Contador Geiger-Müller

Como vimos (entrada  del día 10 de enero de 2014) en el año 1903 Marie Curie, su marido Pierre Curie y Henri Becquerel, recibieron el Premio Nobel por el descubrimiento de la radiactividad y el estudio de elementos radiactivos. En la naturaleza existen elementos químicos radiactivos que se desintegran de manera espontánea emitiendo partículas alfa, beta y gamma.

Un contador Geiger-Müller es un instrumento ideado por Johannes Wilhelm Geiger y Walther Müller en el año 1928, que es capaz de detectar y medir las radiaciones ionizantes alfa, beta o gamma en un lugar determinado.

 

El aparato lleva en su interior un gas inerte, por ejemplo Helio, Neón o Argón, y en el centro de la cámara un electrodo, entre este y la pared metálica de la cámara hay un alto voltaje eléctrico. Cuando una radiación ionizante incide sobre los átomos del gas en el tubo, los átomos se ionizan perdiendo electrones, los electrones (de carga negativa) son atraídos por la carga positiva del ánodo y los iones positivos en que se han transformado los átomos son atraídos hacia la pared del tubo. El aparato es capaz de medir ese flujo de electrones originado.

En un contador Geiger hay un voltaje tan alto que todo el gas se ioniza por ello el aparato tiene una gran sensibilidad a las radiaciones. Actualmente existen en el mercado gran número de contadores Geiger para medir con precisión la radiactividad a precios relativamente asequibles.

¿REALMENTE SOMOS “POLVO DE ESTRELLAS”?

👍  Esta afirmación se atribuye al genial astrofísico y astrobiólogo Carl Sagan (1934-1996) y aunque pudiera parecer el título de algo y sonar muy poética, en realidad, esconde una evidencia científica incuestionable. 

Veamos; los seres vivos, nosotros, estamos formados principalmente por unas moléculas orgánicas complejas llamadas proteínas, que a su vez están constituidas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. También presentamos otros átomos como azufre, fósforo, calcio, etc., pero en menor proporción. Átomos que se encuentran en la Tierra desde su formación. Todos los átomos de los diferentes elementos químicos, están constituidos por idénticas partículas: protones, neutrones y electrones, diferenciándose entre ellos en el número y distribución de estas. El más sencillo es el hidrógeno, con solo un protón y un electrón, elemento inicial y primigenio en el origen del Universo. El hidrógeno es el combustible principal de una estrella, donde los átomos de hidrógeno se fusionan para formar helio que a su vez se puede seguir fusionando para dar otros átomos distintos. Dicho así, parece fácil, pero no lo es. Hacen falta millones de grados para provocar la fusión entre átomos. Estas condiciones solo existen en el interior de las estrellas que son como criaderos de átomos diferentes. Además, si la estrella es mucho mayor que el Sol (estrella tirando a pequeña), la temperatura alcanzada en la última fase de su vida puede generar una enorme explosión (supernova), que lance gran parte de su materia al espacio en forma de gas y polvo, donde estarían los elementos químicos formados a lo largo de su vida. La nube de gas y polvo puede permanecer dispersa por el espacio durante mucho tiempo o colapsarse y formar una nueva estrella (estrella de segunda generación como nuestro Sol) y a su vez constituir un sistema planetario. Si en alguno de los planetas así formados se dan las condiciones especiales para que aparezca la vida y su evolución a organismos más complejos incluso inteligentes, su estructura estaría formada por los átomos dispersados por la estrella al explotar. Cuando esos seres mueran, sus constituyentes volverían al medio transformándose en sustancias sencillas, H2O, CO2 y sales minerales o si queremos polvo. Hay una cita bíblica (Génesis 3:19) que a esto le viene que ni pintado. “…..hasta que vuelvas a la tierra porque de ella fuiste tomado; pues polvo eres y en polvo te convertirás” 

Ildefonso Vara García 

Catedrático de Ciencias Naturales

CATALÁN y la estructura del átomo IV

Miguel Antonio Catalán Sañudo (1894-1957) Físico español que estudió Ciencias Químicas en la Universidad de Zaragoza, Doctorándose en Madrid en los Laboratorios de Investigaciones Físicas de la Junta para la Ampliación de Estudios (Presidida por Santiago Ramón y Cajal) con una tesis sobre el espectro químico del magnesio en el año 1917. Un año antes había publicado una investigación de espectrografía en el que citaba los trabajos de Alfred Fowler espectroscopista y profesor de Astrofísica del Imperial College londinense. Catalán siguió investigando en la JAE compaginando sus investigaciones con la enseñanza como Catedrático de Física y Química en la Enseñanza Media. En el año 1920 Catalán usando una beca de la Junta para la Ampliación de Estudios e Investigaciones Científicas trabajó como investigador en el Imperial College de Londres y por invitación de Sommerfeld trabajó en la Universidad de Múnich. en 1930 fue nombrado Jefe de la sección de espectrocopía en el Instituto Nacional de Física y Química de la JAE.

