Configuración Electrónica

La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía. Aunque el modelo de Scrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.

La manera de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo, es a través de la configuración electrónica. El orden en el que se van llenando los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello debes seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha podrás ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.

Escribiendo configuraciones electrónicas

Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:

• Saber el número de electrones que el átomo tiene; basta conocer el número atómico (Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro es igual al número atómico (Z = p+).
• Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo (n = 1).
• Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-).

Ejemplo:

Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital, según el principio de construcción de Aufbau.

Litio (Z = 3). Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energía con dos electrones que tendrán distinto spin (ms). El electrón restante ocupará el orbital 2s, que es el siguiente con menor energía:

La flecha indica el valor del cuarto número cuántico, el de spin: para +1/2: ­ y para –1/2, respectivamente.
También podemos describir la distribución de electrones en el átomo de litio como:
Los electrones que tienen números de espín opuestos cancelan los efectos magnéticos y se dice que sonelectrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s en el átomo de Litio. De manera similar decimos que el electrón que ocupa el orbital 2s orbital está desapareado.
En la tabla a continuación vemos como se distribuyen los electrones de los átomos en orden creciente a su número atomico (Z):

En el helio se completa el primer nivel (n=1), lo que hace que la configuración del He sea muy estable.
Para el Boro el quinto electrón se sitúa en un orbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la misma energía no importa cuál de ellos ocupa.
En el carbono el sexto electrón podría ocupar el mimo orbital que el quinto u otro distinto. La respuesta nos la da:
la regla de Hund: la distribución más estable de los electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espínes paralelos.Los electrones se repelen entre sí y al ocupar distintos orbitales pueden situarse más lejos uno del otro. Así el carbono en su estado de mínima energía tiene dos electrones desapareados, y el nitrógeno tiene 3.

El neón completa el nivel dos y al igual que el helio tiene una configuración estable.
Las configuraciones electrónicas pueden también escribirse de manera abreviada haciendo referencia al último nivel completo. Para ello, debemos ocupar la configuración de los gases nobles, ya que ellos tienen todos su orbitales completos con electrones (s2p6), como por ejemplo en el caso del helio (s2) y neon (s2p6) como se muestra en la tabla anterior.

• Así la configuración del sodio Na, la podemos escribir como [Ne]3s1
• También podemos escribir la configuración del litio como [He]2s1

A los electrones que pertenecen a un nivel incompleto se les denomina electrones de valencia.
El gas noble Argón representa el final del período iniciado por el sodio para n=3

1s 2s 2p 3s 3p

Ar 18

[Ne] 3s2 3p6

En el siguiente elemento, el potasio con 19 electrones, deberíamos empezar a llenar los orbitales 3d. Sin embargo el comportamiento químico del potasio es similar al de litio y el sodio, ambos con un electrón de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al potasio le correspondería la configuración [Ar] 4s1. Por lo tanto, el orbital 4s tendrá que tener menor energía que los orbitales 3d (el apantallamiento de los electrones en los orbitales 3d es mayor que el de los electrones en los orbitales 4s).

Lo mismo ocurre a partir del elemento Sc (Z = 21) [Ar] 3d1 4s2. El último electrón no se agrega al subnivel 4p, sino al 3d, como lo indica el orden energético. Lo mismo sucede con las configuraciones de los emenetos Ti (Z = 22) y V (Z = 23). Con el cromo (Cr Z = 24) surge otra aparente anomalía porque su configuración es [Ar] 3d5 4s1. La lógica de llenado habría llevado a [Ar] 3d4 4s2, sin embargo la distribución fundamental correcta es la primera. Esto se debe a que el semillenado de orbitales d es de mayor estabilidad, puesto que su energía es más baja.

Con el cobre Cu Z = 29 sucede algo similar al cromo, pusto que su configuración fundamental es [Ar] 3d10 4s1. La configuración [Ar] 3d9 4s2 es de mayor energía. La configuración con 10 electrones en orbitales d, es decir, el llenado total de estos orbitales es más estable.

Svante August Arrhenius

(Uppsala, 1859 - Estocolmo, 1927) Físico y químico sueco. Perteneciente a una familia de granjeros, su padre fue administrador y agrimensor de una explotación agrícola.

Cursó sus estudios en la Universidad de Uppsala, donde se doctoró en 1884 con una tesis que versaba sobre la conducción eléctrica de las disoluciones electrolíticas, donde expuso el germen de su teoría según la cual las moléculas de los electrólitos se disocian en dos o más iones, y que la fuerza de un ácido o una base está en relación directa con su capacidad de disociación.

Esta teoría fue fuertemente criticada por sus profesores y compañeros, quienes concedieron a su trabajo la mínima calificación posible. Sin embargo, los grandes popes de la química extranjera, como Ostwald, Boltzmann y van't Hoff apreciaron justamente su teoría, y le ofrecieron su apoyo y algún que otro contrato, con lo que su prestigio fue creciendo en su propio país. La elaboración total de su teoría le supuso cinco años de estudios, durante los cuales sus compañeros fueron aceptando los resultados. Fue profesor de física en la Universidad de Uppsala (1884), en el Real Instituto de Tecnología de Estocolmo (1891), rector de la universidad de Estocolmo y director del Instituto Nobel de fisicoquímica (1905), cargo este último creado especialmente para él.

