¿Qué son los átomos?

Los átomos se descubrieron por John Dalton, un químico inglés, que bajo su teoría demostró que la materia estaba formada por partículas invisibles.

Los átomos son las partículas más pequeñas que podemos encontrar dentro de un elemento, con la capacidad de mantener una serie de características físicas y químicas. Un átomo no se puede descomponer químicamente.

¿Qué tipos de partículas forman el átomo?

Los átomos están elaborados por una estructura compleja la cual está formada de 3 partículas:

• Los protones = es la partícula con carga eléctrica positiva que se encuentra en el centro del núcleo del átomo.

• Los neutrones = es la partícula con carga eléctrica neta igual a 0. A pesar de no tener carga eléctrica positiva ni negativa, los neutrones están formados por partículas llamadas quarks.  Podemos encontrar 6 tipos de quarks: quark fondo, quark abajo, quark arriba, quark cima, quark extraño y quark encanto.

• Los electrones = es la partícula con carga eléctrica negativa. Los electrones se hallan en la capa externa reactiva y es la que tiene la función de interactuar, formando conexiones químicas manteniendo sus moléculas con la de los otros elementos unidos.

Propiedades de los átomos

• La masa= la masa atómica dependerá de los protones y de los neutrones, ya que son los que se localizan en el núcleo del átomo.

• El tamaño= el tamaño de un átomo se asemeja a la de una nube electrónica, en otras palabras, se encuentra entre 0,1 y 10^-14 nanómetros.

• El potencial de ionización o también conocido como energía de ionización es la energía que determina en qué grupo de la tabla periódica se encuentra el elemento.

• La afinidad electrónica es la cantidad de energía que desprende un átomo, el cual tiene tendencia a captar electrones.

¿Qué función tiene el número atómico?

Según el número atómico, más específicamente el número de electrones y protones que tiene un átomo(que es el mismo) se sitúan en una zona u otra de la tabla periódica. La tabla periódica está ordenada en un orden creciente del número atómico, de arriba a abajo y de izquierda a derecha. Como podemos ver en la tabla periódica el hidrógeno es el primer elemento de la tabla el cual tiene un solo protón en el núcleo mientras que el último es el Oganesón (Og) el cual tiene 118 protones.

Ley de Coulomb

La ley de Coulomb fue inventada por Charles Coulomb; un físico francés que en 1785 realizó un trabajo de la academia de ciencias situado en París. Este se encargaba de recolectar varios experimentos de cuerpos cargados. Mediante estos experimentos se pudieron obtener varios resultados que su conjunto fue lo que hoy conocemos como la ley de Coulomb.

¿Cómo se obtiene la fuerza mediante la ley de Coulomb?

La ley de Coulomb es la relación que se encuentra en las interacciones (fuerzas ejercidas por un campo eléctrico) entre cargas. Posteriormente el resultado de la carga según el sistema internacional se simboliza con la letra Q y su unidad de medida es el mismo Coulomb (C).

Para obtener la fuerza mediante la ley teniendo dos cargas, necesitamos aplicarle la siguiente fórmula:

• F = fuerza de Coulomb
• |Q| = primera carga puntual (C)
• |q| = segunda carga puntual (C)
• r = distancia entre dos cargas puntuales (metros)
• kc = constante electrostática, 8,988·10 ⁹ ·C^-2

En el caso de que la ley de Coulomb tenga tres cargas encontramos que estas adquieren una forma de triángulo. En el caso de ser tres fuerzas, el método que emplearemos para encontrar la fuerza resultante es el Paralelogramo:

Fr² = F²_1,2+F²_1,3+2F_1,2F_1,3cos∅

La magnitud de las fuerzas eléctricas que tengan la capacidad de atracción y de repulsión entre cargas se guía por el principio de la electrostática o la ley descubierta por Charles Coulomb. Al ser una magnitud vectorial, su expresión en forma vectoriales:

El vector de F= fuerza eléctrica
El vector de ur=vector unitario

Si el resultado de la fuerza es positivo, se le denomina una fuerza de repulsión, en cambio si el resultado es negativo, se le denomina fuerza atracción.

La ley de Coulomb puede variar dependiendo las propiedades del medio en el cual se encuentre las cargas eléctricas. En un medio dieléctrico, un aislante eléctrico con la facilidad de polarizarse y este medio se puede representar por la constante dieléctrica del material.

ε=ε₀ à la permitividad del vacío (8.85 ·10 ^-12 C² /N·m²)

¿En qué aplicaciones podemos encontrarla?

Esta ley la podemos encontrar en varias aplicaciones como, por ejemplo:

• Un electroimán

• Los motores eléctricos

• Los átomos

• Globo cargado con electricidad electroestática

La aplicación en la que es necesaria la ley de Coulomb es en el estudio de la estructura cristalina. Por lo que los iones de esta estructura cristalina, se encargan de equilibrar las fuerzas eléctricas. Con la ayuda de estas fuerzas se puede hacer un estudio más sencillo de la estructura cristalina que necesitemos.

