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Acelerador de partículas

Como su nombre sugiere, los aceleradores de partículas son dispositivos diseñados para dotar a partículas subatómicas de velocidades muy altas, cercanas a la de la luz. Al ser tan grandes estas velocidades, la energía cinética de dichas partículas alcanza valores extremadamente elevados, lo que las hace útiles para colisiones con otras partículas o también con átomos. Los aceleradores de partículas se dirigen fundamentalmente a la investigación, en particular en el campo de la física teórica y de partículas. No obstante, sus aplicaciones derivadas son innumerables, desde la medicina hasta la obtención de energía, pasando por la desactivación de residuos nucleares y por su empleo con fines ecológicos. En lo referente a la energía, estos dispositivos se están utilizando en las investigaciones que se llevan a cabo para lograr energía de fusión controlable (de forma incontrolada, esta energía se usa en armamento nuclear). Para ello, los aceleradores producen haces de partículas con...

Antimateria

Hacia 1920, el alemán Edwin Schrödinger planteó una ley de la mecánica cuántica conocida como ecuación de onda. En su formulación permitía describir el estado de los electrones dentro de los átomos, estableciendo de manera matemática los números cuánticos n, l y m como necesarios para establecer las soluciones de dicha ecuación. Sin embargo, esta ecuación de onda no cumplía con las condiciones que exigía la teoría de la relatividad especial. Poco después, Paul Dirac halló la manera de obviar esta dificultad inspirándose en el concepto de espín. De esta manera, en 1928 propuso la ecuación que lleva su nombre, modificación de la de Schrödinger, en la que se observaba que para cada partícula había dos soluciones. Este hecho fue interpretado afirmando que para cada solución existían dos partículas, en lugar de una. Cada una de las partículas teóricas obtenidas en la ecuación de Dirac tendría la misma masa que su compañera. Sin embargo, la carga, aunque cuantitativamente igual, tendría...

Composición centesimal

Expresión de los porcentajes en que intervienen los diferentes componentes de una sustancia. Se determina mediante sencillos cálculos, siempre que se conozca la masa atómica de los elementos presentes en el compuesto que se considera. El porcentaje en masa de un elemento en un compuesto viene determinado por la siguiente fórmula:. . Hallar la composición centesimal del sulfato cálcico. Masas atómicas: Ca = 40; S = 32; O = 16. Solución. El valor de un mol de CaSO4 es:. 40 + 32 + 4.16 = 136 g. Como puede observarse por la fórmula, en cada mol de sulfato cálcico (136 g) hay un átomo de calcio (40 g), luego podemos establecer la siguiente relación:. Si en 136 g  de CaSO4               hay                    40 g de Ca. en  100 g  de CaSO4                         habrá                    x g de Ca. De donde:. x = 29,41%. Del mismo modo, en un mol de sulfato de calcio (136 g) hay un átomo de azufre (32 g), luego:. Si en 136 g de CaSO4            ...

Densidad

Masa de una sustancia (M) por unidad de volumen (V) de la misma. Su expresión matemática es:. En el Sistema Internacional, la unidad de densidad es el kg/m3, aunque, en la práctica, es muy usado el g/l e, incluso, el g/cm3. Realmente cualquier medida que emplee cualquier unidad de masa por cualquier unidad de volumen puede usarse para expresar la densidad. La densidad es una magnitud escalar y, como se deduce de su definición, no es un valor constante en cada cuerpo, al contrario de lo que sucede con otras medidas (como, por ejemplo los puntos de fusión o de ebullición), sino que varía en función de su volumen, que a su vez depende de la temperatura a la que se halle el cuerpo. La densidad del agua a 4 ºC se considera la unidad. Este valor permite establecer el concepto de densidad relativa de una sustancia con respecto al agua, la cual se define como el cociente entre la masa de un determinado volumen de ella y la masa de un volumen igual de agua a 4 ºC o a la misma temperatura...

