Regla del Octeto de Lewis

La regla del octeto, enunciada en 1917 por Gilbert Newton Lewis, dice que la tendencia de los átomos de los elementos del sistema periódico es completar sus últimos niveles de energía con una cantidad de 8 electrones de tal forma que adquiere una configuración muy estable.
Esta regla es aplicable para la creación de enlaces entre los átomos, la naturaleza de estos enlaces determinará el comportamiento y las propiedades de las moléculas. Estas propiedades dependerán por tanto del tipo de enlace, del número de enlaces por átomo, y de las fuerzas intermoleculares.
Existen diferentes tipos de enlace químico, basados todos ellos, como se ha explicado antes en la estabilidad especial de la configuración electrónica de los gases nobles, tendiendo a rodearse de ocho electrones en su nivel más externo. Este octeto electrónico puede ser adquirido por un átomo de diferentes maneras:
Enlace iónico.
Enlace covalente.
Enlace metálico.
Enlaces intermoleculares. Es importante saber, que la regla del octeto es una regla práctica aproximada que presenta numerosas excepciones, pero que sirve para predecir el comportamiento de muchas sustancias.

Regla del Octeto

Existen excepciones a esta regla. Los átomos que no cumplen la regla del octeto en algunos compuestos son: Carbono, Nitrógeno, Oxigeno y Azufre. En algunos casos estos elementos forman dobles enlaces y hasta triples el Carbono y el Nitrógeno.
La forma más clara para ver gráficamente el funcionamiento de la "regla del octeto" es la representación de Lewis de las moléculas.
Antes de que se puedan escribir algunas estructuras de Lewis, se debe conocer la forma en que los átomos están unidos entre sí. Considérese por ejemplo el ácido nítrico. Aunque la fórmula del ácido nítrico con frecuencia se representa como HNO3, en realidad el hidrógeno está unido a un oxígeno, no al nitrógeno. La estructura es HONO2 y no HNO3.

Fuente: Buenas tareas

El principio de exclusión de Pauli

El principio de exclusión de Pauli es utilizado ampliamente en física y química porque nos ayuda a comprender mejor el mundo cuántico, además podemos extender este principio incluso al ámbito social.

En los átomos más del 99% es vacio. Los protones, neutrones y electrones solo forman una minúscula parte de materia. Sin embargo, te has puesto a pensar ¿por qué a pesar de tanto espacio vacío no te hundes y desapareces en el suelo? Una parte se la debemos a las fuerzas electromagnéticas sin embargo existe un principio que dice que no pueden existir dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos juntos. Por ejemplo, los electrones, que corresponden a la categoría de fermiones, no pueden solaparse uno sobre otro, y si intentamos colocar a dos electrones en la misma orbita se repelen. Esta fuerza no es simplemente la fuerza electromagnética, sino que va más allá de esta. Su presencia es la que impide que las nubes de electrones que rodean al núcleo se colapsen.

Principio de exclusión

El principio de exclusión de Pauli, llamado así porque fue dado a conocer por Wolfgang Ernest Pauli, establece que no pueden existir dos fermiones (electrones por mencionar alguno) con sus cuatro números cuánticos iguales. Solamente dos electrones pueden estar dentro de un mismo orbital y con spin (giro) opuesto.

El principio de exclusión de Pauli solamente aplica para los fermiones, no para los bosones. En un experimento realizado por investigadores de la Rice University se utilizaron dos átomos de Litio, uno de los cuales es un bosón (Litio-7) y el otro un fermion (Litio-6). Se enfriaron los átomos hasta temperaturas cercanas al cero absoluto. Lo que se puede apreciar es como la nube del bosón se va compactando sin embargo, la nube del fermion casi no sufre cambios debido a la repulsión de los fermiones establecida por el principio de Pauli.

Este principio bien pareciera también regir ciertas conglomeraciones humanas. Por ejemplo, en un autobús los pasajeros tienden a ocupar los asientos desocupados más distantes, y cada pasajero que sube, por regla general tiende a buscar el lugar con mayor espacio. Solamente cuando ya no hay lugares es que se plantea sentarse al lado de otra persona. Lo mismo ocurre en las bibliotecas y en baños públicos.

¿Sera tal vez que somos fermiones gigantes?

Fuente: Ojo científico

Efecto Hall

La corriente que atraviesa el conductor empieza a ser deflactada por el campo magnético, lo que da lugar a un campo eléctrico (campo Efecto Hall ) que es perpendicular tanto al campo magnético como a la corriente, como se observa en la figura. Si la densidad de corriente, Jx, es a lo largo de x y el campo magnético, Bz, es a lo largo de z, entonces el campo Hall puede ser o bien a lo largo de +y o de -y dependiendo de la polaridad de las cargas que atraviesan el material.

Esta propiedad fue descubierta en octubre de 1879, cuando el físico Edward Hall ( De aquí se deriva el nombre de Efecto Hall ) encontró que si se aplica un campo magnético elevado a una fina lámina de oro por la que circula corriente, se produce un voltaje en la lámina transversalmente a como fluye la corriente, este voltaje se llama voltaje Hall.

En épocas contemporáneas (1985) el físico alemán Klaus von Klitzing y colaboradores con investigaciones mas avanzadas descubrieron el hoy conocido como Efecto Hall Cuántico que les valió el premio Nóbel de Física en 1985. En 1998, se otorgó un nuevo premio Nóbel de Física a los profesores Laughlin, Strömer y Tsui por el descubrimiento de un nuevo fluido cuántico con excitaciones de carga fraccionarias.