Catalán al estudiar átomos de Manganeso por medios espectrográficos vio que el espectro contenía unas lineas finas que guardaban cierta regularidad que denominó "multipletes". El estudio de estos multipletes servía para comprender mejor el estado energético de los electrones del átomo. Su trabajo fue reconocido rápidamente por muchos investigadores: Saha, Russel, Fowler y sobre todo Sommerfeld, que enseguida se dio cuenta de que el descubrimiento de Catalán era precisamente la prueba que necesitaba para introducir algunos cambios, para justificar la estructura fina de las rayas del espectro del átomo de Hidrógeno, en el modelo atómico de N. Bohr.

Tras el modelo atómico propuesto por Rutherford, Bohr con sus postulados estableció el nuevo modelo atómico para el átomo de Hidrógeno, pero para átomos mas pesados no se podían justificar algunas características. Sommerfeld encontró en los trabajos espectrográficos de Catalán la prueba experimental que necesitaba para justificar los cambios teóricos que propuso para el modelo atómico de Bohr. Por todo ello se ha llegado a la denominación de Modelo atómico de Bohr-Sommerfeld-Catalán.

Catalán recibió en 1930 el Premio Pelfort. Tres cráteres de la Luna llevan el nombre de Catalán y el CSIC fundó en su memoria el Centro de Física Miguel Antonio Catalán.

RUTHERFORD las radiaciones alfa, beta, gamma y la estructura del átomo I

Ernest Rutherford (1871-1937) Físico británico de origen neozelandés, realizó sus estudios en Christchurch  de Nueva Zelanda viajó a Cambridge donde trabajó a las órdenes de J.J. Thomson. Más tarde fue nombrado catedrático  en la Universidad McGuill de Montreal, regresó a Inglaterra y trabajó en la Universidad de Manchester, ocupando posteriormente la catedra Cavendish de la Universidad de Cambridge. Rutherford es considerado el padre e la física nuclear.

Comprobó con Thomson que los rayos X ionizaban el aire, Tras conocer los trabajos de H. Becquerel, descubrió que las radiaciones que emite el Uranio bajo la acción de campos eléctricos eran de tres tipos: un chorro de partículas positivas de masa elevada, que denominó alfa, un segundo de partículas  de carga negativa y pequeña masa que denominó beta y un tercero que no sufría desviación formado por ondas electromagnéticas de alta frecuencia  que llamó gamma. Colaborando con F. Soddy formularon la teoría de la radiactividad según la cual unos átomos pueden transmutarse en otros formándose partículas alfa o beta. Colaboró con H. Geiger en la fabricación del contador Geiger para medir la radiactividad. Propuso un modelo para el átomo similar a un Sistema Planetario en que las cargas positivas formaban el núcleo muy pequeño alrededor del cuál giraban los electrones negativos, este modelo planteaba dudas de estabilidad que fueron resueltas posteriormente por Niels Bohr. En el año 1919, haciendo incidir una partícula alfa sobre un átomo de Nitrógeno comprobó que se formaban un átomo de Oxígeno y otro de Hidrógeno consiguiendo así la primera transmutación artificial de elementos químicos.

Rutherford recibió numerosos premios entre los que destacan el Premio Nobel de Química en el año 1908, La Medalla Rumford de la Royal Society, la Medalla Copley, el Título de Sir y el de Barón Rutherford de Nelson. Al morir fue enterrado en la Abadía de Westminster. El elemento químico número 104 recibió el nombre de Rutherfordio Rf en su honor.

El ciclo CNO

El ciclo CNO o ciclo de Bethe-Weizsäcker es uno de los dos procesos de fusión que tienen lugar en las estrellas, en los que se transforma el Hidrógeno en Helio. El otro es la cadena protón-protón predominante en las estrellas enanas como nuestro sol. En las estrellas masivas por el contrario predomina el ciclo CNO propuesto por el científico Hahs Bethe en el año 1938 con la participación de C. F. F. von Weizsäcker. 