Densidad gaseosa

Masa que posee un gas por unidad de volumen. Así, si una masa, M, de un determinado gas ocupa un volumen, V, su densidad, D, vendría expresada por:. De esta expresión se deduce que las unidades en que se mide la densidad serán siempre unidades de masa, divididas por unidades de volumen. En el Sistema Internacional, la unidad correspondiente sería el kg/m3 , aunque, en la práctica, los g/cm3 son una unidad habitual. Debe observarse que en la definición de densidad interviene el volumen que ocupe la masa del cuerpo considerado y, como se sabe, dicho volumen es función de la temperatura, ya que, en general, los cuerpos, por la acción del calor, se dilatan y por la del frío, es decir por la ausencia o disminución del calor, se contraen. En el caso de los gases, en la cuantía de su volumen, además de la temperatura, también influye la presión, la cual puede hacer que dicho volumen, según explica la ley de Boyle-Mariotte, aumente o disminuya. Teniendo en cuenta estas variables la...

Electrón

Partícula cargada negativamente que, junto a protones y neutrones, se halla en el interior de los átomos. La primera determinación que se hizo sobre las características de dichas partículas fue el cálculo de la relación carga - masa, la cual fue hallada por el inglés Joseph Thomson, en sus investigaciones sobre rayos catódicos. Cuando se realiza una descarga eléctrica a través de un gas enrarecido (en cantidades escasas y a baja presión), encerrado en un tubo provisto de electrodos y conectado a una bomba de vacío, pueden observarse unas luminosidades emitidas por cátodo y ánodo, separadas por dos espacios oscuros, denominados respectivamente de Crookes y Faraday, que no son sino expresiones de una luminosidad negativa, y una llamada columna estriada. Si se va disminuyendo progresivamente la presión del gas, los espacios oscuros se van agrandando y el extremo del tubo enfrentado al cátodo emite una fluorescencia verdosa, provocada por una emisión procedente del cátodo, que recibe...

Electrón-voltio

Unidad de energía que posee un electrón cuando es sometido a la tensión de un voltio. Es ammpliamente utilizada en fisicoquímica y se representa mediante el símbolo eV. El trabajo y, por consiguiente, la energía de una carga eléctrica, q, sometida a una tensión, V, es:. Dado que la carga de un electrón es 1,6 . 10-19 C, el valor en julios, unidad de energía en el Sistema Internacional, de un electrón-voltio (o electronvoltio) es;. En el sistema CGS (cegesimal), en el que la unidad de energía es el ergio, el valor del electronvoltio es:. En la práctica, es muy empleado un múltiplo del electronvoltio, el mega electrón voltio, MeV, cuya equivalencia es:.

Energía radiante

Energía emitida por un cuerpo cuando se calienta, propagándose en forma de ondas electromagnéticas sin necesidad de soporte material alguno. Esta energía también recibe el nombre de radiación. Para una determinada sustancia, la radiación emitida por unidad de superficie y de tiempo es función de la temperatura a que se halle dicho cuerpo. Si se representan en unos ejes de coordenadas las longitudes de onda, en abscisas, y la cantidad de energía emitida por unidad de tiempo y por unidad de longitud de onda, se obtiene una serie de gráficas correspondientes a cada valor de la temperatura. En cada una de ellas, la energía emitida se compone de un conjunto de ondas electromagnéticas de diferentes longitudes de onda y su cuantía por unidad de tiempo, a su correspondiente temperatura, puede ser determinada, mediante el cálculo integral, hallando la superficie que encierra con el eje de abscisas. La representación gráfica mencionada nos permite observar que, si la temperatura aumenta,...

