CARGA ELECTRICA

Los protones y electrones ejercen fuerzas mutuas entre ellos, mas o menos como si existiera una fuerza gravitacional entre ellos, por lo que se ha supuesto que las masas de estas partículas son portadoras de cierta carga eléctrica y que la fuerza de interacción entre ellas es entonces una fuerza eléctrica.

En la práctica estas fuerza eléctricas son de atracción entre partículas de naturaleza diferente (protones y electrones) y de repulsión entre las partículas de la misma naturaleza al igual que los polos de un imán, esto hace pensar en cargas de diferente naturaleza las que han sido convencionalmente denominadas positiva (+) para el protón y negativa (-) para el electrón.

Se ha demostrado además que la magnitud de las cargas de las partículas con independencia de la enorme diferencia de masa son iguales, por lo que el átomo normal (misma cantidad de protones y electrones) es una entidad neutra eléctricamente hablando. Esta carga de las partículas elementales es la menor cantidad de carga eléctrica que puede existir por lo que se ha convenido en denominar carga elemental.

Electrón
Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Forma parte del grupo de los leptones. Fue la primera partícula elemental descubierta. Hacia finales del siglo XIX se dedicó un esfuerzo considerable a investigar las descargas eléctricas en los gases enrarecidos.
En 1895 Jean Perrin, analizando la carga eléctrica de los llamados rayos catódicos (catódico), demostró que transportaban carga negativa. Al poco tiempo, J.J. Thomson llevó a cabo el clásico experimento en el que consiguió determinar la carga específica de las partículas que constituían, según él, los rayos catódicos y que llamó electrones. A partir de la relación carga / masa (e / m) obtenida por Thomson, Millikan, mediante un experimento hecho célebre, pudo medir en el año 1909 la carga del electrón ey la masa m.
El descubrimiento del electrón inició una nueva etapa de la física y corroboró la hipótesis de que el electrón es una partícula elemental del Universo a partir de la cual se forman todos los átomos.
Se ha podido comprobar que la masa del electrón aumenta con la velocidad, de acuerdo con las predicciones de la mecánica relativista. También ha sido verificada la naturaleza ondulatoria del electrón.
La producción de electrones libres por diferentes procedimientos y su comportamiento en medios diversos han encontrado una extraordinaria aplicación práctica y han hecho desarrollar una nueva rama de la física y de la electricidad, la electrónica.
Los valores admitidos de la carga eléctrica y la masa del electrón son e = -1,602 189 2 (46) × 10-19 C, y me = 9,109 354 (47) × 10-31 kg.
Protón
Un protón es una partícula cargada positivamente que se encuentra dentro del núcleo atómico. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.
El protón tiene carga +1 (o, alternativamente, 1,602 x 10-19 culombios), exactamente lo contrario de la carga -1 que contiene el electrón. En masa, sin embargo, no hay competencia - la masa del protón es aproximadamente 1.836 veces mayor que la de un electrón.
El protón tenemos que dejar patente que fue descubierto en los primeros compases del siglo XX por el científico Ernest Rutherford. Concretamente en el año 1918 fue cuando dio a conocer la existencia de ese elemento. No obstante, otras figuras que abordaron dicha temática son J.J. Thompson o Eugene Goldstein.
En el caso del ámbito de la Química hay que subrayar el hecho de que cuando se habla de protón se está haciendo referencia a varios elementos posibles. Por un lado, aquel puede ser el catión de hidrógeno y también puede emplearse como el número atómico de protones que tiene un átomo en cuestión.
Neutrón
Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón. El número de neutrones en un núcleo atómico determina el isótopo de ese elemento. El primer indicio de la existencia del neutrón se produjo en 1930, cuando Walther Bothe y Becker, H. encontró que cuando la radiación alfa cayó sobre elementos como el litio y boro una nueva forma de radiación fue emitido.
Inicialmente, esta radiación se cree que es un tipo de radiación gamma, pero era más penetrante que cualquier radiación gamma conocido. El trabajo realizado por Irene Joliot-Curie y Joliot Frederick en 1932, aunque no refuta la hipótesis de la radiación gamma, no todo lo soporta bien.
En 1932, James Chadwick demostró que estos resultados no pueden ser explicados por los rayos gamma y propone una explicación alternativa de partículas sin carga de aproximadamente el mismo tamaño que un protón. Él fue capaz de verificar experimentalmente esta conjetura y así demostrar que el neutrón existía.
El neutrón está formado por tres quarks, un quark up y dos quarks abajo.
La masa del neutrón es ligeramente mayor que la del protón.
El neutrón no existe fuera largo del núcleo atómico, sólo unos meros 885 segundos (15 minutos) en promedio.
Masa: 1.67492729 × 10-27 kg
Carga: 0
Spin: 1/2
Debido a que el neutrón tiene un espín 1/2, es un fermión.
Positrón o Electrón positivo.
Electrón con carga positiva. La interacción con el electrón puede resultar en la aniquilación de ambos, con lo que se produce un par de fotones cuya energía equivale a la masa del par electrón-positrón. Esta propiedad define al positrón como la antipartícula asociada al electrón.
Es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo que posee su misma masa y carga eléctrica (aunque de diferente signo, ya que es positiva). No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicas como parte de transformaciones nucleares.
El antielectrón es tan estable como el electrón, de hecho es idéntico al electrón en todos sus aspectos, excepto en su carga eléctrica. Su existencia puede ser indefinida. Aunque el promedio de vida es de una millonésima de segundo, hasta que se encuentra con un electrón, durante un momento relampagueante quedaran asociados el electrón y el positrón; ambas partículas giraran en torno a un centro de fuerza común.
Pero la existencia de este sistema, como máximo, durará una diezmillonésima de segundo ya que se combinan el positrón y el electrón. Cuando se combinan las dos partículas opuestas, se produce una neutralización mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia (aniquilamiento mutuo). Pero como se sabe la materia al igual que la energía no puede desaparecer, como resultado de esto queda la energía en forma de radiación gamma. De tal forma como había sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede convertirse en energía, y viceversa.
Cuando en el universo temprano los fotones eran convertidos continuamente en un par de positrones y electrones, y luego estos en fotones.
El positrón al ser una antipartícula correspondiente a un electrón, ya que esto poseen la misma carga eléctrica y la misma masa,(aunque de diferente signo, ya que es positiva), con el signo contrario (positivo).
Este no forma parte de la materia ordinaria, forma parte de la antimateria, a pesar de que se producen en determinados procesos radioactivos, es parte de las transformaciones nucleares.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

