Evolución Conceptual de la Materia: De Aristóteles a la Teoría de Cuerdas

1.- En que consiste la teoría Aristotélica acerca de la constitución de la materia?


*La materia era continua
*Estaba formada de los cuatro elementos(aire,tierra,agua y fuego) y poseían 4
cualidades(caliente húmedo frío y seco) y una quinta esencia llamada éter que constituía a
los otros 4 elementos que era el principio vital,fundamento de la vida y naturaleza divina

2.- Cuales fueron las principales aportaciones a la de Antoine de Lavoisier?


Considerado padre de la química moderna, y su avances en la combustión, la oxidación y
la respiración animal ,identificó al oxígeno y al nitrógeno,propuso un sistema de
nomenclatura para los elementos identificados en su época,sustancias que no se podían
descomponer en otras,propuso la ley de la conservación de la masa qué dice que la masa
se mantiene constante en una reacción

3,- De acuerdo a sus observaciones ¿que concluyó Rutherford acerca de la estructura del


Átomo y cuáles fueron las limitaciones de su modelo atómico?


la mayor parte del átomo está vacía y su masa está concentrada en su núcleo, el cual está
formado de partículas positivas, llamadas protones esto debido a que desviaban las
partículas alfa que también eran positivas y que el número de cargas positivas debía ser
igual al número de electrones negativos y que los electrones giraban alrededor del núcleo
en órbita circular
Este modelo, sin embargo, no podía explicar por que los electrones no se acercaban, ni
caían al núcleo, Ya que al ser partículas cargadas, producían una emisión de energía y se
debían mover en forma de espiral hasta acercarse y caer al núcleo , ni tampoco por que
los átomos emitían luz al calentarse


5.- Porqué los átomos al ser calentados emiten luz de acuerdo al modelo de Bohr?

Los átomos emiten luz al ser calentados cuando un electrón en estado excitado regresaba
a su estado basal o a una órbita inferior a la que poseía, liberando la diferencia de energía
en forma de luz

6.- Explica las diferencias entre el espectro de emisión y el espectro de absorción de los


Átomos


El espectro de emisión ocurre cuando los electrones excitados regresan a niveles de
energía más bajos y emiten luz en longitudes de onda específicas, que aparecen como
líneas brillantes sobre un fondo oscuro. El espectro de absorción ocurre cuando los
electrones absorben luz y saltan a niveles de energía superiores, apareciendo como líneas
oscuras sobre un fondo brillante

7.- Explica como resuelve Schrödinger las limitaciones del modelo atómico de Bohr


Schrödinger desarrolló la mecánica cuántica de ondas, reemplazando las órbitas circulares
fijas de Bohr por orbitales, que describen la probabilidad de encontrar un electrón en una
cierta regíón del espacio. Esto resuelve el problema que presentaba el modelo de Bohr y
ofrece una explicación más precisa para átomos con más de un electrón

10.- Cuales son y que representan los cuatro números cuánticos del modelo de


Schrödinger?


1.- Número cuántico principal (n): nivel de energía
2.- Número cuántico secundario (l): forma geométrica
3.- Número cuántico magnético (m): orientación espacial
4.- Cuatro número cuántico (Spin): momento angular

11.- Cuáles son los postulados de las reglas de la mecánica cuántica?


1.-Dentro de un mismo átomo no puede haber 2 electrones con los 4 números cuánticos
iguales


2.- En cada orbital solo puede haber 2 electrones y de diferente Spin
3.- Los orbitales se llenan de acuerdo a la regla de Aufbau siguiendo la regla de diagonales
4.-Un orbital no puede tener 2 electrones hasta q los demás orbitales de ese subnivel
tengan uno del mismo Spin 

12.- Que establece la teoría de Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg?


Teoría de Broglie:


Establece que las partículas como los electrones tienen una naturaleza
dual, comportándose tanto como ondas como partículas.  
Principio de incertidumbre de Heisenberg:
No es posible determinar simultáneamente la
posición y la velocidad exactas de una partícula subatómica con precisión

13.- Cuál es la diferencia entre la fuerza nuclear fuerte fundamental y la residual?