El ciclo CNO figura en el siguiente esquema:  En cada Ciclo se produce la fusión de 4 protones, formándose dos positrones y dos neutrinos, la energía se libera en forma de rayos gamma. Los núcleos de Carbono, Nitrógeno y Oxígeno actúan como catalizadores y se regeneran durante el proceso.

Las reacciones del ciclo CNO son:​

126C   + 11H	→	137N   + γ	+1,95 MeV
137N	→	136C + e+ + νe	+1,37 MeV
136C   + 11H	→	147N   + γ	+7,54 MeV
147N   + 11H	→	158O   + γ	+7,35 MeV
158O	→	157N + e+ + νe	+1,86 MeV

157N   + 11H

→

126C   + 42He

+4,96 MeV

La fusión nuclear

La fusión nuclear es, al contrario de la fisión nuclear que hemos visto anteriormente, una reacción en que  los núcleos de dos átomos ligeros se unen para formar un átomo más pesado, en el proceso se libera una enorme cantidad de energía. que hace que la materia pase a un estado plasmático.

Un ejemplo muy característico de fusión nuclear es el que sucede en las estrellas, en las que se produce la fusión de átomos de Hidrógeno para formar Helio, liberando en el proceso una enorme cantidad de energía en forma de radiaciones electromagnéticas, como acontece con el Sol en cuyo núcleo se genera tanta energía que llega hasta nosotros -a 150 millones de kilómetros de distancia- en forma de luz y calor.

Las reacciones de fusión se denominan termonucleares y fueron estudiadas por Ernest Rutherford en sus experimentos de trasmutación nuclear. Mark Oliphant investigó la fusión de núcleos ligeros y Hans Bethe y C. F. F. von Weizsäcker estudiaron las etapas de la fusión nuclear en las estrellas.

TELLER y la bomba de Hidrógeno I

Edward Teller (1908-2003) Físico estadounidense de origen húngaro que estudió ciencias físicas en la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest y luego en las de Múnich, Leipzig, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe y Copenhague donde trabajó con Niels Bohr, pionero de la mecánica cuántica y de la física nuclear. Fue profesor de física en la Universidad de California.

Por su gran influencia en la comunidad científica americana, fue uno de los científicos que acompañaron a Szilard para persuadir a Albert Einstein para que firmara cartas de advertencia al Presidente de los Estados Unidos ante el temor de que la Alemania nazi pudiera desarrollar armas atómicas y que dieron lugar al proyecto Manhattan en el que Teller trabajó mas de 10 años junto a Enrico Fermi.

Teller fue un científico contradictorio: lamentó la decisión del Presidente Truman de lanzar las bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki diciendo: «deberían haberse probado primero de una forma que hubiera impresionado suficientemente a los líderes japoneses como para poner fin a la guerra» sin embargo una vez concluida la segunda Guerra Mundial influyó en el Presidente, convenciéndole de la necesidad de que los Estados Unidos deberían de fabricar una bomba de Hidrógeno, para contrarrestar el posible uso de armas nucleares por parte de la Unión Soviética. 

Teller participó en el desarrollo de la Bomba de Hidrógeno, junto a Stanislaw Ulam, Hans Bethe (que también había participado en el Proyecto Manhattan) y Richard Garwin. Esta bomba H detonada experimentalmente en 1952 en un atolón del Océano Pacífico, tenía una potencia 2500 veces superior al de las bombas lanzadas sobre Hiroshima y Nagasaki.

Teller recibió por sus investigaciones los Premios Albert Einstein, Enrico Fermi y la Medalla Nacional de Ciencias. Además recibió el Premio IG Nobel (AntiNobel de la paz) por el descubrimiento de la Bomba H. 

Los usos malvados de la Ciencia: 2 La bomba de Hidrógeno

Aunque la afirmación de que SIN CIENCIA NO HAY FUTURO sigue siendo verdad, otro de los avances científicos que suponen una excepción clara y una manifiesta amenaza para la humanidad es el desarrollo de la bomba de Hidrógeno.

La bomba de Hidrógeno (bomba H, bomba térmica de fusión o bomba termonuclear), -al contrario que la bomba atómica que se basaba en la fisión nuclear-, se basa en la fusión nuclear, en ella la energía se produce como consecuencia de la fusión de los dos núcleos atómicos de dos isótopos del Hidrógeno deuterio 2H y tritio 3H que darían un núcleo de Helio en la reacción se producen también neutrones de alta energía responsables de la reacción en cadena. Para que esta fusión nuclear tenga lugar es necesaria la aportación de energía inicial. El iniciador es una bomba de fisión, por tanto la bombaH es una bomba de fisión-fusión. El diseño de este tipo de bomba se debe esencialmente a dos científicos Edward Teller y Stanislaw Ulam.