Gran hombre de ciencia, su trabajo abarcó campos muy dispares entre sí, entre los que destacan una teoría sobre la formación de los cometas basada en la presión de la radiación, una teoría cosmogónica que explicaba la evolución de los astros, una teoría acerca de la inmunología, la primera constatación del efecto invernadero (aumento de la temperatura de la atmósfera debido al aumento en la concentración de dióxido de carbono) y una teoría que fija el origen de la vida en la tierra como consecuencia del transporte a través del espacio y debido a la presión de la radiación de esporas procedentes de regiones remotas del espacio (teoría panespérmica).

Estudió también la influencia de la temperatura en las reacciones químicas, donde elaboró la ecuación que lleva su nombre. Por su trabajo en la la ionización de los electrólitos, que permite interpretar las leyes físicas de la electrólisis, le fue concedido en 1902 la prestigiosa medalla Davy de la Royal Society de Londres, en 1903 el premio Nobel de química y en 1911 la medalla Gibbs de los Estados Unidos. Entre sus obras destacan Tratado de física cósmica (1903) yLas teorías de la química, la Tierra y el Universo.

Amedeo Avogadro

Químico y físico italiano. Nació el 9 de junio de 1776 en Turín, Italia y murió el 9 de julio de 1856.

En 1792 se graduó como doctor en derecho canónico, pero no ejerció. En vez de ello, mostró verdadera pasión por la física y la química, y una gran destreza para las matemáticas. 

Recapacitando sobre el descubrimiento de Charles (publicado por Gay -Lussac) de que todos los gases se dilatan en la misma proporción con la temperatura decidió que esto debía implicar que cualquier gas a una temperatura dada debía contener el mismo número de partículas por unidad de volumen. Avogadro tuvo la precaución de especificar que las partículas no tenían por qué ser átomos individuales sino que podían ser combinaciones de átomos (lo que hoy llamamos moléculas).

Con esta consideración pudo explicar con facilidad la ley de la combinación de volúmenes que había sido anunciada por Gay-Lussac y, basándose en ella, dedujo que el oxígeno era 16 veces más pesado que el hidrógeno y no ocho como defendía Dalton en aquella época.

Enunció la llamada hipótesis de Avogadro: iguales volúmenes de gases distintos contienen el mismo número de moléculas, si ambos se encuentran a igual temperatura y presión.

Ese número, equivalente a 6,022· 10²³, es constante, según publicó en 1811. Como ha ocurrido muchas veces a lo largo de la historia las propuestas de Avogadro no fueron tomadas en cuenta, es más, Dalton, Berzelius y otros científicos de la época despreciaron la validez de su descubrimiento y la comunidad científica no aceptó de inmediato las conclusiones de Avogadro por tratarse de un descubrimiento basado en gran medida en métodos empíricos y válido solamente para los gases reales sometidos a altas temperaturas pero a baja presión.

Sin embargo, la ley de Avogadro permite explicar por qué los gases se combinan en proporciones simples.

Fue su paisano Cannizaro quién, 50 años más tarde, se puso a su favor y la hipótesis de Avogadro empezó a ser aceptada. A partir de entonces empezó a hablarse del número Avogadro.

Dimitri Ivanovich Mendeléiev

Dimitri Ivanovich Mendeléiev (Tobolsk, 8 de febrero de 1834 – San Petersburgo, 2 de febrero de 1907), con su imagen venerable y su vida llena de pasiones, es para muchos uno de las figuras más atractivas de la Historia de la Ciencia. Parece adecuado, pues, ahora que se cumplen cien años de su muerte, recordarle.

Mendeléiev luchó toda su vida contra unas circunstancias ciertamente adversas. Nada hacia pensar que este joven siberiano, que todos conocían en Tobolsk como Mitia, llegaría a ser uno de los grandes científicos de todos los tiempos. Fue el menor de 17 hermanos, su padre, Iván, se quedó ciego al poco de nacer Mitia y murió cuando éste tenía sólo 13 años. Es aquí cuando entra en escena uno de los personas centrales en la vida de Mendeléiev, su madre, María Dimitrievna, sin duda la heroína de esta historia. Imaginad por un momento la escena: una mujer viuda, sola en la Siberia del s. XIX, madre de 17 hijos, cuya fábrica acababa de arder. Pues bien, ante estas circunstancias, María decide vender lo poco que le queda, hacer las maletas y marchar con sus dos hijos pequeños Lisa y Mitia a Moscú, a 2.000 Km de distancia, para que su hijo, pudiera seguir estudiando. Sin duda, María fue la primera en ver la genialidad en los ojos inquietos de su pequeño Mitia.

En aquellos tiempos, Siberia era el lugar al que se enviaba a los represaliados políticos. De hecho, el propio tío de Mendeléiev, Bessargín, que tanto influyó en su interés por la Ciencia, estaba en Siberia por su ideas decembristas. Así que no es de extrañar que los siberianos no fueran bienvenidos en la capital de la Madre Rusia. A pesar de la insistencia de su madre, Mendeléiev no fue admitido en ninguna escuela moscovita. Pero esto no iba a detener a nuestra heroína. La pequeña familia formada por María, Lisa y Mendeléiev continuó su peregrinación académica hasta San Petersburgo, con lo que añadieron 650 Km más a sus espaldas. Allí tampoco tuvieron suerte al principio. Todo cambió cuando María habló con Plenov, director del Instituto Central, y amigo de su marido. Mendeléiev superó los exámenes de ingreso y pudo continuar sus allí sus estudios. La misión estaba cumplida. María, agotada por el enorme esfuerzo, murió a los tres meses de tuberculosis. Lisa, unos meses más tarde. Mendeléiev, con 18 años por entonces, fue el legado de estas extraordinarias mujeres rusas del mitad del s. XIX.