La materia consiste de partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo. Hay unas 90 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas llamadas elementos.

Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los elementos en secuencia de acuerdo a sus números atómicos y peso atómico. Hay además 23 elementos hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 113 elementos conocidos hasta la fecha. Estos elementos no pueden cambiarse por procesos químicos. Ellos solo pueden ser cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo pueden ser combinados para producir el incontable número de compuestos con los que tropezamos día a día.
-Estructura del átomo
Un átomo puede ser representado simbólicamente en un modelo que recrea nuestro sistema solar, el cual tiene en el centro el sol y los planetas girando en órbitas alrededor de él.

Este modelo atómico, representado en la figura 1 fue propuesto por el físico Danés, Niels Bohr en 1913. Los mecanismos cuánticos actuales han demostrado que este modelo no es exactamente correcto, pero sigue siendo útil para la visualización de átomo.

El centro del átomo se llama núcleo y está principalmente formado por las partículas llamadas Protones y Neutrones, los que constituyen la mayoría de la masa del átomo. Orbitando alrededor del los núcleos están pequeñas partículas llamadas electrones. Estos electrones tienen una masa muchas veces mas pequeña que el Protón y el Neutrón. Hay otras partículas sub-atómicas estudiadas por los físicos atómicos, pero estas tres son suficientes para nuestro propósito.
Todos los elementos de la tabla periódica están formados por las tres partículas con la sola excepción del Hidrógeno que tiene un núcleo formado por un protón simple, alrededor del cual gira orbitando un electrón. El protón y el neutrón tienen una masa de alrededor de 1840 veces la masa del electrón.
· Número y peso atómicos
Los elementos se identifican por su número y masa atómicos. Normalmente, un átomo tiene igual número de protones en su núcleo que de electrones girando alrededor de él. El número de protones del núcleo constituye el número atómico del elemento. De manera simplificada la masa atómica de un elemento es numéricamente igual al total de partículas mayores (protones y neutrones) en el núcleo.

Uno de los primeros elementos estudiados por los científicos fue el oxígeno. Después de la investigación, en el núcleo del oxígeno se encontraron 8 protones y 8 neutrones, por lo que le fueron asignados 16 como peso atómico y 8 como número atómico.
· Niveles y sub-niveles
Como se muestra en la figura 2 los electrones que giran alrededor del núcleo los hacen agrupados en anillos u órbitas. Esas órbitas se tratan como niveles de energía los que a su vez contienen además sub-niveles. Cada nivel y sub-nivel de energía dependiendo de la distancia al núcleo contiene un cierto número máximo de electrones que no puede excederse. El primer nivel puede tener 2 electrones, el segundo 8 (2 en el primer sub-nivel y 6 en el segundo), el tercero puede contener 18 (2, 6, 10), el cuarto puede contener 32 (2, 6, 10, 14), etc.
El último nivel de energía de un átomo se llama nivel de valencia y puede estar lleno con el número máximo de electrones permitidos o tener electrones en defecto.