Teller estaba implicado en el proyecto Manhattan en el Laboratorio de Los Álamos (Nuevo México) bajo la dirección de Oppenheimer, pero la explosión en 1949 de la bomba de fisión por parte de Rusia y tras comprobarse que los rusos habían empleado Plutonio, se dieron cuenta de que peligraba el predominio de los Estados Unidos en materia nuclear y eso provocó la búsqueda de un arma mucho mas poderosa que la bomba atómica de fisión: la bomba de fusión, proyecto que apoyó Harry Truman y al que  se opuso Oppenheimer por considerarlo un auténtico instrumento de genocidio. 

Teller fue designado jefe del proyecto, pero no se obtuvieron los resultados esperados. Stanislaw Ulam y C.J. Everett demostraron que el modelo propuesto por Teller no funcionaba y propusieron poner dentro de un recipiente cerrado una bomba de fisión en un extremo y en el otro el material termonuclear, las ondas originadas por la bomba de fisión lograrían la fusión del material nuclear. Aunque Teller en principio no lo aceptó, al final se resignó proponiendo usar ondas de radiación en vez de ondas de choque, (implosión por radiación).

La primera bomba H se detonó en noviembre de 1952 en un atolón de las islas Marshall, con una potencia de mas de 10Mt y en ella se consiguieron unas temperaturas instantáneas de unos 15 millones de grados (similares a las que se producen en el núcleo del Sol) Teller y Ulam habían logrado así desarrollar la bomba H con el desacuerdo y el rechazo mayoritarios de toda la comunidad científica.

En marzo de 1954 una segunda prueba realizada por los Estados Unidos hizo explotar una bomba de 15Mt en el atolón de Bikini (en la imagen e la izquierda) y siete años mas tarde, en octubre de 1961, Rusia hacía explotar una bomba H de 50Mt en el archipiélago de Nueva Zembla como demostración de su poderío...........

y la amenaza contra la humanidad continúa...................

MEITNER y la fisión nuclear V

                                                             

Lise Meitner (1878-1968) física sueca de origen austriaco, estudió en la Universidad de Viena, donde se doctoró en 1906, y en la de Berlín siendo alumna de Max Planck. Trabajó durante 30 años en el Instituto Kaiser Wilhelm colaborando con Otto Hahn. Debido a su ascendencia judía tuvo que abandonar Alemania en el año1938 viajando a Suecia, país en el que posteriormente se nacionalizó. trabajando en la Universidad de Estocolmo.

Junto a Otto Hahn descubrió un elemento nuevo: el Protactinio y tras las investigaciones de Enrico Fermi bombardeando Uranio con neutrones lentos y los trabajos de Otto Hahn y Fritz Strassmann que detectaron la presencia de bario después del bombardeo, Meitner junto a su sobrino Otto Robert Frisch investigaron el proceso dándole el nombre de fisión nuclear y explicando lo que sucedía: el Uranio235,  al recibir el impacto de un neutrón, de dividía en dos átomos: Bario y Kriptón con emisión de otros 2 o 3 neutrones que a su vez podrían desintegrar a otro átomo de Uranio y así provocar una reacción en cadena.

En el año 1966 Lise Meitner recibió el Premio Enrico Fermi junto a Otto Hahn y Fritz Strassmann por sus investigaciones sobre fisión nuclear. Pero a Lise no se le concedió el Premio Nobel que si recibió Hahn, no por que no lo mereciera igual que él, seguramente influyeron otras razones: era mujer y judía.

En el fenómeno de la fisión nuclear, interpretado brillantemente por Lise Meitner y su sobrino, se basa el funcionamiento de las Centrales nucleares y la fabricación de la Bomba atómica.

WIGNER y la fisión nuclear IV

Eugene Paul Wigner  (1902-1995) Físico y matemático estadounidense de origen húngaro que estudió en la Universidad de Princeton. Profesor de la Escuela Técnica Superior de Berlín, en las Universidades de Wisconsin y de Princeton. Durante la Segunda Guerra mundial y junto a sus colegas Fermi, Szylard y Teller convencieron a Albert Einstein  para advertir al Presidente de los Estados Unidos de los avances sobre los descubrimientos en energía nuclear y su sospecha de que estos sirvieran a la Alemania de Hitler para fabricar bombas atómicas. Posteriormente Wigner participaría en el proyecto Manhattan diseñando un reactor de Plutonio. 