Él fue siempre consciente del enorme amor y sacrificio de su madre. Así lo reconoció en el prólogo de su libro Estudios de las soluciones acuosas según sus pesos específicos, en el que escribía: Me enseñaba con su ejemplo, corregía con amor, y con el fin de que me dedicara a la ciencia salió de Siberia conmigo agotando sus últimos recursos y fuerzas.

WOLFGANG ERNST PAULI

Wolfgang Pauli es sin duda uno de los físicos más importantes del siglo XX, en un periodo además lleno de grandes nombres, basta pensar en Einstein, Planck o Heisenberg. Sin embargo Wolfgang Pauli nunca llegó a gozar del nivel de popularidad de otros colegas suyos y a menudo se alude a él como el físico olvidado. Esta circunstancia se refleja en particular en el hecho de que no ha habido ninguna biografía completa de Pauli.

Wolfgang Pauli nació en Viena en 1900, y posteriormente adquirió la nacionalidad suiza y estadounidense. Aunque fue bautizado en la fe católica su padre era un médico y profesor universitario de descendencia judía, circunstancia ésta de especial trascendencia que lo adscribe al grupo de los científicos perseguidos por la Alemania nazi. Estudió en el Döblinger Gymnasium de Viena, donde se licenció en Física en 1918. Después de tan sólo dos meses publicó su primer artículo sobre la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. En julio de 1921 logró su doctorado en Física, tutelado por Arnold Sommerfeld, en la Universidad Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Múnich. Tras doctorarse público  un par de meses después un artículo para la “Enciclopedia de ciencias matemáticas” sobre la relatividad que recibió muy positivas críticas del propio Einstein y que aún hoy constituye una referencia sobre el tema.

Fue nombrado profesor de la Universidad de Hamburgo en 1923. Pasó un año en la Universidad de Gotinga como asistente de Max Born, y al año siguiente se trasladó al Instituto Niehls Bohr de Física Teórica en Copenhague.

En mayo de 1929 Pauli abandona la Iglesia Católica y en diciembre se casa con Katy Margarita Dëpner, de la cual se divorcia en 1930, tras poco menos de un año de matrimonio.

En 1928 es nombrado profesor de Física Teórica en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, en Suiza. Bajo su dirección, esta institución se convirtió en un importante centro de investigación en los años precedentes a la Segunda Guerra Mundial. Dicta después algunos seminarios en la Universidad de Míchigan en 1931 y en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en 1935, donde trabaja de forma cercana con Einstein.

En 1931 Pauli propuso la existencia de una partícula eléctricamente neutra y de masa nula, denominada con posterioridad neutrino por Enrico Fermi. En 1934 se casa con Francisca Bertram, junto a quien permanecerá ligado hasta su muerte.

Es en esa época cuando la anexión de Austria por Hitler en 1938 lo convierte en ciudadano alemán y debe huir por la condición judía de su familia anteriormente mencionada. En 1940, por la Segunda Guerra Mundial se trasladó a Estados Unidos para hacerse cargo de la cátedra de física en Princeton.

En 1945 recibe el Premio Nobel de Física por su descubrimiento del Principio de exclusión, obteniendo la nacionalidad estadounidense en1946. Finalizado el conflicto mundial, regresa a Zúrich. Allí muere el 15 de diciembre de 1958, a los 58 años de edad.

Wolfgang Pauli también llama la atención en comparación con sus colegas por haberse atrevido a  combinar el estudio de la física con la psicología y la filosofía. Algunos vieron en él todo un místico lo que se veía reforzado por su pintoresca y poderosa personalidad. Es famosa la forma crítica y sarcástica con la que trataba a sus colegas. Su admiración por el profundo conocimiento de-física y el alto nivel de exigencia para con sus compañeros y consigo mismo le valieron la caracterización de  “La conciencia de la física”.

También se suele mencionar a título anecdótico, lo que sus compañeros denominaron “efecto Pauli”. El llamado efecto Pauli se refiere a las aparentemente misteriosas averías de los equipos técnicos, en presencia de determinadas personas, sobre todo los físicos teóricos. Fue bautizado con el nombre del físico teórico austriaco Wolfgang Pauli, en su honor, ya que en su presencia o cercanía, con frecuencia se averiaban los equipos. Se dijo que era tan buen teórico que cualquier experimento se autodestruía, simplemente debido a su presencia. Por temor al efecto Pauli, se cuenta que el físico experimental alemán-americano Otto Stern prohibió acercarse a Pauli a su laboratorio, a pesar de su amistad.

Durante un incidente ocurrido en un laboratorio de física en la Universidad de Göttingen, un costoso dispositivo de medición, sin motivo aparente, dejó de funcionar de repente. El jefe del grupo de investigación llegó a la conclusión de que habían sido víctimas del efecto Pauli, pero alguien respondió que Pauli estaba en ese momento en Zúrich, así que no era posible que fuese por él. Sin embargo, cuando contaron la historia a Pauli, éste recordó que en ese momento estaba en Göttingen en una estación de ferrocarril a la espera de tomar un tren. Este incidente fue relatado magistralmente por George Gamow en su libro Biografía de la Física: “Un hecho totalmente enigmático, que en un principio no parecía estar conectado para nada con la presencia de Pauli, ocurrió cierta vez en el laboratorio del profesor J. Franck, en Göttingen. Una tarde, apenas comenzadas las tareas, un complicado aparato destinado al estudio de los fenómenos atómicos se estropeó totalmente, sin razón aparente alguna. Pasado el mal rato, Franck escribió a propósito de esto una carta humorística a la casa de Pauli en Zürich, en la que le decía que en esta ocasión no era él el culpable. Tras cierto retraso, recibió una respuesta, pero el sobre mostraba estampillas de franqueo danesas. En ella Pauli le contaba que había ido a visitar a Bohr y que, más o menos a la hora del desastre en el laboratorio de Franck, su tren había estado detenido, por pocos minutos, en la estación de ferrocarril de Göttingen.”