Equivalente gramo

Masa de un elemento que se combina o reemplaza a 8,000 partes de oxígeno o a 1,008 partes de hidrógeno. También se denomina peso equivalente, equivalente químico o, simplemente, equivalente. El número 1,008 corresponde a la masa atómica del hidrógeno, por lo que, si se trata de sustituir a este elemento, su peso equivalente es el que corresponde a la masa de un átomo, aunque esto no siempre es así. Efectivamente, hay elementos que se pueden combinar con más de un átomo de hidrógeno. Por ejemplo, el azufre puede combinarse con dos átomos de hidrógeno para formar SH2. Esta situación se clarifica si acudimos al concepto de valencia de un elemento, entendiendo por tal el número de átomos de hidrógeno que se combinan con dicho elemento. De esta manera, y de forma general, el peso equivalente de un elemento es:. Al valor del peso equivalente de un elemento, expresado en gramos, se llama equivalente gramo de dicho elemento. De la misma forma, puede definirse el peso equivalente de...

Escala internacional de temperaturas

Definida por el Comité Internacional de Pesas y Medidas en su IX Conferencia General, celebrada en 1948, la escala internacional de temperaturas es un conjunto de temperaturas fijas de equilibrio, a partir de las cuales se pueden definir los valores térmicos. El objetivo de su definición fue poner término a la diversidad de escalas usadas en los distintos países y culturas para medir la temperatura, lo cual complicaba la comunicación y el intercambio de los resultados de las investigaciones. En esencia, la escala internacional de temperaturas toma quince sustancias puras y determina con gran precisión la temperatura de 17 estados de equilibrio, entre los que destacan los siguientes:. Temperatura de equilibrio entre:. (a 1 atm de presión). Temperatura en ºC. Oxígeno líquido y su vapor. (punto de oxígeno). -182,97. Hielo y agua saturada de aire. (punto de hielo). 0,00. Agua líquida y su vapor. (punto de vapor, punto fijo fundamental). 100,00. Azufre líquido y su vapor. ...

Espectrógrafo

Aparato capaz de expresar en forma de gráfica una onda, obteniéndose de este modo un espectrograma o espectro. La unidad energética luminosa, el cuanto de luz, es el fotón, el cual posee una energía, E, que es directamente proporcional a la frecuencia de la radiación, n, e inversamente proporcional a la longitud de onda de la misma, l. Es decir:. donde h es la constante de Planck y c la velocidad de la luz. Cuando un electrón salta de una órbita a otra más externa se produce una absorción de energía y cuando recorre el camino inverso, un desprendimiento. Si se analiza la frecuencia o longitud de onda de los fotones así emitidos, puede obtenerse una importante información sobre el átomo que se esté considerando. Este es el fundamento de la espectroscopía. El registro de esta onda se hace con cuatro tipos de aparatos: espectrómetros, espectrógrafos, espectroscopios y espectrofotómetros. Todos ellos se diferencian en su función y en su constitución. Los espectrómetros, entre los...

Fórmulas moleculares y empíricas

Expresión simplificada que indica el número relativo de átomos de cada clase que contiene una sustancia obtenida de manera experimental. La fórmula empírica hasta aquí definida se convierte en molecular cuando además se expresa la correcta proporción en que éstos se hallan en una molécula del compuesto. En ocasiones, ambas expresiones pueden coincidir, pero en otras ocasiones, esto no sucede. Para poder hallar la fórmula molecular de un cuerpo, es preciso conocer, en primer término, la fórmula empírica de la sustancia y, además, la masa molecular de la misma, ya que dicha masa molecular siempre es un múltiplo de la masa determinada por la fórmula empírica. Es decir que:. Masa obtenida por la fórmula molecular = n . (Masa obtenida por la fórmula empírica). Lo que significa que si la fórmula empírica de un compuesto es AxByCz, su fórmula molecular es algún múltiplo entero (AxByCz)n. En definitiva, la fórmula de un elemento nos brinda una doble información sobre el mismo, ya que...

