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La espectroscopía de absorción y emisión atómica: cómo los átomos revelan su identidad

Cada elemento químico tiene una “firma luminosa” única. Cuando un átomo absorbe o emite luz, lo hace en longitudes de onda específicas que funcionan como un código de barras. La espectroscopía de absorción y emisión atómica aprovecha este fenómeno para identificar elementos y medir sus concentraciones con una precisión extraordinaria. Es una técnica fundamental en química analítica, astronomía, medicina y control de calidad industrial.

¿Qué es la espectroscopía atómica?

Es el estudio de cómo los átomos interactúan con la luz.
Dependiendo del proceso, puede ser:

  • Absorción atómica: el átomo absorbe energía (luz) y sus electrones saltan a niveles superiores.
  • Emisión atómica: el átomo libera energía en forma de luz cuando los electrones regresan a niveles inferiores.

Cada transición electrónica produce o absorbe longitudes de onda específicas, creando un espectro característico.

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Tipos de Enlaces Químicos

Los átomos no viven aislados: se unen entre sí formando moléculas y compuestos. Esa unión se llama enlace químico, y existen diferentes tipos según cómo los átomos comparten o transfieren electrones.

Tipos principales de enlaces
1. Enlace iónico
  • Ocurre cuando un átomo cede electrones y otro los recibe.
  • Se forma entre metales y no metales.
  • Ejemplo: NaCl (sal de mesa) → el sodio dona un electrón al cloro.
  • Características: sólidos cristalinos, altos puntos de fusión, solubles en agua, conducen electricidad en disolución.
2. Enlace covalente
  • Los átomos comparten electrones para completar su capa externa.
  • Se da entre no metales.
  • Ejemplo: H₂O (agua) → el oxígeno comparte electrones con dos átomos de hidrógeno.
  • Características: pueden ser sólidos, líquidos o gases, puntos de fusión bajos, no conducen electricidad.

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¿Qué son los Leptones?

Los leptones son partículas subatómicas que forman parte de los bloques fundamentales de la materia en el universo. Junto con los quarks, constituyen el grupo de partículas que no se pueden dividir en componentes más pequeños según nuestro conocimiento actual. Los leptones son clave para entender los principios de la física de partículas y el modelo estándar.

Pero, ¿qué es un leptón?

Un leptón es una partícula elemental que interactúa principalmente a través de la fuerza electromagnética y la fuerza débil, pero no mediante la interacción fuerte. Son partículas con espín de (1/2), lo que las clasifica como fermiones, según las leyes de la mecánica cuántica.

Descubrimiento

El primer leptón descubierto fue el electrón, detectado en 1897 por el físico británico J.J. Thomson durante sus experimentos con tubos de rayos catódicos. Este descubrimiento marcó un hito en la física, ya que identificó por primera vez una partícula subatómica más pequeña que el átomo.

Posteriormente, en 1936, Carl D. Anderson detectó el muón mientras estudiaba los rayos cósmicos. Este hallazgo sorprendió a los físicos, ya que el muón no parecía tener un papel evidente en la estructura de los átomos, lo que llevó a I.I. Rabi a exclamar irónicamente: «¿Quién ordenó esto?».

El tauón, el tercer leptón cargado, fue descubierto en 1975 por Martin Perl y su equipo en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), utilizando colisiones de alta energía para identificar esta partícula más masiva.Leer más…«¿Qué son los Leptones?»

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¿Qué son los Quarks?

En el maravilloso mundo de la física de las partículas, los quarks se conocen como los componentes esenciales que conforman el universo. Estas partículas subatómicas, se combinan para constituir a los protones y neutrones, los pilares de los átomos que forman toda la materia que nos rodea. Desde su descubrimiento revolucionario en la década de los años 60, los quarks han transformado nuestra comprensión de la estructura de la materia, retándonos a explorar las profundidades de lo infinitamente pequeño. En este nuevo post, nos sumergiremos en su historia, propiedades y algunos ejemplos que revelan su papel esencial en la naturaleza.

Entonces, ¿qué son los quarks?

Son partículas subatómicas elementales consideradas los bloques fundamentales de la materia. Son los componentes básicos de protones y neutrones, que a su vez constituyen el núcleo atómico. Según el Modelo Estándar de la física de partículas, los quarks no existen de forma aislada en la naturaleza, sino que siempre están agrupados en partículas compuestas llamadas hadrones. Los hadrones, por su parte son partículas subatómicas que están compuestas de quarks y mantenidas juntas por la interacción fuerte.

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¿QUÉ SON LOS BOSONES?

Los bosones son un tipo de partícula fundamental en el universo que se rigen bajo los criterios de la estadística de Bose-Einstein. Se diferencian de los fermiones, porque no están relacionadas al «Principio de Exclusión de Pauli». Esto significa que múltiples bosones pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo.