La fuerza nuclear fuerte fundamental:


Es la fuerza que actúa entre los QUARKS y que a
diferencia de todas las demás no disminuye al aumentar la distancia, entre los pares, de
cuales después de alcanzar una distancia, el límite permanece con una fuerza constante,

sin importar cuán lejos está la distancia entre los cuales la energía añadida para separarlos
crear nuevos pares, por lo que sólo se observan hadrones y no quarks libres

Fuerza fuerte residual:


Es un pequeño sobrante de la fuerza fundamental que une a los
cuartos dentro de los protones y neutrones estas fuerzas mucho más débil entre los
neutrones y protones, porque en su mayoría se neutraliza por ellos. La pequeña parte
sobrante de fuerza se convierte en masa, dando lugar a la formación de mesones pi
opciones que se forman por un Quark y un anticuar unidos por lunes y que sirven como
intermediarios permitiendo que cuando un protón y un otro se encuentren cerca, pueden
intercambiarse, piones entre sí, manteniendo el equilibrio constante


14. – Explique como un neutrón se convierte en protón y emite partículas beta en la


Emisión beta negativa


El decaimiento radiactivo beta provoca que un neutro se convierta En protón cambiando
el “sabor” de uno de los quarks dentro del nucleón emitiendo un electrón y un Anti
neutrino
Uno de los quarks Down de un neutrón que es más pesado se convierte en un quark up
convirtiendo el neutrón en un protón. La diferencia de masa da lugar a una partícula
virtual W- de masa mucho mayor, pero de acuerdo con el principio de incertidumbre de
Heisenberg. Esto se permite sin violar el principio de conservación de la materia. Si el
tiempo que dura la partícula virtual es muy pequeño aproximadamente 10 -24 segundos
el botón W- formado se va a descomponer en un electrón y en una partícula beta y en un
auto y neutrino electrónico a esto se le conoce como decaimiento Beta

15.- Que es la simetría Gage?


es el modelo estándar de las partículas elementales que es aparentemente simétrico ya
que aplican las mismas leyes y ecuaciones para los campos de energía que para sus
correspondientes partículas, siendo equivalentes entre sí a ciertas condiciones. Sin
embargo, esta simetría sólo incluía tres de las fuerzas fundamentales no considera la
fuerza gravitatoria,es incompatible con la teoría general de. La relatividad

16.- Porque no se podía unificar la relatividad general con la mecánica cuántica?


Debido al conflicto fundamental en la visión del espacio-tiempo a diferentes escalas:
• Relatividad General: Asume un espacio-tiempo liso y continuo (geometría clásica) a
gran escala.
• Mecánica Cuántica: A la escala de Planck (10^35m) las fluctuaciones cuánticas son tan
violentas que convierten el espacio en Espuma Cuántica,


turbulenta y retorcida. Al intentar combinar estas visiones matemáticamente, las ecuaciones arrojaban
probabilidades infinitas o negativas, indicando una incompatibilidad esencial.

17.- Que fue lo que anuló las probabilidades infinitas en la integración de la relatividad


General y la mecánica cuántica?


la propuesta de que las partículas elementales no son puntos sin dimensiones, sino pequeñas
cuerdas vibrantes unidimensionales.
• Esta idea fue demostrada en 1970 por Yoichiro Yambu y otros, al comprobar que las
interacciones nucleares de estas "cuerdas" podían describirse con exactitud mediante la
Función Beta de Euler (descubierta por Gabriele Veneziano).
• Al ser objetos extendidos (cuerdas) en lugar de puntos, se elimina la fuente de las divergencias
infinitas que aparecían en los cálculos.

Posteriormente, los científicos descubrieron que si el universo era asimétrico, sus
partículas de la naturaleza deben ser pares, cuya diferencia debería estar en el spin y que
esa diferencia debe ser igual a media unidad menos, pero no se conoce a ninguna a estas
parejas adicionales, se les llamó súper partículas y a su simetría, súper simetría, por lo que
la teoría de las cuerdas pasó a hacer la teoría de la Súper cuerdas la Súper partículas
tenían un espín fraccionario. Al considerar esta Súper simetría, las fluctuaciones cuánticas
se redujeron y la teoría de las cuerdas, prácticamente anuló las fluctuaciones cuánticas
quedaban lugar a resultados probabilístico infinitos

18.- Que fue lo que anuló las probabilidades negativas en la interacción de la relatividad


General y la mecánica cuántica?


