registro.do?id=62219

Solano, F. (1990). Don Antonio de Ulloa paradigma del marino científico de la Ilustración Española. Revista de la Universidad de Coimbra, Vol.XXXV-1989-pag.33-345.

Sole, E. P. (1992). La situación de la química española a comienzos del siglo XVIII. Revista de Historia Contemporánea, AYER, Nº 7.

Haz clic para acceder a 7-3-ayer7_LaCienciaEspanaXIX_LopezPineiro.pdf

Yanes, J. (2019). Los hermanos D´Elhuyar y el tungsteno, el único elemento aislado en España. Openming BBVA.

https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/grandes-personajes/los-hermanos-delhuyar-y-el-tungsteno-el-unico-elemento-aislado-en-espana/

Niels Bohr: padre de la química cuántica

10 Sábado Mar 2018

Posted by José Félix Rodríguez Antón in CIENCIA, Química

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cuantización, Einstein, modelo atómico, Niels Bohr, Nobel Prize, onda partícula, química cuántica, tabla periódica

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El cráter lunar Bohr lleva este nombre en su memoria. El elemento químico bohrio se denominó así en su honor, al igual que el asteroide (3948) Bohr descubierto por Poul Jensen.

El “modelo cuántico de Bohr”, fue un enorme avance en la época, porqué demostró que la cuántica podía explicar fenómenos importantes como la composición de la materia en su nivel elemental y la reactividad química. Posteriormente este modelo permitió dar una explicación a los espectros de emisión de rayos X, a la absorción – emisión de luz por los átomos y a la variación de las propiedades químicas de los elementos.

La mecánica clásica, newtoniana, presentaba una descripción objetiva de la realidad, una separación entre objeto y sujeto, en la cuántica la separación se produce de una manera arbitraria, con la introducción del “cuanto de acción” de Planck en los procesos atómicos, se pone en cuestión la concepción determinista de la naturaleza.

El nombre de Bohr va unido a la interpretación de Copenhague, se entiende la interpretación de la mecánica cuántica en la que un sistema puede describirse mediante una “función de onda”. Una posición definida o “espín de la partícula” no se produce hasta que es observada.

Niels Bohr, nace en 1885 en Copenhague, realizó un curso de filosofía en 1903 con el profesor Harald Hoffding, estudió física con Christian Christiansen, se licenció en 1909; tras doctorarse en la Universidad de Copenhague en 1911 pasó un año en Inglaterra de postdoctorado en Cambridge y Manchester teniendo como maestro a Ernest Rutherford. En 1916, Niels Bohr comenzó a ejercer como profesor de física teórica en la Universidad de Copenhague, consiguiendo los fondos para crear el “Instituto Nórdico de Física Teórica”, que dirigió desde 1920 hasta su fallecimiento. En 1943, con la Segunda Guerra Mundial, Bohr escapó a Suecia, viajando posteriormente a Londres. Una vez a salvo, trabajó para el Proyecto Manhattan de los Álamos, Nuevo México (EE.UU.). Después de la guerra, retornó a Copenhague, donde residió hasta su fallecimiento en 1962.

A través de Hoffding, llegó a la filosofía existencialista de Kierkegaard. Filosofía de continuidad en el tiempo en que la discontinuidad se había convertido en una realidad Max Planck, descubrió el “cuanto de acción” en 1900. Hoffding creía que se daban “saltos” en la naturaleza inanimada, así Bohr renunció a las explicaciones causales y defendió cambios espontáneos antes de familiarizarse con el existencialismo de Kierkegaard. A lo largo de la carrera de Bohr se reconcilia la teoría clásica y la teoría cuántica en algo racional.

En la física clásica existe una continuidad hay coordenadas de:
• Espacio
• Tiempo
• Energía
• Momento

En la física cuántica se aceptan como intrínsecas nociones de:
• Indeterminación
• Descripción estadística
• Distribución probabilista

Sus trabajos adquieren una doble importancia en la historia de la física del siglo XX:
a) Primer esbozo de una teoría coherente sobre la constitución del átomo.
b) Se convertía en un avance decisivo de la concepción cuántica al establecer un grado de generalidad.

 

 

“El modelo atómico de Bohr” se basa en tres postulados:

1. Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin radiar energía.
2. No todas las órbitas para el electrón están permitidas, solo se pueden encontrar órbitas cuyo radio cumpla que el “momento angular”, L, del electrón sea un múltiplo entero.
3. El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia entre ambos niveles.

El primer modelo atómico de Bohr, se presentó en 1913, en “On the constitution of atoms and molecules”, aportaba la base teórica para el modelo atómico construido por Rutherford en 1911. Resolvía la constitución del átomo a través de los conceptos cuánticos: los electrones orbitan alrededor de un núcleo central y alcanzan estabilidad: cuantificación del momento angular. El tránsito de los electrones de una órbita a otra viene acompañado de la absorción o emisión de energía en forma de luz, explicando el espectro de emisión del hidrógeno:

 

salto de energia

Un solo electrón de masa “m” viajaba en órbita circular de radio “r”, a una velocidad “v”, en torno a un núcleo dotado de carga positiva. El “momento angular” del electrón sería entonces mxvxr, Bohr propuso que los electrones pudieran ocupar solo órbitas en las que este momento angular presentara ciertos valores fijos: h/2pi, 2h/2pi/, 3h/3pi…h/npi donde “h” es la constante de Planck. Se cuantifica el momento algunar, presenta solo determinados valores, cada uno de los cuales es múltiplo de h/2pi. Bohr suponía que, cuando el átomo emitía o absorbía radiación de frecuencia, el electrón saltaba de una órbita a la siguiente; la energía emitida o absorbida en cada salto era igual a hxv.