 

Descubrimiento

El nombre «bosón» fue acuñado por el físico indio Satyendra Nath Bose, quien, junto con Albert Einstein, desarrollaron las bases teóricas de cómo estas partículas se comportan. No obstante, el bosón más popular, el bosón de Higgs, fue descubierto experimentalmente en el año 2012 en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) en el CERN. Este descubrimiento corroboró la existencia del mecanismo de Higgs, presentado en los años 60, que explica cómo las partículas adquieren masa.

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Modelos Atómicos: Teoría Atómica de Schrödinger y Heisenberg

Este modelo está basado en el principio de dualidad onda – partícula y en el principio de incertidumbre de Heisenberg. Según el principio de incertidumbre, el electrón se comporta como una onda y como una partícula y no es posible conocer o pronosticar su trayectoria.

Representación del modelo atómico de Schrödinger
Representación del modelo atómico de Schrödinger. Imagen extraída de: issuu.com

En esta teoría no se toma en cuenta la órbita, el cual es el lugar donde existe mayor probabilidad  de encontrar al electrón. Pero pronostica apropiadamente las líneas de emisión espectrales, en átomos neutros como en átomos ionizados.

De igual manera, esta teoría aportó la creación de la configuración electrónica de donde se obtiene los número cuánticos de los electrones de un átomo. Dicha distribución electrónica señala el nivel de energía del electrón, es decir, a qué distancia se encuentra del núcleo, el orbital y el giro que posee sobre su mismo eje.

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Modelos Atómicos: Teoría atómica de Niels Bohr

El físico danés Niels Bohr propuso en el año 1913 un nuevo modelo atómico donde pretendía corregir las limitaciones y errores que presentaba el modelo planetario de Rutherford.

Para Bohr el átomo está constituido por una parte central llamada núcleo en la que se localiza la carga positiva y una porción de su masa. Los electrones se encuentran dispuestos en órbitas circulares a través de diferentes niveles alrededor del núcleo. A cada nivel le corresponde una energía que será mayor cuanto más alejada del núcleo se encuentre. La distancia de las órbitas al núcleo, así como su energía, toma valores definidos. Cada nivel admite un número máximo de electrones que es igual a  2n2  donde n designa el nivel de energía (1, 2, 3,…)Leer más…«Modelos Atómicos: Teoría atómica de Niels Bohr»

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Modelos Atómicos: Teoría atómica de Thomson

Para el año 1897 Thomson descubrió el electrón, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón.

En vista de que Dalton no dio explicación de una posible estructura del átomo, Thomson propuso un modelo para el año 1904. En ella señala que el átomo está constituido por una esfera con carga positiva, dispuesta de electrones en el interior para neutralizar su carga. Thomson empleo la electricidad como instrumento primordial para desarrollar su modelo atómico. Este modelo es popularmente conocido como «budín de pasas» o «pastel de pasas».Leer más…«Modelos Atómicos: Teoría atómica de Thomson»

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Modelos Atómicos: Teoría atómica de Dalton

A lo largo de la historia, los científicos han tratado de dar explicación a la estructura del átomo, su comportamiento y características. Esto ha llevado a que se formulen una gran cantidad de teorías y se propongan modelos atómicos. Todo empezó con el Modelo de Dalton, que a continuación te explicarñe brevemente. 

El científico Dalton describió la materia y los átomos mediante una teoría en el año 1803. Fue el primer modelo atómico con bases científicas. En dicha teoría, Dalton señala que la materia está formada por pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos, que pueden ser de diferentes tipos y los cuales se pueden diferenciar por su masa y propiedades.Leer más…«Modelos Atómicos: Teoría atómica de Dalton»

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El Protón: descubrimiento y características

Los protones son aquellas partículas subatómicas de carga positiva, perteneciente a la familia de los fermiones, y se hallan en la parte interna del núcleo atómico. El protón tiene una carga igual y opuesta a la carga de un electrón. En consecuencia, en un átomo neutro, la cantidad de electrones es igual al número de protones.

Los protones son bastante pequeños, aproximadamente de 0,0001 Angstroms (Å). Para que tengan una idea, un átomo mide 1 angstrom (Å), entonces los protones son increíblemente más pequeños que los átomos. No obstante, estos presentan una fuerza impresionante ya que se empujan entre sí ejerciendo una fuerza de 100 Newtons.

 

¿Quién descubrió el protón?

El descubrimiento del protón se le atribuye al científico británico Ernest Rutherford. Dicho hallazgo se llevó a cabo en el año 1918, cuando Rutherford, durante la realización de experimentos con gas nitrógeno, observó que al proyectar partículas alfa contra el gas, sus instrumentos revelaban la existencia de núcleos de hidrógeno.Leer más…«El Protón: descubrimiento y características»

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