Interacciones fundamentales de la materia

Conjunto de fuerzas fundamentales que rigen las relaciones entre las partículas constituyentes de la materia del universo. El conjunto de fenómenos que afectan a la materia del universo se rige en función de una serie de interacciones entre las partículas que lo conforman. Así, la atracción del Sol a los planetas que da lugar a su órbita o la simple caída de un objeto se regulan mediante la interacción gravitatoria, mientras que la luz visible, que impresiona la retina y permite la formación de imágenes en el cerebro, pone en juego interacciones de naturaleza electromagnética. Los estudiosos de la materia han elaborado una lista de los tipos de fuerza existentes en ella. Dichas fuerzas o acciones, actualmente reducidas a cuatro, son:. Interacción gravitatoria. Es la fuerza de atracción que experimentan dos objetos con masa, que en el lenguaje común suele asociarse a la noción de peso. Se trata de la fuerza responsable de los movimientos de todo el universo –planetas, satélites...

Ley de Moseley

Ley que establece que las frecuencias de los rayos X emitidos por los elementos son función de sus números atómicos. Fue enunciada en 1913 por Henry Gwyn Jeffreys Moseley y permitió obtener el Sistema Periódico actual. En 1895, el alemán Wilhelm Konrad Roentgen detectó, trabajando con tubos de rayos catódicos, que en la zona opuesta al cátodo aparecían unas radiaciones capaces de impresionar unas películas de platinocianuro de bario, de atravesar cuerpos opacos, de ennegrecer placas fotográficas y de ionizar gases. Roentgen estudió estas radiaciones a fin de desentrañar su naturaleza. Dado que no eran desviadas por campos eléctricos ni magnéticos, hubo que descartar que se compusieran de corpúsculos eléctricos, por lo que sólo cabía atribuirles naturaleza ondulatoria, aunque este extremo no se pudo comprobar. Por ese motivo, el científico alemán, al no poder determinar su naturaleza, denominó a dichas radiaciones como rayos X, letra empleada para designar incógnitas. La producción...

Masa

Magnitud que expresa la cantidad de materia contenida en un cuerpo. La unidad de masa en el Sistema Internacional es el kilogramo (kg), que se define como la masa de un bloque de aleación de platino e iridio que se conserva en Versalles (Francia). En el sistema CGS (cegesimal), la unidad es el gramo, el cual es la milésima parte del kilogramo patrón. La Física, tradicionalmente, ha definido la masa de dos modos, apoyándose en consecuencias de ésta: la masa inerte y la masa pesante o gravitatoria. Se llama inercia a la tendencia de los cuerpos a no cambiar de velocidad. Según la segunda ley de la Mecánica Clásica, cuando sobre un cuerpo se aplica una fuerza, F, aparece una aceleración, a, colineal con dicha fuerza y de su mismo sentido, tal que, llamando m a la masa del cuerpo, es:. De las igualdades anteriores se deduce que si una fuerza F origina una aceleración a, otra fuerza 2F causaría una aceleración 2a. Es decir, las fuerzas aplicadas a un cuerpo son proporcionales a las...

Materia

Todo aquello que posee un volumen y una masa. La materia está constituida por átomos de una misma clase (cuerpos simples) o de varios tipos (cuerpos compuestos), ligados entre sí por unas fuerzas, llamadas enlaces, y constituyendo así moléculas. A su vez, las moléculas se atraen entre ellas por unas fuerzas, denominadas de cohesión. Todas las sustancias materiales se presentan en condiciones ambientales en estado sólido, líquido o gaseoso, si bien algunas sólo son posibles en un estado determinado. Las mencionadas fuerzas de cohesión son especialmente potentes en los sólidos, más débiles en los líquidos y aún menos intensas en los gases. En condiciones especiales, la materia puede presentarse en estado de plasma o formando condensados de Bose-Einstein. Se llaman propiedades generales de la materia aquellas que son poseídas por cualquier clase de sustancia. Son propiedades a destacar:. Extensión. Es la propiedad que tiene todo cuerpo de ocupar un lugar en el espacio. Dicho lugar...