Wolfgang Pauli estaba convencido (según su biógrafo Enz) de que el efecto que lleva su nombre era real. Markus Fierz, un colega cercano, dijo que “Pauli cree ciertamente en la existencia de este efecto”. Como Pauli consideraba la parapsicología como un campo de investigación serio, esto encajaría con su pensamiento científico.

Erwin Schrödinger

(Viena, 1887-id., 1961) Físico austriaco. Compartió el Premio Nobel de Física del año 1933 con Paul Dirac por su contribución al desarrollo de la mecánica cuántica. Ingresó en 1906 en la Universidad de Viena, en cuyo claustro permaneció, con breves interrupciones, hasta 1920. Sirvió a su patria durante la Primera Guerra Mundial, y luego, en 1921, se trasladó a Zurich, donde residió los seis años siguientes.

En 1926 publicó una serie de artículos que sentaron las bases de la moderna mecánica cuántica ondulatoria, y en los cuales transcribió en derivadas parciales, su célebre ecuación diferencial, que relaciona la energía asociada a una partícula microscópica con la función de onda descrita por dicha partícula. Dedujo este resultado tras adoptar la hipótesis de De Broglie, enunciada en 1924, según la cual la materia y las partículas microscópicas, éstas en especial, son de naturaleza dual y se comportan a la vez como onda y como cuerpo.

Atendiendo a estas circunstancias, la ecuación de Schrödinger arroja como resultado funciones de onda, relacionadas con la probabilidad de que se dé un determinado suceso físico, tal como puede ser una posición específica de un electrón en su órbita alrededor del núcleo.

En 1927 aceptó la invitación de la Universidad de Berlín para ocupar la cátedra de Max Planck, y allí entró en contacto con algunos de los científicos más distinguidos del momento, entre los que se encontraba Albert Einstein.

Permaneció en dicha universidad hasta 1933, momento en que decidió abandonar Alemania ante el auge del nazismo y de la política de persecución sistemática de los judíos. Durante los siete años siguientes residió en diversos países europeos hasta recalar en 1940 en el Dublin Institute for Advanced Studies de Irlanda, donde permaneció hasta 1956, año en el que regresó a Austria como profesor emérito de la Universidad de Viena.

Biografia de Werner Karl Heisenberg

(Wurzburgo, 1901-Munich, 1976) Físico alemán. Profesor en las universidades de Leipzig, Berlín, Gotinga y Munich, y director del Instituto de Física Kaiser Wilhelm y del Instituto Max Planck. Colaboró en las investigaciones alemanas para la consecución de la energía nuclear. Considerado como uno de los fundadores de la mecánica cuántica, son de singular importancia sus trabajos sobre la física del átomo y sobre la mecánica cuántica. Particularmente importante es su principio de indeterminación . Sus últimas investigaciones estaban encaminadas a la consecución de una teoría del campo unitario. En 1932 recibió el premio Nobel de física. Entre sus obras destacan Física del núcleo atómico (1943), La imagende la naturaleza en la física actual (1955) y Física y filosofía (1959).

Biografia de Louis Broglie

(Louis-Victor Broglie, príncipe de Broglie; Dieppe, Francia, 1892-París, 1987) Físico francés. Miembro de una familia perteneciente a la más distinguida nobleza de Francia, sus parientes destacaron en un amplio rango de actividades, como pueden ser la política, la diplomacia o la carrera militar. Su hermano Maurice, de quien De Broglie heredó el título de duque tras su fallecimiento, destacó así mismo en el campo de la física experimental concerniente al estudio del átomo.

Por su parte, Louis-Victor centró su atención en la física teórica, en particular en aquellos aspectos a los que se refirió con el nombre de «misterios» de la física atómica, o sea, a problemas conceptuales no resueltos en aquel entonces por la ciencia. Estudió física teórica en La Sorbona de París, y, persuadido por su familia, historia de Francia. Finalmente, se doctoró en física en esta misma universidad.

En su tesis doctoral, habiendo entrado previamente en contacto con la labor de científicos de la talla de Einstein o Planck, abordó directamente el tema de la naturaleza de las partículas subatómicas, en lo que se vino a constituir en teoría de la dualidad onda-corpúsculo, según la cual las partículas microscópicas, como pueden ser los electrones, presentan una doble naturaleza, pues, además de un anteriormente identificado comportamiento ondulatorio, al desplazarse a grandes velocidades se comportan así mismo como partículas materiales, de masa característica, denominada masa relativista, lógicamente muy pequeña y debida a la elevada velocidad.

Esta nueva concepción teórica sobre la naturaleza de la radiación completamente revolucionaria prontó encontró una contrastación experimental (efecto Compton, en el que se fundamenta el diseño de las células fotoeléctricas) De Broglie fue galardonado con el Premio Nobel de Física del año 1929.

