{"id":260,"date":"2020-10-02T16:27:23","date_gmt":"2020-10-02T16:27:23","guid":{"rendered":"http:\/\/159.203.74.176\/?p=260"},"modified":"2022-08-02T18:40:01","modified_gmt":"2022-08-02T18:40:01","slug":"las-diferentes-caras-del-atomo-nivel-divulgacion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cientificos.pe\/?p=260","title":{"rendered":"El \u00e1tomo, como no te lo ense\u00f1aron en la escuela"},"content":{"rendered":"
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Fuente: https:\/\/www.futura-sciences.com\/sciences\/dossiers\/physique-quest-ce-vide-1506\/page\/3\/<\/figcaption><\/figure>\n

Resumen:<\/strong> Estoy seguro que muchos de nosotros pensamos que el \u00e1tomo se asemeja al sistema planetario, con un n\u00facleo y electrones girando alrededor de \u00e9l. Bueno, en la escuela nos lo ense\u00f1aron as\u00ed y seguramente nunca hemos tenido la oportunidad de cuestionarlo. En realidad este modelo fue solo uno de los muchos modelos at\u00f3micos<\/span><\/span> propuestos a lo largo de la historia. El modelo m\u00e1s\u00a0actual te lo explicaremos en este art\u00edculo, pues es en el que nos basamos para desarrollar nuevas <\/span>tecnolog\u00edas<\/span>.<\/span><\/span><\/span><\/span><\/em><\/span><\/h3>\n

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Ya ha pasado alg\u00fan tiempo desde que termin\u00f3 mi participaci\u00f3n en la elaboraci\u00f3n de un libro de ciencias para ni\u00f1os, una experiencia estupenda que repetir\u00e9 sin duda y a t\u00edtulo personal. Hoy, revisando una revista de ciencias, encontr\u00e9 un art\u00edculo y record\u00e9 casi instant\u00e1neamente lo dif\u00edcil que fue transmitir a los ni\u00f1os aquello que alguna vez estudi\u00e9 en los cursos de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Ese art\u00edculo trataba sobre las diferentes formas de representar el \u00e1tomo, ya sea por los f\u00edsicos, qu\u00edmicos o bi\u00f3logos. En este post tratar\u00e9 de describir al \u00e1tomo, de tal forma que cuando se lo expliquemos a los ni\u00f1os, puedan entenderlo y no perdamos el rigurosidad.<\/p>\n

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Fig. 1. Diferentes modelos at\u00f3micos a lo largo de la historia. (https:\/\/molasaber.org\/2020\/06\/09\/el-atomo-a-lo-largo-de-la-historia\/)<\/figcaption><\/figure>\n

Si escribimos la palabra \u00e1tomo en un buscador de internet, nos daremos cuenta que el dibujo m\u00e1s com\u00fan y corriente para describir un \u00e1tomo es el que se muestra en la parte superior del art\u00edculo (o modelo de Rutherford de 1911 en la Fig.1). Este dibujo representa el n\u00facleo at\u00f3mico y los electrones “orbitando” al fiel estilo de los planetas alrededor del Sol. Esta forma de representar al \u00e1tomo como un sistema planetario es conocido como el modelo de Rutherford y fue formulado en 1911. Si este modelo fue formulado hace tanto tiempo \u00bfpor qu\u00e9 tendr\u00edamos que explic\u00e1rselo a los ni\u00f1os como si fuera el actual?<\/span> En la Fig. 1 podemos observar la evoluci\u00f3n de los \u00a0modelos at\u00f3micos, desde el modelo del \u00e1tomo indivisible formulado por los griegos, pasando por el “pastel de pasas” propuesto por Thomson, hasta llegar a la cuantizaci\u00f3n de los niveles energ\u00e9ticos, conocidas como \u00f3rbitas de los electrones, propuesta por Bohr y la “nube electr\u00f3nica” propuesta por Schrodinger en 1924. Vayamos por partes.<\/p>\n