Bohr estableció la alianza entre la física clásica y la cuántica, con sus dos principios:
• “Principio de correspondencia” en la obra “On the quantum theory o line-spectra. Part I”, publicado en 1918.
• “Principio de complementariedad” en la obra “Atomic theory and the description o nature”, propone la complementariedad de las representaciones de los sucesos, la teoría cuántica es una generalización racional de la mecánica clásica.

En 1922 Bohr actualizó las tablas periódicas de los elementos propuestas por Bayley y Thomsen en las que se había iniciado una separación entre los grupos principales y secundarios, Bohr alargó el sistema de Thomsen introduciendo un grupo de elementos (periodo 7º) que comenzaba con el Ac como homólogo del La y donde se iniciaba el llenado del orbital 5f. Dejó también 14 espacios para colocar las tierras raras que comenzaban después del U.

 

tabla periodica ok

Propuso un modelo atómico según el cual los electrones se agrupan alrededor del núcleo formando capas concéntricas de modo que cumplen unas condiciones determinadas. Aquellos elementos que pertenecen a un mismo grupo habrían de tener una configuración electrónica similar. Los átomos no son indivisibles sino que están formados por partículas subatómicas con cargas eléctricas y masas características, los átomos tenían concentraciones de masa y espacios vacíos, así Rutherford y Bohr, propusieron los “modelos planetarios” o “nucleares para los átomos”.

Los átomos tienen una parte central llamada “núcleo” en la que reside la casi totalidad de la masa del átomo, el núcleo está cargado positivamente: los protones están en el núcleo del átomo. Los electrones giran alrededor del núcleo. Cada capa tiene una energía distinta, a las capas de Bohr se les llama también “niveles de energía”. Los electrones no pueden tomar cualquier valor de energía se les conoce como “cuantización de la energía”: “el modelo atómico de Bohr” es por tanto un modelo “cuántico”. El estado de menor energía de un átomo sería aquel en el que el valor de las energías de los electrones sumadas nos diera el valor más negativo.

 

 

atomo

Las capas de Bohr se denominan alfabéticamente a partir de la letra K y, de acuerdo con la teoría, no pueden contener cualquier número de electrones:
• CAPA K: 2 electrones
• CAPA L: 8 electrones
• CAPA M: 18 electrones
• CAPA N: 32 electrones

Los átomos son eléctricamente neutros, el número de protones debe ser igual al número de electrones, la distribución electrónica para algunos átomos de acuerdo con el modelo de Bohr nos genera la forma más usada y más conocida de la tabla periódica, la llamada “Tabla periódica Larga” o “Tabla de Bohr” o “Tabla de Bohr y Sommerfeld”.

En 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Concluye que la luz presentaba una dualidad “onda-partícula” mostrando propiedades mutuamente excluyentes según el caso. Su hijo Aage Niels Bohr, obtuvo también el premio Nobel de Física en 1975.

En 1933 Bohr propuso la hipótesis de la “gota liquida”, teoría que permitía explicar las desintegraciones nucleares (entre ellas la fisión del isótopo uranio 235).

Los nuevos conceptos “cuánticos” defendidos por Bohr no eran compartidos por el racionalismo de Einstein, era reacio a interpretaciones de física filosóficas, de donde surgía la nueva mecánica, la materia ordenada surgía del desorden regido por el azar, el comportamiento de la materia depende del hecho de observarla y el concepto del cuanto:
“Dios no juega a los dados con el Universo”, “la Luna aún sigue ahí, aunque no la mire”, “esta espeluznante acción a distancia”.
Einstein decía que el universo material era “local y real”, donde lo local indicaba que nada puede superar la velocidad de la luz. Bohr aludía a la “función de onda” de las partículas subatómicas y al estado de “superposición” que pueden presentar estas. Esto podía ser producto de una de dos alternativas: a) las partículas subatómicas en dos puntos alejados del universo se envían información sobre sus estados a velocidades superiores a la de la luz con lo cual la superposición se explicaría por la presencia de más de un electrón que se comunican en distintos puntos del universo o b) las partículas subatómicas pueden existir en dos o más estados a la vez.

Uno de los más famosos estudiantes de Bohr fue Werner Heisenberg, el líder del proyecto alemán de bomba atómica.
Bohr después de la guerra, se convirtió en un defensor el desarme nuclear. Fue el primero en recibir, en 1958, el premio Átomos para la Paz.
Tiene varios libros interesantes: “Teoría de los espectros y constitución atómica”, “El mecanismo de la fisión nuclear”, “Física atómica y conocimiento humano”.

 

Bibliografía:

• NobelPrize.org Niels Bohr
https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1922/

 

• Roberto Angeloni, Leo S. Olschki, “Unity and continuity in Niels Bohr´s philosophy of physics”, Bibliotea di Nuncius, Florencia, 2013.

 

• Leidys Laura Pérez González, Noel David Pérez Acosta, “El modelo atómico de Bohr y el desarrollo de la nanociencia en el cuidado de la salud”, Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas, Santa Clara, Villa Clara, Cuba; Policlínico “Idalberto Revuelta”, Sagua la Grande, Villa Clara. 2016.

 

• Wikipedia

 

Links relacionados:

 

• Universidad Rice, Relativistic Heavy Ion Physics Group Prof. Wei Li
http://wl33.web.rice.edu/index.html

 

• Universidad Rice; Who knew excited atoms can make like Mars?
http://explore.rice.edu/WhoKnew_Template.aspx?id=5439

 

• Universidad Rice: Physicists create millimeter-sized ‘Bohr atom’
http://news.rice.edu/2008/06/26/physicists-create-millimeter-sized-bohr-atom/

 

• Universidad de Copenhague, Instituto Niels Bohr
http://www.nbi.ku.dk/english/

 

 

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