Biografia de Ernest Rutherford

Físico y químico británico. Realizó importantes descubrimientos en estos campos. Investigó sobre radiactividad, descubrió la existencia de un núcleo atómico y consiguió la primera transmutación artificial, entre otras cuestiones. Con todo esto se lo considera el padre de la física nuclear. Nació en Spring Grove, Nueva Zelanda, en el año 1871. Sus padres fueron James, granjero y mecánico, y Martha, quien antes de casarse había sido maestra. Estos tuvieron doce hijos y Ernest fue el cuarto. Se licenció, en 1893, en Christchurch (Nueva Zelanda), y dos años más tarde se trasladó a la Universidad de Cambridge para trabajar como ayudante de JJ. Thomson (físico británico). En 1898 fue nombrado catedrático de la Universidad McGill de Montreal, en Canadá. En 1907, al regresar al Reino Unido trabajó como docente en la Universidad de Manchester, y en 1919 sucedió al propio Thomson como director del Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge. Se lo considera el padre de la física nuclear. Investigó sobre radioactividad, y logró dilucidar que ésta iba acompañada por una desintegración de los elementos. También descubrió la existencia de un núcleo atómico -en el que se reúne toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo-, y consiguió la primera transmutación artificial. Investigó también sobre la detección de las radiaciones electromagnéticas y sobre la ionización del aire producido por los rayos X. Estudió las emisiones radioactivas descubiertas por H. Becquerel, y logró clasificarlas en rayos alfa, beta y gamma. En 1902, en colaboración con F. Soddy, formuló la teoría sobre la radioactividad natural asociada a las transformaciones espontáneas de los elementos. Colaboró con H. Geiger en el diseño de su famoso tubo contador. En 1911 describió un nuevo modelo atómico (que lleva su nombre). Durante la Primera Guerra Mundial colaboró con el ejército estudiando la detección de submarinos por medios acústicos. En 1919 logró la primera transmutación artificial de elementos químicos mediante el bombardeo de un átomo de nitrógeno con partículas alfa. Rutherford recibió en 1908, en reconocimiento a sus investigaciones relativas a la desintegración de los elementos, el Premio Nobel de Química. Entre otros honores, fue elegido miembro (1903) y presidente (1925-1930) de la Royal Society de Londres. También le fueron concedidos los títulos de sir (1914) y de barón (1931). Entre sus obras se destacan: "Radiactividad" (1904), "Transformaciones radioactivas" (1906) y "Radiaciones de las sustancias radioactivas" (1930). Rutherford entró en el hospital en 1937 para ser intervenido en una operación menor, y regresó a su casa recuperándose sin problemas. Pero su estado se agravó de repente, y murió el 19 de octubre. Fue sepultado en la abadía de Westminster.

Biografia de Niels Bohr

Niels Bohr nació el 7 de Octubre de 1885, dentro de una familia progresista descrita como agradable. Su padre era profesor de fisiología, y estuvo a punto de ganar un premio Nobel.

Fue un joven callado y tímido, de aspecto algo torpe. Era un alumno aventajado, que además jugaba al fútbol, al igual que su hermano Harald, un año menor que Niels. Su hermano era una de las personas más importantes de su vida. Nunca se separaban.

Sin embargo, su hermano destacó por encima de Niels como alumno en matemáticas y como futbolista. A pesar de ello, no hubo rivalidades entre los dos.

Su hermana mayor Jenny también fue una gran estudiante y se convirtió en una gran profesora. Sin embargo, debido a un problema nervioso fue ingresada en un manicomio, donde murió.

En 1903 los dos hermanos entraron en la universidad de Copenhague, en una época de cambios y avances científicos. Entraron en el equipo de fútbol de la universidad, y rápidamente adquirieron fama de genios entre sus compañeros.

En 1907 recibió un premio por un ensayo sobre la tensión superficial del agua. Los experimentos fueron apresurados coincidiendo con sus exámenes finales.

En la casa de los dos hermanos se organizan charlas filosóficas en las que participan como oyentes, lo cual influye en los pensamientos, incluso científicos, de Niels.

Bohr desea reducir el lenguaje a una estructura lógica precisa, aclarando la ambigüedad al nombrar el plano de objetividad. Realiza interpretaciones filosóficas.

Muchos científicos rechazan el pensamiento y apoyan la experimentación. Por ello, la existencia del átomo se cuestiona en aquel entonces ya que nadie había conseguido observar ninguno. La relatividad, en cambio, se descubre gracias al pensamiento.

Bohr realiza su tesis doctoral como un trabajo teórico.

En 1987 Thomson descubre la existencia del electrón, lo que confirma la existencia del átomo. Algunos científicos, como Mach, siguen rechazando estas ideas.

Las teorías que surgen son provisionales y sin suficientes fundamentos. Bohr opina que la teoría clásica no da explicaciones a niveles subatómicos.

Viaja hasta Cambridge para investigar junto a Bohr en 1911. No es bien acogido, debido en gran parte a falta de claridad al expresarse. Bohr intenta mejorar su inglés. Thomson le desprecia.

Bohr persevera en su idea de la existencia de otra física distinta de la clásica.

En una cena en honor a Rutherford los dos científicos se conocen, congeniando muy bien. Rutherford invita a Bohr a trabajar con él en Manchester y este acepta. A pesar de ser dos científicos opuestos no tienen problemas. Rutherford basa sus teorías en la práctica, pero acepta las teorías de Bohr debido a que las considera brillantes.