Entre sus principales aportaciones a la ciencia figuran  la aplicación de la teoría de grupos a la Mecánica Cuántica y el estudio del núcleo atómico y la interacción entre protones y neutrones. Wigner recibió el Premio Nobel de Física en 1963 por su contribución a la teoría del núcleo atómico y la aplicación de los principios de simetría.

La fisión nuclear

La fisión nuclear es la escisión del núcleo de un átomo pesado en núcleos mas ligeros, esta división genera otros productos: neutrones, rayos gamma (fotones), núcleos de Helio (partículas alfa) y electrones o positrones (partículas beta), desprendiéndose una enorme cantidad de energía, bien cinética o en forma de radiaciones electromagnéticas. Durante el proceso se produce una transmutación nuclear, ya que los dos núcleos resultantes (fisión binaria) no son del mismo elemento que el del átomo original. -En raras ocasiones el núcleo original se divide en tres núcleos (fisión ternaria)- 

La fisión nuclear genera productos variados difíciles de predecir pero produce una enorme cantidad de energía y neutrones que pueden chocar contra nuevos núcleos y producir una reacción en cadena,  que se emplea en las centrales nucleares para generar electricidad, en este caso la reacción en cadena es autosostenida (se produce a un ritmo controlado) o en una bomba nuclear en que la reacción en cadena es rapidísima y descontrolada.

Los combustibles nucleares más utilizados son los isótopos Uranio 235 y Plutonio 239.

El principal problema de la energía nuclear es que los productos de la fisión son más ligeros y por lo general mucho mas radiactivos que el elemento pesado empleado como combustible, lo que genera residuos nucleares de muy complicada gestión.

Este proceso, descubierto por Otto Hahn y Fritz Strassmann,  fue después interpretado y explicado teóricamente por Lise Meitner y su sobrino Otto Robert Frisch que le pusieron el nombre de fisión nuclear.

STRASSMANN y la fisión nuclear III

Friedrich Wilhelm Strassmann mas conocido por Fritz Strassmann (1902-1980) químico alemán, estudió química en la Escuela Técnica de Hannover doctorándose en QuímicaFísica en 1929. Mas tarde aceptó una beca para trabajar con Otto Hahn en el Instituto Kaiser Wilhelm de Berlín. fruto de esa cooperación pudieron comprobar que al bombardear Uranio con protones se producía Bario. Los experimentos de Otto Hahn y Fritz Strassmann fueron interpretados y explicados teóricamente por la científica Lise Meitner y su sobrino Otto Robert Frisch.  Strassmann fue profesor de Química inorgánica en la Universidad de Maguncia, Director del Instituto Max Planck, fundó el Instituto de Química Nuclear y se opuso firmemente a la fabricación de armas nucleares en la República Federal de Alemania en tiempos de Konrad Adenauer.

En el 1966 Strassmann recibió el Premio Enrico Fermi y un asteroide ha recibido el nombre de Strassmann.

HAHN y la fisión nuclear II

Otto Hahn (1879-1968) fisicoquímico alemán que estudió en la Universidad de Marburgo, doctorándose en el año 1901. Trabajó en la Universidad de Londres colaborando con William Ramsay, en la de Montreal con Ernest Rutherford y en la de Berlín durante muchos años con Lise Meitner. Trabajando en el Instituto de Química Kaiser Wilhelm de Berlín descubrió el isótopo Torio228. En colaboración con Lise Meitner descubrieron el elemento Protactinio.  A finales del año 1938 Otto Hahn y Fritz Srassmann bombardearon Uranio con neutrones y observaron la formación de Bario y más tarde Lise Meitner y su sobrino interpretaron lo que sucedía y llamaron a ese fenómeno fisión nuclear.

Gracias a estas investigaciones, los Estados Unidos consiguieron construir la bomba atómica, quizá por ello a Otto Hahn  se le ha llamado "el abuelo de la bomba".

En el año 1944 se le concedió en secreto el Premio Nobel de Química, pero Hahn no se enteró hasta que terminó la segunda guerra mundial. En 1959 la Gran Cruz de la Orden del Mérito de la República Federal Alemana y en 1966 recibió junto a Meitner y Strassmann el Premio Enrico Fermi y más tarde la Medalla Max Planck de Física. 