Estructura<\/strong><\/h3>\n

Es importante explicarles a los ni\u00f1os sobre c\u00f3mo est\u00e1 constituido un \u00e1tomo, y explicarles tambi\u00e9n que la ciencia es din\u00e1mica y avanza cada d\u00eda, por lo que esta podr\u00eda proponernos un nuevo modelo en alg\u00fan momento no muy lejano, no lo sabemos. Empecemos indicando que hay dos regiones bien marcadas en un \u00e1tomo, el n\u00facleo y sus alrededores. El n\u00facleo est\u00e1 constituido por neutrones y protones, ubicados en el centro del \u00e1tomo. Mientras que en los alrededores, en una regi\u00f3n llamada “nube electr\u00f3nica” se encuentran los electrones, los cuales son mucho m\u00e1s livianos que los protones y neutrones. Esta regi\u00f3n vendr\u00eda a ser, en los modelos propuestos por Rutherford y Thomson y Bohr, las \u00f3rbitas. El n\u00facleo se puede dividir, en contra de lo que pensaban los griegos, liberando mucha energ\u00eda. Esta reacci\u00f3n se llama fisi\u00f3n nuclear, utilizada en las bombas at\u00f3micas. Tambi\u00e9n hay que explicarle a los ni\u00f1os que existen part\u00edculas mucho m\u00e1s peque\u00f1as que los electrones, llamadas part\u00edculas sub-at\u00f3micas como los quarks, los neutrinos o el recientemente descubierto Bos\u00f3n de Gibbs. Por lo tanto, si existe algo m\u00e1s peque\u00f1o que el \u00e1tomo (lo siento amigos griegos).<\/p>\n

\"15.
Fig. 2. Regiones en donde podemos encontrar a los electrones seg\u00fan sus n\u00fameros cu\u00e1nticos.<\/figcaption><\/figure>\n

Sigamos adelante. Lo que nos interesa es explicar es que los electrones no se encuentran girando en \u00f3rbitas circulares, que aquello es una representaci\u00f3n. Los electrones se encuentran en regiones con formas caracter\u00edsticas. Estas hermosas regiones, las cuales son mostradas en la Fig. 2, son descritas por funciones (soluciones de ecuaciones), y que un electr\u00f3n se encuentre por all\u00ed (o no) depender\u00e1 de su energ\u00eda. Algo muy importante es que no es posible conocer su posici\u00f3n exacta y su velocidad, siempre tendremos un margen de indeterminaci\u00f3<\/em>n llamado el principio de incertidumbre o de indeterminaci\u00f3n<\/em>. el simple hecho de “mirar” al electr\u00f3n genera que perturbemos el sistema y este ya no seencuentre donde el que hemos visto. Lo \u00fanico que podemos afirmar es que existe la probabilidad de encontrar al electr\u00f3n en alguna regi\u00f3n. La mec\u00e1nica cu\u00e1ntica describe a los electrones como ondas con cierta probabilidad de encontrarse por todos lados. Esta es la raz\u00f3n por la cual el \u00faltimo modelo at\u00f3mico, propuesto en 1930 y que observamos en la Fig. 1 (al final) muestra una nube electr\u00f3nica en lugar de los electrones girando como los modelos anteriores. Pero como mencionamos previamente, la probabilidad de encontrar electrones en\u00a0 ciertas regiones depende de su energ\u00eda. Por ello, las diferentes formas de orbitales acogen diferentes electrones.<\/p>\n

En la Fig. 2 se muestran estas regiones, usando por simplicidad el \u00e1tomo de hidr\u00f3geno pues tiene un solo electr\u00f3n. El color \u00a0morado indica menor probabilidad de encontrar al electr\u00f3n y el color amarillo, una mayor probabilidad de encontrarlo. Si el electr\u00f3n de este \u00e1tomo de hidr\u00f3geno tuviera diferentes energ\u00edas se encontrar\u00eda en diferentes regiones como las descritas. En el caso de \u00e1tomos con m\u00e1s electrones (todos los dem\u00e1s elementos distintos del hidr\u00f3geno) las regiones en las cuales se encuentran tienen otras formas. Los n\u00fameros entre par\u00e9ntesis en la Fig. 2 representan los n\u00fameros cu\u00e1nticos (nivel de energ\u00eda (n), momento angular (l), momento magn\u00e9tico (m) de los electrones). Estos son caracter\u00edsticos de cada electr\u00f3n y definen, mediante una expresi\u00f3n matem\u00e1tica, la regi\u00f3n en la que se encontrar\u00e1n. El \u00faltimo n\u00famero cu\u00e1ntico, el esp\u00edn, no lo tomaremos en cuenta en este art\u00edculo pero si mencionaremos que es el responsable de la espintr\u00f3nica, la base de nuevas tecnolog\u00edas en el almacenamiento y lectura de datos en las computadoras.<\/p>\n