Las probabilidades negativas surgían a partir de una discrepancia, entre lo que la teoría
exigía, y lo que la realidad parecía imponer los cálculos demostraban, que si las cuerdas
podían vibrar en nueve direcciones espaciales y una temporal, todas las probabilidades
negativas y anularían


estamos acostumbrados a tres dimensiones espaciales que se le llaman dimensiones,
extendidas las otras seis dimensiones espaciales requeridas eran ultra microscópicas y se
ubicaban en cada punto del espacio tridimensional y están retorcidas y arrolladas una
sobre otras. Su geometría determina el modelo resonante de la cuerda y por lo tanto, los
atributos físicos fundamentales como la masa y la carga que observamos en las tres
dimensiones espaciales extendidas habituales en la vida cotidiana, se le llama dimensiones
espaciales, arrolladas. Lo anterior nos dice que las 10 dimensiones no espaciales y una temporal se determinan
por el tamaño y la forma geométrica de las dimensiones adicionales, arrolladas de las
cuerdas, a estas formas se les llama espacios decimales de Calabi-Yau
Las variedades de estas formas tienen cientos de formas diferentes y ofrecen
representaciones de las seis posibles dimensiones adicionales a las tres macroscópicas que
percibimos Existen cinco versiones diferentes de la teoría de la Supercuerdas.

19.- Que es la teoría «M» y como se integró?


se descubríó que si se incluía en la Súper simetría, una dimensión espacial adicional se
lograba de manera inesperada, la unificación de la relatividad general de Einstein con la
fuerza electromagnética. Esta teoría se llamó Súper gravedad 11 dimensional que además
permitía una síntesis perfectas satisfactoria con las cinco versiones de la teoría de la Súper
cuerdas, esta síntesis de teorías recibe el nombre de teoría M y tiene la notable propiedad
de predecir la gravedad a través del modelo de vibración del graviton que no posee masa y
tiene un spin de dos

20.-Explique la diferencia entre la Química Convencional y la Química Nuclear


Química Convencional:


Estudia reacciones que involucran a los electrones de Valencia;
no se altera el núcleo. Libera poca energía.


• Química Nuclear:


Estudia reacciones que involucran a las partículas del núcleo
(protones y neutrones); se altera el núcleo. Libera enormes cantidades de energía.

21 – Defina: Masa Atómica, Número Atómico, Peso Atómico y Número de Masa


Número Atómico (Z): Es el número de protones que tiene un átomo en su
núcleo. Define el elemento. En un átomo neutro, también es igual al número
de electrones.
• Número de Masa (A): Es el número total de protones (P) más neutrones (n)
en el núcleo de un átomo (A = P + n)..
• Masa Atómica: Es la masa de todas las partículas que conforman un átomo.
• Peso Atómico (PA): Es una magnitud física adimensional (sin unidades) que
se define como la razón del promedio de las masas de los isótopos de un
elemento con respecto a la doceava parte de la masa del isótopo de carbono-
12, también se le denomina Masa Atómica Relativa.

22.- Que son los isótopos?

son átomos de un mismo elemento que poseen:
1. Igual Número Atómico (Z) (por lo tanto, igual número de protones).
2. Diferente Número de Masa (A) (por lo tanto, diferente número de neutrones en el
núcleo).

23 – Cómo se mantiene la estabilidad de los núcleos atómicos de los elementos naturales


Y cuando se hacen inestables?


Estabilidad:


La estabilidad de los núcleos atómicos de los elementos naturales se mantiene gracias a la
Fuerza Nuclear Fuerte, también llamada Fuerza del Color. Esta fuerza es mucho más
intensa (hasta 10^{38} veces mayor) que la fuerza de repulsión electromagnética entre los
protones cargados positivamente.


La Fuerza Nuclear Fuerte actúa:
• Entre protones y protones.
• Entre neutrones y neutrones.
• Entre protones y neutrones.
Mantiene unidos a los protones y neutrones (partículas llamadas nucleones) en el núcleo.