Hahn se declaró abiertamente partidario de la no utilización de la energía nuclear con fines bélicos.

 

FERMI y la fisión nuclear I

Enrico Fermi (1901-1954) Físico estadounidense de origen italiano, estudió en la Universidad de Pisa, doctorándose en el año 1922, fue alumno de Max Born en Gotinga y posteriormente profesor en las Universidades de Florencia y Roma, luego se trasladó a los Estados Unidos y fue profesor en las Universidades de Columbia y Chicago. Una de sus aportaciones más importantes es la estadística Fermi-Dirac que explica la conducta de un sistema de partículas idénticas en el que dos de ellas no pueden  ocupar el mismo estado cuántico (Principio de exclusión de Pauli). 

Tras el descubrimiento de la radiactividad artificial por el matrimonio Joliot-Curie, que obtuvieron nuevos isótopos bombardeando átomos con partículas alfa, Fermi pensó que  los neutrones, al no poseer carga eléctrica, eran  mucho más apropiados para usarlos como proyectil y, utilizando neutrones lentos, bombardeó más de 50 elementos químicos, entre ellos el Uranio, obteniendo unos 40 nuevos isótopos, pero no supo interpretar lo que sucedía con el Uranio. Luego Otto Hahn y Fritz Strassmann vieron que tras el bombardeo del Uranio se formaba Bario y finalmente Lise Meitner consiguió interpretar los resultados y explicar lo que sucedía: era la fisión nuclear.

Fermi habló con  Szilard y Wigner y consiguieron convencer a Albert Einstein para que firmara las cartas dirigidas al Presidente de los Estados Unidos informándole de la trascendencia de sus investigaciones y de la posibilidad de que en Alemania se pudiera fabricar una bomba nuclear. Esto dio lugar al proyecto Manhattan, dirigido por el físico J. Robert Oppenheimer, en el que Fermi participó construyendo un prototipo de pila atómica (una reacción en cadena controlada, similar a los actuales reactores nucleares) y posteriormente se desarrollaron las bombas atómicas utilizadas por los Estados Unidos en Hiroshima y Nagasaki.

Fermi recibió en el año 1938 el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de nuevos isótopos radiactivos, también recibió la Medalla al Mérito de los Estados Unidos, la Medalla Franklin y la primera edición del Premio Enrico Fermi que se estableció en su honor.

Los usos malvados de la Ciencia: 1 La bomba atómica

Es indiscutible: SIN CIENCIA NO HAY FUTURO, pero hay ocasiones en que la Ciencia no se utiliza para el progreso y el bienestar de la humanidad, sino para fines perversos o destructivos. Aunque la finalidad última de la Ciencia es el desarrollo de técnicas o experiencias que puedan ser útiles para resolver problemas, curar enfermedades, o hacer más fácil la vida de las personas, excepcionalmente la Ciencia se emplea para el fin más deleznable, para la actividad más inhumana y despiadada que puede realizar nuestra especie Homo ¿sapiens?: la Guerra.  

Los "Homo sapiens" que desencadenan las guerras son las clases políticas y económicas dirigentes y los que sufren directamente las consecuencias son ciudadanos inocentes, civiles o militares, hombres, mujeres y niños. Un ejemplo muy evidente fue la bomba atómica. 

Todo empezó en agosto de 1939,  el científico Leó Szilárd buscó el apoyo de Albert Einstein y escribieron  junto a otros científicos varias cartas con el fin de advertir al Presidente de los Estados Unidos Franklin Delano Roosevelt para que tuviera en cuenta las investigaciones del propio Leó Szilárd y Enrico Fermi que estudiaban las posibilidades del Uranio como una nueva fuente de energía, explicando también la posibilidad de fabricar con él bombas muy potentes, este aspecto en particular les preocupaba especialmente, pues tras el descubrimiento en 1938 de la fisión del Uranio por Otto Hahn y Fritz Strassmann publicado el día 6 de enero de 1939, pensaban que los alemanes podrían estar en disposición de fabricar bombas nucleares.