Rutherford experimenta con partículas subatómicas creando un nuevo modelo atómico. Dedujo la existencia de un núcleo atómico positivo a través de sus experimentos. Bombardeo una lámina de oro con partículas alfa, observando la mayoría de las partículas la atravesaba, algunas eran desviadas y otras rechazadas. El núcleo positivo se encuentra en el centro y los electrones giran a su alrededor. Cuando las partículas chocan contra el núcleo o lo rozan son rechazadas o desviadas.

Aunque el modelo de Rutherford rechaza las leyes clásicas, da explicación a numerosas cuestiones. Hasta el siglo XIX todo había sido explicado por la física clásica.

En 1900 Planck descubre el primer paso contra la física clásica. La radiación se forma de ondas-partículas. Las ondas no son continuas, sino que se emiten por cuantos. Einstein más tarde confirma la teoría de Planck a través del efecto fotoeléctrico.

La ciencia sigue negando estas teorías. No se encuentra relación entre las teorías de Einstein, Bohr y el modelo de Rutherford.

Un maestro de escuela, descubre una fórmula para los espectros de emisión de los Balmer, gases con la que se obtiene la longitud de onda.

Bohr estudia el modelo de Rutherford y descubre la relación entre la fórmula de Balmer, la teoría cuántica y el modelo de Rutherford.

Estudia el hidrógeno, cuyo electrón podía describir órbitas diferentes. Al pasar de una órbita a otra el electrón emite energía. Cuando el electrón mantiene una órbita fija se encuentra en su estado estacionario. La energía emitida conforma el espectro. En cada órbita el radio del electrón es diferente. La diferencia entre radios da la diferencia entre estados energéticos.

La nueva física comienza a explicar los fenómenos subatómicos.

Bohr sigue estudiando la estructura atómica ya que quiere encontrar un respaldo al modelo de Rutherford.

Vuelve a Dinamarca en 1912 donde conoce a Margarethe, de la que se enamora. Finalmente se casan ese año.

Bohr es nombrado profesor en Copenhague posteriormente. Mantiene correspondencia con Rutherford, quien revisa sus escritos.

En 1913 publica un artículo que causa sensación, donde sugería que la teoría cuántica era la manera de funcionar de los átomos. Algunos tachan sus ideas de tonterías ya que el modelo no explicaba algunos detalles.

Un científico llamado Arnold Sommerfeld aplicó la relatividad a los electrones, deduciendo que sus órbitas eran elípticas.

En 1914 Rutherford ofrece a Bohr otro puesto en Manchester. Bohr trata de extender su modelo al plan general de las estructuras atómicas.

Al comenzar la 1ª Guerra Mundial las comunicaciones se dificultan, aunque no se imposibilitan.

Bohr se embarca en unos experimentos para comprobar unas teorías alemanas relacionadas con sus teorías. Para ello, son necesarias delicadas precias de cristal. Consiguieron que un hombre alemán especializado en la creación de dichas piezas, trabajase en Inglaterra durante la guerra. Tras provocar algunos incidentes, el hombre fue detenido. En un incendio, el experimento es destruido y Bohr no llega a finalizarlo.

Nace su primer hijo en 1916.

Dinamarca quiere recuperar al científico, y lo consiguen ofreciéndole una cátedra y fondos para crear su propio instituto de investigación. El ambiente de camaradería del laboratorio de Rutherford influirán en la dirección del suyo propio. En 1918 comienzan las obras.

Jóvenes científicos acuden al instituto y se realizan numerosos avances. Se descubre un nuevo elemento, el hafnio. Arthur Scott declara que él lo había ya descubierto, pero finalmente se demuestra que no es cierto.

Bohr recibe el premio Nobel de física en 1922.

Poco después de ello, Bohr formula su principio de correspondencia. Descubre que el átomo puede ser clásico o cuántico. Las leyes de la teoría cuántica y la mecánica clásica son idénticas a bajas frecuencias. El descubrimiento resulta confuso incluso para el propio Bohr. El modelo de Bohr se iba ampliando. Podía mostrar ya la disposición de los electrones en átomos más complejos. Sin embargo, algunas cuestiones aún no poseían explicación. La órbita interna de los electrones, según el esquema de Bohr, debía acabar saturándose, y no era así. Un alumno del instituto, Pauli, encuentra la explicación. Dedujo que los electrones giran sobre sí mismos, además de alrededor del núcleo. Esto explicó también la estructura de los elementos en la tabla periódica.

Aunque Bohr no participa directamente en estos avances, si lo hace indirectamente gracias al ambiente fructífero que crea en su instituto.

Werner Heisenberg realiza otro avance en 1925 al encontrar explicación al principio de correspondencia de Bohr. Aunque pareciese imposible que la cuántica y la física clásica coincidiesen a bajas frecuencias, Heisenberg decide que debe centrarse en las mediciones, ya que los resultados deberían ser similares a pesar de q parezca imposible. Dispone las mediciones en forma de matriz. Así postula su principio de indeterminación, que afirma que cualquier observación o intento de medición del electrón afectará mínimamente a este. Solo puede trabajarse con probabilidades.

Bohr declara en su principio de complementariedad que el comportamiento del electrón como una onda o una partícula dependerá del aparato utilizado en la medición.

Bohr inicia una serie de conferencias en 1929 donde se discuten diversas cuestiones científicas. No se consiguen respuestas unánimes, pero se intentan resolver. Es una época de grandes conferencias científicas.