Experimentos con magnetismo

Los experimentos con magnetismo o también conocido con imanes los podemos encontrar a lo largo de la historia en forma de hipótesis hechas para realizar pruebas para descubrimientos importantes que podemos encontrar actualmente. Como por ejemplo el magnetismo de la tierra.

El descubrimiento lo hizo William Gilabert, al colocar dos barras de hierro cobre y una magnetita y consecuentemente con esto vio que estos dos elementos se repelían.

Otro experimento fue el descubrimiento de que el efecto de la fuerza de las cargas eléctricas es proporcional al intervalo de espacio que lo separa. Este hecho lo descubrió Charles Austin con una varilla y una esfera en cada punta.

El descubrimiento del electromagnetismo lo hizo Faraday, basándose en el experimento de Oersted en cual integró una aguja imantada alrededor de un alambre con una corriente. Este hilo estaba envuelto de varias líneas de fuerza.

El experimento del descubrimiento de la ley de conservación de cargas se dio por Benjamín Franklin cuando voló un cometa con una llave metálica en medio de una tormenta. La cuerda húmeda le hizo de conductor de la electricidad llegando a la botella de Leyden (botella de agua con revestimiento de partículas de metal) acumulando la energía.

Experimentos con imanes caseros

Si buscamos experimentos con imanes más comunes y cotidianos podemos encontrar varios que nos pueden ayudar a entender el magnetismo. Como por ejemplo el de dibujar las líneas del campo magnético.

Primero de todo debemos colocar la barra magnética en una hoja y repasar el contorno del imán. Más tarde colocamos la brújula en un polo del imán y marque con un bolígrafo la dirección que indique. Seguidamente a esto, varíe la brújula de sitio para que esté encima del punto que acabas de hacer, de esta forma la brújula marcará una nueva dirección; si repetimos esté paso hasta que lleguemos al otro extremo del imán obtendremos mediante los puntos hecho la línea del campo magnético.

Experimentos con imanes

De una forma más habitual lo podemos ver en experimentos con imanes fáciles para niños, un experimento básico para mostrar a los niños que es el magnetismo es:

El experimento de la masa magnética: tan solo hay que crear una masa maleable e introducir el óxido de hierro en polvo. Una vez tengamos la mezcla le acercaremos un imán y de esta forma podemos ver como la masa de óxido de hierro y el imán se aproximaron.

Antiferromagnetismo

El antiferromagnetismo fue descubierto por Louis Neel en 1930, fue a partir de la teoría del ferromagnetismo, donde se dio cuenta que varias sustancias de los átomos los electrones se alinean de forma opuesta. En consecuencia a esto, los electrones se neutralizan consiguiendo un efecto magnético nulo. Este conjunto de sucesos dio lugar al fenómeno antiferromagnético. Seguidamente en 1970, Louis Neel fue premiado con el premio nobel de fiscal.

El anti-ferromagnetismo se da en el momento en el que los electrones se ordenan en la misma dirección, pero con un sentido inverso. De esta manera en el caso de que tengan un mismo valor absoluto, como hemos dicho anteriormente estos se cancelan; y en el caso de que sean distintos disminuye.

Ordenamiento antiferromagnético

A diferencia con el ferromagnetismo, el antiferromagnetismo se encuentra en materiales que poseen dominios alineados en direcciones opuestas. Además, el ferromagnetismo se caracteriza por la resistencia a la magnetización.

Los materiales magnéticos se pueden dividir en varios grupos dependiendo de sus propiedades. Podemos encontrar:

-         Paramagnetismo

-         Diamagnetismo

-         Ferromagnetismo

-         Ferrimagnetismo

-        Antiferromagnetismo

Al igual que los materiales ferromagnéticos y ferromagnéticos, estos están divididos en dominios magnéticos.

Propiedades anti ferromagnéticas

Los materiales antiferromagnéticos tienen un momento magnético nulo, en otras palabras, cuando estos materiales poseen un estado natural, los momentos magnéticos de los átomos son opuestos por lo que se contrasta, haciéndolos nulos. El momento magnético es la magnitud vectorial que nos indica la intensidad que tiene un campo magnético.

Al crear resistencia a la magnetización, el material antimagnético adopta una permeabilidad magnética superior a 1. De la misma forma, los antiferromagnetismo están distribuidos por dominio, los cuales sus momentos magnéticos se encuentran alineados

Temperatura Neel o de ordenamiento magnético

La temperatura Neel es la temperatura en la que el material antiferromagnético comienza a desaparecer el efecto de las propiedades características del antiferromagnetismo. Por lo que consecuentemente se transforman en materiales paramagnéticos.

A continuación, veremos algunos ejemplos de los materiales junto a la temperatura Neel

Aplicaciones de los materiales antiferromagnéticos

Los materiales ferromagnéticos se pueden destinar a varias aplicaciones, las más conocidas son para discos duros. Debido a este tipo de magnetización, se utiliza mayoritariamente en el ámbito de la tecnología.