Las bombas se desarrollaron años más tarde en el proyecto Manhattan y como consecuencia del ataque aéreo masivo de la flota japonesa a la base americana de Pearl Harbor en Hawái el día 7 de diciembre, por orden expresa del Presidente de los Estados Unidos Harry S. Truman, se arrojaron  sobre  las ciudades japonesas de Hiroshima el día 6 de agosto de 1945 y sobre Nagasaki tres días después. (fueron la excepción que confirma la regla: hasta hoy los únicos ataques nucleares de la historia de la humanidad) pero a parte de sus efectos geopolíticos o geoestratégicos, supusieron la muerte de más de 245.000 personas, la mayor parte civiles y por tanto inocentes. Unas fallecieron por lesiones en el instante de la explosión, otras debido al envenenamiento por la radiación y las demás murieron lentamente por leucemia u otros tipos de cáncer. 

La completa devastación causada por las explosiones, junto a la guerra de los soviéticos contra Japón, desencadenaron la rendición del Imperio japonés y el final de la Segunda Guerra Mundial.

¿EN QUÉ CONSISTE EL MÉTODO DEL RADIOCARBONO O CARBONO 14?

👍 La mayoría de los elementos químicos pueden presentarse de diferentes formas al tener distintos valores en la masa de su núcleo, genéricamente se conocen como isótopos. Uno de ellos es el ordinario o normal y se presenta en una proporción mucho mayor que el resto. En el caso del carbono, existen tres isótopos C-12, C-13 y C-14 siendo el C-12 el más frecuente, ocupando un 99% de la totalidad de carbono en la naturaleza. Muchos de ellos tienen la particularidad de transformarse de forma natural en el isotopo ordinario en más o menos tiempo. Actualmente, se conoce el tiempo que tarda cada isótopo en transformarse o desintegrarse. El carbono es el elemento esencial que forma la estructura de los seres vivos. Entra constantemente en nuestro cuerpo en los alimentos y lo expulsamos en forma de anhídrido carbónico (CO2) durante la respiración. Por ello, mientras estamos vivos, la proporción de C-12/C-14 en nuestro cuerpo se mantiene constante. Desde el momento de la muerte de un organismo, el flujo de entrada y salida de carbono cesa, pero la transformación de C-14 en C-12 se mantiene, por lo que a medida que pasa el tiempo la proporción de C-14 va disminuyendo. Dada una muestra orgánica cualquiera, si podemos valorar con exactitud la proporción de C-14, podremos determinar el tiempo trascurrido desde la muerte del organismo. El método del radiocarbono o C-14 no sirve para calcular la edad de una persona, por longeva que sea. Sirve para restos humanos o restos relacionados con la actividad humana, como por ejemplo, restos arqueológicos que no tengan más de 40.000 años. El error estimado en la datación es de más menos 50 años.

 
Ildefonso Vara García 

(Catedrático de Ciencias Naturales)

LIBBY y la datación radiocarbónica

Willard Frank Libby (1908-1980) químico estadounidense, estudió Química en la Universidad de California en Berkeley, doctorándose en el año 1933, también trabajó en las Universidades de Princeton y Columbia. Fue profesor en la Universidad de Chicago y nombrado Miembro de la Comisión de la Energía Atómica de los Estados Unidos, más tarde enseñó química en la Universidad de California en Los Ángeles y posteriormente fue nombrado Director del Instituto de Geofísica y Física planetaria.

Libby participó en el proyecto Manhattan realizando el enriquecimiento del Uranio235 que fue utilizado para preparar la bomba atómica que los Estados Unidos lanzaron sobre Hiroshima. Por su especialización en los fenómenos de radioactividad en muestras orgánicas, consiguió diseñar el método de datación del carbono14, por el que en el año 1960 le fue otorgado el Premio Nobel de Química.

El Kevlar

Bajo el nombre comercial de Kevlar se esconde el poliparafenileno tereftalamida una poliamida sintetizada por Stephanie Kwolek en 1965 para la firma DuPont que comenzó a comercializarse en el año 1972. Por su gran ligereza y por su extrema resistencia es hoy una de las fibras más utilizadas y gracias a ella se han conseguido salvar muchas vidas.

En los años sesenta se buscaba una fibra más resistente que el nailon y por entonces las soluciones para la formación de fibras que no eran transparentes se desechaban, pero Kwolek, a pesar de la opalescencia de la solución con la que trabajaba, se decidió a hilar el producto de dicha disolución, obteniendo una fibra más resistente que el nailon, a partir de una solución de cristal líquido. Posteriormente se ha comprobado que la seda que utilizan las arañas para construir sus telas se obtiene de forma natural a partir de una solución de cristal líquido de distinta composición.

El Kevlar es casi la mitad de rígido que el acero y mas resistente que él y alrededor de 8 veces más tenaz.