Algunos científicos como Schröndinger rechazan la mecánica cuántica. Ataca el enfoque probabilístico de la predicción en la cuántica a través de su ejemplo conocido como “el gato de Schrödinger”.

Bohr aplica su principio de complementariedad a otros aspectos cotidianos, incluso a la filosofía. Nadie considera a Bohr dotado para ello.

En los años 30 estudia el núcleo del átomo. En esa misma época, otros dos científicos, Otto Hahn y Lise Meitner, descubren la fisión nuclear. Bohr es informado de ello, y se lo advierte a Einstein, quien a su vez se lo comunica al presidente Rooselvelt. Surge el proyecto Manhattan y crean la bomba atómica norteamericana.

Heisenberg participo en el proyecto alemán. Bohr y él no conservan buena relación.

Dinamarca es invadida, y en 1943 Bohr es perseguido por los nazis, y huye con su familia a Estocolmo. Los alemanes ordenan asesinarle. El gobierno británico le ayuda a escapar, proporcionándole un avión. Viaja hasta Estados Unidos, donde participa en el proyecto Manhattan.

Tras el lanzamiento de las bombas atómicas, Bohr queda horrorizado con los resultados, y desde entonces intenta utilizar su influencia para detener las investigaciones sobre bombas atómicas.

Tras la muerte de Einstein, se le considera el mayor científico vivo.

Muere en 1962 a los 77 años.

DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS

• En 1897 Thomson descubre la existencia del electrón. Realiza un modelo atómico donde supone que los electrones se encuentran incrustados a una masa de carga positiva. Teoría del electrón en los metales.
• Experimento de Rutherford con partículas subatómicas: bombardea una lámina de oro con partículas alfa. La mayoría de estas partículas atraviesa la lámina sin desviarse, otras se desvían parcialmente, y otras son rechazadas.
• El modelo atómico de Rutherford surge a partir de la interpretación de dicho experimento. Dedujo la existencia de un núcleo positivo, alrededor del cuál, los electrones giran en órbitas circulares.
• Surge la teoría cuántica de Planck en 1900: la radiación se forma de ondas-partículas, los cuantos. Las ondas no son continuas, sino que están formadas por cuantos. El tamaño de los cuantos varía en proporción de la frecuencia.
• Einstein explica la teoría cuántica a través del efecto fotoeléctrico: la luz ultravioleta alcanza a ciertos metales provocando una emisión de electrones. Su nivel de emisión depende de la frecuencia y no de la intensidad. Esto se explica si la luz se compone de cuantos.
• El electroscopio es inventado en 1814 por Joseph Von Fraunhofer, gracias a lo que es posible observar las estructuras de los elementos.
• Un maestro de escuela llamado Johann Balmer descubre en 1885 la formula del espectro de emisión de los gases.
• Bohr relaciona la fórmula de Balmer y la teoría cuántica, creando un modelo atómico: el electrón permanece en su estado estacionario si mantiene una órbita fija, pero si se mueve entre las órbitas, emitirá energía. Esa energía constituía las distintas bandas de emisión.
• Arnold Sommerfeld aplicó la relatividad a los electrones, deduciendo que sus órbitas eran elípticas.
• Se descubre un nuevo elemento en los primeros años de existencia del instituto de Bohr, el hafnio.
• Bohr formula su principio de correspondencia: las leyes de la teoría cuántica y la física clásica son idénticas a bajas frecuencias. El átomo puede ser clásico o cuántico.
• En 1924 Pauli enuncia su principio de exclusión: los electrones giran sobre sí mismos, además de alrededor del núcleo. Explicaba porque los electrones no se amontonaban y la estructura de los elementos de la tabla periódica. No puede haber más de dos electrones en una órbita.
• Werner Heisenberg encuentra en 1925 explicación al principio de correspondencia de Bohr y postula su principio de indeterminación. Aunque la teoría de Bohr parezca increíble, debemos basarnos en las mediciones, pero la mecánica cuántica no ofrece una certeza total a pesar de su medición, ya que cualquier observación o medición del electrón afectara a su comportamiento.
• En 1927 Bohr postula su principio de complementariedad que explica que el comportamiento del electrón como onda o como partícula dependerá del aparato utilizado para su medición.
• Bohr presenta un modelo atómico que describe su composición y funcionamiento.
• Dos científicos, Otto Hahn y Lise Meitner, descubre en 1939 la fisión nuclear. El núcleo del átomo se descompone cuando la energía que provoca una partícula al chocar con él provoca una concentración de energía sobre otra partícula que permite a esta escapar. En los núcleos grandes la partícula que escapa provoca la división en dos mitades. Este proceso genera una gran energía.