\"SOAR
Fig. 3. Microscopio \u00f3ptico<\/figcaption><\/figure>\n

Ser\u00ed<\/em>a genial que pudi\u00e9ramos ver a los \u00e1tomos y sus nubes electr\u00f3nicas con nuestros ojos, pero esto no es posible. Los objetos que podemos observar a simple vista o con un microscopio \u00f3ptico como el de la Fig. 3 deben tener un tama\u00f1o del orden de la longitud de onda de la luz visible, tan peque\u00f1o como 0.0000001 metros (este n\u00famero con tantos ceros, se escribe mejor as\u00ed: 10-7<\/sup> metros o 100nm, 100 nan\u00f3metros). Es decir, la luz visible (diferentes colores) debe poder ser reflejada por estos objetos. Los \u00e1tomos son mucho m\u00e1s peque\u00f1os, por lo tanto la luz no puede “detectarlos”, digamos que son “invisibles” para la luz. Gracias a la tecnolog\u00eda actual existen instrumentos que nos permiten observarlos. Estos son llamados microscopios electr\u00f3nicos (Fig. 4) pues no utilizan la luz visible sino, por el contrario, utilizan un haz (un rayo) de electrones. La longitud de onda asociada al haz de electrones es m\u00e1s peque\u00f1a que la luz visible, posibilitando de esta forma el detectar objetos mucho m\u00e1s peque\u00f1os. \u00daltimamente, cuando leemos una revista cient\u00edfica, encontramos diferentes formas de representar a los \u00e1tomos, dependiendo de las propiedades que se quieran resaltar. Los cient\u00edficos que estudian las superficies de los materiales para las nuevas tecnolog\u00edas suelen mostrar im\u00e1genes de los microscopios electr\u00f3nicos, como la de la Fig.5, donde se puede observar mont\u00edculos o esferas ordenadas.<\/p>\n

Como hemos visto en este peque\u00f1o art\u00edculo, si bien es cierto, existen varias formas de representar a los \u00e1tomos (por simplicidad), todas \u00e9stas deben incluir una explciacion sobre el marco actual dado por la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, con conceptos de probabilidades, de dualidad ondas-part\u00edcula. Los fundamentos de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica pueden ser explicados a los j\u00f3venes en diferentes niveles, mostrando y se\u00f1alando siempre ejemplos de como la tecnolog\u00eda utiliza mucho de estos conceptos para hacernos la vida mucho m\u00e1s f\u00e1cil, con dispositivos como las pantallas t\u00e1ctiles de los celulares, el blue ray, la memoria de los USB, c\u00e1maras HD muy peque\u00f1as, etc.<\/p>\n

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Fig. 5. Microscopio electronico de barrido (SEM, por sus siglas en ingl\u00e9s)<\/figcaption><\/figure><\/td>\n
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\"TEM
Fig. 5.TEM image and corresponding fast Fourier transform (FFT) of the 7 at.% Cu-doped SnO2 powders. (https:\/\/www.researchgate.net\/publication\/320656884_ Unraveling_the_Origin_of_Magnetism_in_Mesoporous_Cu-Doped_SnO2_Magnetic_Semiconductors\/figures?lo=1)<\/figcaption><\/figure><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

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\"\"Sobre el Autor:<\/h3>\n

Nahuel Monteblanco PhD. en nanof\u00edsica de la Universidad de Grenoble-Alpes en Francia, Egresado de la UNI. Trabaja en la fabricaci\u00f3n y desarrollo de dispositivos espintr\u00f3nicos basados en v\u00e1lvulas de spin y junciones t\u00fanel magn\u00e9ticas, incluidos sensores de campo magn\u00e9tico. Fundador de la plataforma de apoyo a la investigaci\u00f3n cient\u00edfica Cient\u00edficos.pe. Actualmente es investigador en la compa\u00f1ia Spin-Ion Technologies en Paris.<\/p>\n

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Pero ojo, tengamos cuidado pues siempre existe la probabilidad de caer en una orbita circular y explicar las cosas como en el \u00a0siguiente video:<\/p>\n