En la actualidad el Kevlar es una de las fibras sintéticas mas utilizadas, con Kevlar se fabrican cables, ropa de protección, velas para barcos de competición, material deportivo, altavoces, cascos para motos y para fórmula 1, tanques de combustible, blindajes antiexplosivos, neumáticos que ruedan desinflados, tablas de esquí, raquetas de tenis, cascos para veleros de alta competición, trajes espaciales y sobre todo chalecos antibalas.

El grafeno

En el año 1949 Philip Russell calculó su estructura y varias décadas después los científicos A. Geim y K. Novosiólov utilizando la cinta adhesiva geco, que ellos mismos habían fabricado, consiguieron aislar el grafeno a partir del grafito en el año 2004. 

En el grafito hay dos tipos de enlace: el covalente a marcado en azul y los enlaces por fuerzas de Van der Waals verticales b de color granate, estos últimos se rompen al tirar de la cinta adhesiva geco, pero los enlaces covalentes más fuertes se mantienen intactos.

(Como hemos visto en la entrada anterior el diamante y el grafito son formas alótropas, los dos  están formados por átomos de carbono, pero están unidos por medio de distintos enlaces químicos y eso hace que sus propiedades sean tan diferentes). 

El grafeno, al igual que diamante y grafito, también está constituido por átomos de carbono, pero en este caso esos átomos forman una red hexagonal plana, es por tanto una estructura bidimensional (en la imagen aparece en azul), es una molécula cuyos átomos están unidos por enlaces covalentes muy fuertes y tiene un grosor mínimo (del tamaño del átomo de carbono).

Este nuevo material ha demostrado unas cualidades sorprendentes; su grosor nanométrico lo hace transparente, ligero y muy flexible, es a la vez duro y resistente (alrededor de 100 veces más resistente que el acero), los transistores de grafeno son el doble de rápidos que los de silicio, es un material con una conductividad térmica mayor que muchos metales y conduce la corriente eléctrica como el cobre por lo que se calienta menos. El grafeno además es un excelente multiplicador de frecuencias, lo que permite aumentar la velocidad de intercambio de información en procesadores y tiene posibilidades de auto-reparación si por accidente pierde alguno de sus átomos de carbono, restaurándose los huecos con la participación de los átomos vecinos. Por todo ello el grafeno es un material que se utiliza en la fabricación de teléfonos móviles, ordenadores, televisores, drones, automóviles, aviones, satélites artificiales, etc.

Geim y Nosiólov recibieron el Premio Nobel de Física en el año 2010 por la trascendencia de su descubrimiento.

GEIM y NOVOSIÓLOV, el grafeno

Andre Konstantinovich Geim (1958) físico neerlandés nacido en Rusia, realizó sus estudios superiores en el Instituto de Ingeniería y Física de Moscú  y en el Instituto Tecnológico de Fisica de Moscú (Phystech), estudió las propiedades electrónicas de los metales, doctorándose en el año 1987. En 1990 Geim trabajó en las Universidades de Bath y Nottingham del Reino Unido y más tarde en la de Copenhague, consiguiendo posteriormente un puesto de profesor asociado en la Universidad de Nimega. Geim fue el tutor de la tesis de Konstantin Novosiólov, y juntos desarrollaron la cinta adhesiva geco basándose en la estructura microscópica de las patas de este animal.

Konstantin Serguéilevich Novosiólov (1974), físico ruso-británico, ingresó en la Facultad de Electrónica y Física Cuántica del Phystech en 1991 y más tarde en el Instituto de Microelectrónica de Chernogolovka, donde se dedicó al estudio de la física del estado sólido y la nanotecnología. posteriormente viajó a Nimega y allí comenzó su tesis doctoral dirigido por Geim. En el año 2001 Geim y Novosiólov se incorporaron a la Universidad de Manchester como profesores y en el 2004 Novosiólov se doctoró por la Universidad de Nimega.

Geim y Novosiólov siendo ya profesores en la Universidad de Manchester utilizaron la cinta adhesiva geco para separar a partir del grafito una lámina del grosor de un átomo de carbono y comprobaron que ese material denominado posteriormente grafeno era muy delgado, flexible, muy fuerte, resistente al calor, muy denso y buen conductor de la electricidad, sus trabajos se publicaron en la revista Science en octubre de 2004.

Andre Geim y Konstantin Novosiólov recibieron el Premio Nobel de Física en el año 2010 por el descubrimiento del grafeno.