ANÉCDOTAS

• El padre de Bohr, profesor de fisiología, casi ganó el premio Nobel.
• Niels era muy torpe, y acostumbraba a provocar accidentes en los laboratorios. En una ocasión, al escuchar una explosión procedente de los laboratorios, un profesor suyo dijo: “Ese debe de ser Bohr”.
• Los dos hermanos Bohr jugaban al fútbol en el equipo de la universidad. Harald llegó a jugar en los juegos olímpicos. Bohr era portero, y se dedicaba a hacer cálculos matemáticos en las porterías mientras el juego se desarrollaba en el otro extremo.
• Rutherford también fue jugador de rugby.
• Bohr tenía problemas para expresarse y para hablar francés e inglés. En una ocasión saludo al embajador francés con un cordial “Aujourd'hui” (Hoy).
• El inventor del electroscopio fue un óptico que sobrevivió al derrumbamiento del edificio donde trabajaba. El elector Maximiliano José conmemoró su salvación recompensándole, lo que le permitió a este dedicarse a la investigación.
• Cuando Bohr se traslada a Manchester en 1912 otro gran pensador de la época, el filósofo Wittgenstein, viajaba en el sentido contrario, trasladándose de Manchester a Cambridge.
• Rutherford solía ir cantando por sus laboratorios “Onward Christian Soldiers” (adelante soldados de Cristo).
• Algunos científicos rechazaron las ideas de Bohr. Max von Laue dijo en una ocasión: “Si esta teoría es correcta, abandonaré la física”. Finalmente no lo hizo, y llego a ser incluso íntimo amigo de Bohr.
• Bohr fue una persona informal. En una ocasión, en una audiencia con el rey, Bohr le contradijo cuando el rey pensó que se trataba de Bohr el futbolista. Niels le corrigió diciéndole que era su hermano. Según las reglas del protocolo, contradecir al rey está prohibido. Este le volvió a decir lo mismo para que Bohr rectificase, pero no lo hizo.
• Los fondos iniciales para el instituto de Bohr fueron aportados por Calsberg, una importante marca de cerveza danesa.
• En la época que Bohr recibía el premio Nobel también lo recibieron en un periodo de siete años Planck, Einstein, Milikan y Hertz, además de Bohr.
• Casi todos los grandes científicos de la época trabajaron en el instituto de Bohr.
• La conferencia científica más famosa, Solvay, se realizaba en el hotel Metropol de Bruselas, donde Bohr defendía sus ideas ante Einstein o Madame Curie, que pensaban que la cuántica era un fenómeno pasajero.
• Bohr era un pésimo conductor y su mujer debía sujetar el volante en algunas ocasiones para evitar posibles accidentes.
• Una historia cuenta que Bohr, queriendo evitar que su premio Nobel cayera en manos nazis, disolvió la medalla en ácido y la escondió, para más tarde volver a refundirla. La verdad fue que la medalla pertenecía a su amigo Von Laue.
• La mayoría de los ganadores del premio Nobel estaban en contra de los nazis, por lo que Hitler prohibió a los alemanes aceptar el premio Nobel al considerar a los anteriores ganadores de raza inferior.
• Su hijo Aage, con el que trabajo tras su vuelta de Estados Unidos, ganó más tarde un premio Nobel.

CONTEXTO SOCIAL Y POLÍTICO DE LA ÉPOCA.

Su juventud fue en una época de grandes progresos donde Europa dominaba el mundo. Los hermanos Bohr entran en la universidad en 1903, en una época de cambios: los hermanos Wright realizan su primer vuelo, y Marie Curie recibía el premio Nobel por su descubrimiento de la radioactividad.

En 1912, justo antes de que Bohr se trasladara a Manchester para trabajar con Rutherford, se desencadena la 1ªGuerra Mundial. Dinamarca permaneció neutral, pero Gran Bretaña se enfrentó a Alemania. Pese a la guerra, Bohr siguió recibiendo noticias de Alemania acerca de los progresos científicos que realizaban.

En una ocasión, un ayudante de Bohr para uno de sus pocos experimentos era alemán. Solo gracias al prestigio de Bohr consiguieron que pudiese trabajar en Inglaterra. El ayudante utilizaba cualquier momento posible para realizar discursos a favor de su nación. Finalmente fue detenido por algunos incidentes inflamatorios.

El siglo XX fue la época de mayores cambios y avances en la ciencia, y muchos de estos avances se produjeron en el instituto de Bohr. Fue una época de numerosas conferencias científicas donde los grandes científicos discutían numerosas cuestiones, en un ambiente de cooperación.

El descubrimiento de la fisión nuclear, realizado por un científico alemán y una científica judía(que tuvo que huir de la Alemania nazi durante el descubrimiento) puso en marcha el proyecto Manhattan con el fin de construir la bomba atómica. La información que proporciono Bohr sobre la fusión nuclear y su descubrimiento aceleró el proyecto con el fin de crear una bomba atómica norteamericana antes que Alemania.

En 1940 Dinamarca fue invadida por los nazis. Bohr, debido a su declarado desprecio hacia los nazis, fue perseguido. Con la ayuda del gobierno británico llego hasta Estados Unidos, donde se unió al proyecto Manhattan. La cooperación científica internacional es en esta época encubierta.

Las primeras bombas atómicas estadounidenses son lanzadas en Japón en 1945, lo que supone el fin de la 2ª Guerra Mundial.

Durante la guerra, Hitler prohibió a los alemanes aceptar el premio Nobel ya que todos los premiados anteriormente rechazaban a los nazis, y eran considerados de raza inferior.

OPINIÓN PERSONAL

El autor muestra de una forma interesante la vida de uno de los grandes científicos del siglo XX científico. La fluidez del libro y sus anécdotas ayudan a entender mejor sus descubrimientos, que durante años hemos estudiado en las clases, y a ver descubrir el lado humano de los científicos que estudiamos. Podemos hacernos una idea de cómo fue la vida y la época en la que vivieron todos los científicos nombrados. Nos muestra la influencia de la ciencia en los acontecimientos de la historia de todo el mundo, siendo un claro ejemplo el descubrimiento de la fusión nuclear y con ellos la construcción de la bomba atómica.