Mezclas y combinaciones

Combinaciones de dos o más sustancias. Una mezcla es la unión de varias sustancias sin que existan interacciones entre ellas que conduzcan a la formación de especies nuevas. Un ejemplo de ello puede ser la disolución de azúcar en agua, tras la cual continúan las sustancias asociadas, sin que se haya generado ninguna otra a partir de ellas. Las mezclas de sólidos en sólidos y de gases en gases pueden verificarse en cualquier proporción. Sin embargo, con los líquidos no sucede así, pudiéndose dar dos casos: que sean miscibles o inmiscibles. Los líquidos miscibles, como el agua y el alcohol, se unen entre sí en todas las proporciones, formando disoluciones. Los inmiscibles, como, por ejemplo, el agua y el aceite, se distribuyen en fases distinguibles a simple vista. Por agitación, se puede lograr una fragmentación del aceite, apareciendo así una emulsión, pero basta dejar ésta en reposo para que las gotas de aceite se reúnan y se regrese a la situación de partida. Así pues, en una...

Modelo atómico de Bohr

Propuesta teórica desarrollada por el físico danés Niels Bohr en 1913 y que solventaba los problemas planteados el modelo atómico de Rutherford, el cual no explicaba adecuadamente la formación de los espectros atómicos y como contradecía las leyes del electromagnetismo de Maxwell. Las objeciones a la estructura atómica planteadas por Rutherford fueron salvadas por Bohr recurriendo a la teoría cuántica, que había sido formulada por el alemán Max Planck. El físico alemán Max Planck determinó que la radiación no es emitida ni absorbida de forma continua, sino únicamente en momentos y cantidades determinados, establecidos por los cuantos o fotones, que sólo se emiten o absorben en números enteros. El cuanto es, pues, la cantidad mínima de energía y su valor corresponde a:. siendo e la energía del fotón, h la constante de Planck, cuyo valor es 6,626 ergios por segundo o 6,626 · 10–34 julios por segundo, y v la frecuencia de la radiación electromagnética. El científico danés propuso...

Modelo atómico de Rutherford

Propuesta teórica desarrollada por el británico Ernest Rutherford en 1911 con la que trataba de explicar la composición interna del átomo. La gran aportación del modelo atómico propuesto por el británico Ernest Rutherford en 1911 fue la determinación de que el átomo poseía un núcleo central, en el que se concentraba la carga positiva, alrededor del cual giraban los electrones, de forma similar a la que lo hacen los planetas en torno al Sol, por lo que fue denominado modelo planetario. La hipótesis de Rutherford nació de las investigaciones sobre radiactividad que desarrollaba en la Universidad de Manchester. Observó que cuando la radiación emitida por un elemento radiactivo se somete a la acción de un campo magnético se desdobla en tres haces, a los que denominó con las tres primeras letras del alfabeto griego. Los rayos alfa son partículas de carga positiva con una masa equivalente a unas siete mil veces la del electrón; los beta son haces de electrones, y los gamma radiaciones...

Modelo atómico de Thomson

Propuesta teórica desarrollada por el británico Joseph John Thomson con la que trataba de explicar la estructura del átomo y el funcionamiento del mismo. El hallazgo de la radiactividad vino a demostrar que el átomo presenta una subestructura integrada por partículas elementales. Por otra parte, la existencia de iones con carga eléctrica ponía de manifiesto que en el átomo se debían producir interacciones eléctricas, aunque no se conocía el proceso en función del cual los átomos, considerados hasta finales del siglo XIX como indivisibles y neutros, se comportaban en ocasiones como dotados de carga. Fue en este contexto en el que el británico Joseph John Thomson descubrió en 1897, durante sus investigaciones sobre los rayos catódicos, el electrón, al que inicialmente llamó corpúsculo. El hecho de que los electrones presentes en el átomo tuvieran carga negativa y los átomos fueran eléctricamente neutros hizo pensar a Thomson que se configuraban como esferas de carga positiva en cuyo...