Como este último nivel de energía está incompleto puede aceptar o ceder alguno de los electrones a otro átomo de otro elemento que cumpla la misma condición y así formar uniones de átomos diferentes que comparten uno o mas electrones. Este enlace de átomos constituye la base de la comprensión de las reacciones químicas para formar sustancias complejas a partir de elementos simples. Cuando el último nivel está completo el átomo no puede compartir electrones siendo una sustancia muy estable y que no forma compuestos con otros elementos en condiciones normales, estas sustancias son los llamados gases nobles, HelioArgónXenón etc.

OTRAS CONSIDERACIONES

Finalmente hay criterios que no deben tenerse en cuenta. Por ejemplo no es necesario que una teoría científica esté de acuerdo con las ideas de V. I. Lenin, por poner un ejemplo, sin negar en ningún momento la gran importancia de dicha persona (muy representativo fue el caso Lysenko). O tampoco es necesario que esté conforme con respecto a lo que nos dice la Biblia sobre la creación, aunque mucha gente lo crea, sin darse cuenta que dicho "libro sagrado" es una novela.


"La peor clase de teoría, no es una teoría que cometa errores, puesto que de los errores podemos aprender, sino que la peor clase de teoría es una teoría que ni siquiera intenta cometer errores, una teoría preparada para cualquier cosa. Si todo es igual de posible, no hay nada que suscite algún interés especial"

~Frank Wilczek~

-El método científico

La elección no es entre teoría y observaciones, sino entre mejores o peores teorías para explicar las observaciones, los hechos son intocables. Pero esto no quiere decir que las teorías sean humildes sirvientes de las observaciones, de hecho casi todos los científicos están más interesados en las teorías, viéndose los experimentos como unos sirvientes que permiten decidir entre varias teorías. Cuando alguien logra comprender el método científico, entenderá que actualmente no existe otra forma de obtener conocimiento válido sobre el mundo.

Las fases básicas seguidas por los científicos para obtener conocimiento científico son:
1. Observar el entorno y plantear una forma precisa del problema que se va a estudiar; es decir, formular con precisión el problema y plantear hipótesis.

2. Realizar medidas con recogida de datos. Dicho de otra forma, contrastar la hipótesis planteada; es decir,intentar confirmar o rechazar dichas hipótesis de trabajo mediante experiencias. Para la realización de dichas experiencias:
· Se suelen elaborar modelos o formas simplificadas del problema real que ayuden a su comprensión: controlando las variables que intervienen para tratar de averiguar cuáles son importantes en dicho problema y cuáles no; controlando la precisión de los aparatos de medida, etc. Si hay varias variables se controlan todas menos la que queremos estudiar.
· Los resultados: Se anotan y tabulan (se expresan en tablas diseñadas por el que realiza la experiencia).
· Se repiten las medidas
· Se hace un tratamiento estadístico de las medidas realizadas.
· Se realizan gráficas que ayudan a descubrir si los resultados se ajustan a alguna función matemática y, por tanto, nos permitiría prever alguna ley en su comportamiento.
3. Si los resultados confirman las hipótesis o sin confirmarlas obtenemos resultados que se ajustan a algún patrón, podremos formular leyes generales, capaces de explicar todos los problemas similares al estudiado. La obtención de resultados análogos en experimentos idénticos anima al científico a emitir una hipótesis o teoría de supuesta validez general.

El método científico se puede describir mediante las siguientes etapas:
1. Plantear un problema

2. Observar algo

3. Buscar una teoría que lo explique

4. Hacer predicciones en base a esa teoría

5. Comprobar esas predicciones haciendo experimentos u observaciones

6. Si los resultados están de acuerdo con la teoría, volver al cuarto paso, si no, volver al tercero.

ELEGANCIA

Una teoría sobre la naturaleza debe ser bella. Este es otro elemento (llamémosle elegancia o belleza) que ayuda a que una nueva teoría tenga mejor acogida. Los científicos creen que las formas de las leyes de la naturaleza son simples, las teorías físicas más importantes del pasado son muy simples, como F=ma, E=mc2.
Una nueva teoría debe inclinarse por un enunciado universal de sus principios que sea breve y de gran contenido.