El efecto hall cuántico se puede apreciar cuando en un semiconductor, que contiene un gas bidimensional de electrones, es decir que su grosor en proporción es significativamente mucho menor con respecto a sus dimensiones, se somete a una temperatura muy baja y campos magnéticos muy fuertes". Los electrones que se encuentran en un gas bidimensional solo se pueden mover en un solo plano ya sea x-y, x-z, y-z; si a estos electrones no se les aplica o no son sometidos a un campo magnéticos, estos se desplazaran libremente por dicho plano.

Efecto Hall

Si aplicáramos un campo magnético en x sentido negativo, los electrones se acelerarán de manera positiva en x, pero debido a imperfecciones y a las vibraciones en los átomos este flujo de electrones no es estable y uniforme.
Ahora supongamos que no aplicamos un campo magnético paralelo a algún eje del plano, sino que lo aplicamos perpendicular a este; en este caso los electrones experimentan una fuerza, que es la fuerza de Lorentz, la cual es perpendicular al flujo de electrones y perpendicular a la dirección del campo magnético. De esta forma es como se obtiene que los electrones tengan un movimiento rotacional en forma de circunferencia en el plano en que se encuentran, donde el radio de dicha circunferencia es inversamente proporcional a la magnitud del campo magnético al que están siendo sometidos los electrones.

Ahora bien como se venía considerando unos electrones en el plano xy, a los que se les aplica un campo magnético en el plano z, ahora le aplicaremos un campo eléctrico en dirección –x, en este caso el flujo de electrones sería perpendicular, tanto para el campo magnético como para el campo eléctrico. Mientras el campo eléctrico acelera al electrón en la dirección x, la presencia del campo magnético hace que este cambie la dirección de su movimiento hacia el eje y, que sería algo como lo que se puede apreciar en la figura:

En la electrónica automotriz es muy común encontrar Sensores que trabajan con efecto hall como es el caso de sensor CKP o sensor de ruedas en ABS y también en sensores de velocidad. Para comprobar la señal en un sensor tipo efecto hall es necesario el uso de un osciloscopio destacando la importancia de que el técnico automotriz sepa dominar esta herramienta.

Fuente: Autoavance

Heisenberg y el principio de Incertidumbre

El físico alemán Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula. Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1932. El principio de incertidumbre ejerció una profunda influencia en la física y en la filosofía del siglo XX.

Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburgo y estudió en la Universidad de Munich. En 1923 fue ayudante del físico alemán Max Born en la Universidad de Gotinga, y desde 1924 a 1927 obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller para trabajar con el físico danés Niels Bohr en la Universidad de Copenhague. En 1927 fue nombrado profesor de física teórica en la Universidad de Leipzig. Después fue profesor en las universidades de Berlín (1941-1945), Gotinga (1946-1958) y Munich (1958-1976). En 1941 ocupó el cargo de director del Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física, que en 1946 pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física.

Heisenberg

Estuvo a cargo de la investigación científica del proyecto de la bomba atómica alemana durante la II Guerra Mundial. Bajo su dirección se intentó construir un reactor nuclear en el que la reacción en cadena se llevara a cabo con tanta rapidez que produjera una explosión, pero estos intentos no alcanzaron éxito. Estuvo preso en Inglaterra después de la guerra. Murió en 1976.

Heisenberg, uno de los primeros físicos teóricos del mundo, realizó sus aportaciones más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico.

El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno. En 1932, Heisenberg fue galardonado con el Premio Nobel de Física. Entre sus numerosos escritos se encuentran Los principios físicos de la teoría cuántica, Radiación cósmica, Física y filosofía e Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales.

Fuente: AstroMía

Experimento de Franck Hertz

INTRODUCCIÓN

En el año de 1914, J. Franck y G. Hertz describen en su publicación:

“Los electrones al chocar inelásticamente con los átomos de mercurio en estado gaseosos, suministran energía a los átomos de Hg en porciones discretas. Al suministro de energía sigue una emisión de luz, en donde los cuantos de luz presentan las energías correspondientes”
La mecánica cuántica nos enseña que los átomos poseen niveles discretos de energía y que ellos absorben o emiten solamente la energía correspondiente a la diferencia entre dos niveles discretos. Este hecho importante que difiere del concepto teórico común de la física clásica, puede verificarse en el experimento de Franck-Hertz.
Este experimento demostró la existencia de estados excitados en átomos de mercurio, ayudando a confirmar la teoría cuántica que predecía que los electrones solo ocupaban estados cuantizados, discretos de energía.

Experimento Franck Hertz

EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ

En 1914, James Franck y Gustav Hertz realizaron un experimento que demostró la existencia de estados excitados en los átomos de mercurio, lo que ayuda a confirmar la teoría cuántica, que predijo que los electrones sólo ocupaban estados discretos, la energía cuantificada. 

Los electrones son acelerados por una tensión hacia una red de carga positiva en un sobre de cristal llena de vapor de mercurio. Más allá de la red fue una placa de recolección a cabo en un pequeño voltaje negativo con respecto a la red. Los valores de tensión de aceleración donde la corriente se redujo, dio una medida de la energía necesaria para forzar un electrón a un estado excitado.

Fuente: Buenas tareas