Inestabilidad


Un núcleo se vuelve inestable (radiactivo) cuando la relación entre el número de protones
(Z) y el número de neutrones (N) es tal que el núcleo no puede mantenerse unido
indefinidamente, lo que lleva a un proceso de desintegración. Los núcleos inestables
existen durante millones de años antes de sufrir una desintegración.

24. – Explique la diferencia entre la fuerza nuclear fuerte fundamental y la fuerza nuclear


Residual


Fuerza Nuclear Fuerte Fundamental (o Fuerza del Color):


• Actúa dentro de los protones y neutrones.
• Su función es mantener unidos a los tres quarks que forman cada protón o
neutrón.
• Esta fuerza es la fuerza fundamental que se utiliza completamente en la formación
de los quarks.

• Fuerza Nuclear Residual (o solamente «Fuerza Nuclear»):


• Es una pequeña parte sobrante de la Fuerza Nuclear Fuerte Fundamental, análoga
a una fuerza de enlace molecular.
• Actúa entre los protones y neutrones (nucleones) en el núcleo atómico.
• Su función es mantener unidos a los nucleones en el núcleo, superando la
repulsión eléctrica entre los protones (Ley de Coulomb).
• Se transmite mediante el intercambio de partículas llamadas mesones pi o piones.


25.- Explique las dos tipos de radiactividad


Radiaciones directamente ionizantes:


Las partículas cargadas (núcleos atómicos, electrones, positrones, protones, muones, etc.) pueden ionizar átomos directamente por interacción directa a través de la fuerza de Coulomb si llevan suficiente energía cinética. Estas partículas deben moverse a velocidades relativistas para alcanzar la energía cinética requerida. Incluso los fotones, (rayos gamma y rayos X) pueden ionizar átomos directamente (a pesar de que son eléctricamente neutros), a través del efecto fotoeléctrico, pero la ionización secundaria (indirecta) es mucho más significativa.

• Radiaciones Indirectamente ionizantes:


La radiación ionizante indirecta la producen partículas eléctricamente neutras y, por lo tanto, no interactúa fuertemente con la materia. La mayor parte de los efectos de ionización se deben a ionizaciones secundarias, entre ellas.

26.- En qué consisten las diferentes emisiones de la radiactividad natural y cuáles son


Sus principales carácterísticas?


La radiactividad natural consiste en la emisión de tres tipos de partículas y radiación desde el
núcleo

Alfa:


Composición: Consiste en la emisión de una partícula que es idéntica al núcleo de un átomo de
Helio: 2 protones y 2 neutrones
Decaimiento: En la emisión alfa, el núcleo atómico disminuye su Número Másico en 4 y su
Número Atómico en 2.
Poder de Penetración: Muy bajo. Es el tipo de radiación menos penetrante, pudiendo ser detenida
por una simple hoja de papel o la capa externa de la piel. Poder de Ionización: Alto. Debido a su gran tamaño y carga, ionizan fuertemente la materia a lo largo de sus cortos caminos.

Radiación Beta


La emisión se denomina desintegración beta o decaimiento beta. Ocurre en dos formas
principales: beta negativa y beta positiva.


Negativa:
Composición: Consiste en un flujo de electrones libres que se emiten a velocidades relativistas.
Efecto Nuclear: Proviene de la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un
antineutrino electrónico. El Número Másico no varía, pero el Número Atómico aumenta en 1
unidad, convirtiéndose en el núcleo de un elemento diferente.
Positivo:
Composición: Consiste en un flujo de positrones que son las antipartículas del electrón, con la
misma masa pero carga positiva (+1).
Efecto Nuclear: Proviene de la desintegración de un protón en un neutrón, un positrón y un
neutrino electrónico El Número Másico no varía, pero el Número Atómico disminuye en 1 unidad.
Carácterísticas Comunes
• Masa: Las partículas beta tienen una masa muy pequeña (como la del electrón).
• Velocidad: Se emiten a velocidades muy cercanas a la de la luz (velocidades relativistas).
• Poder de Penetración: Mediano. Son mucho más penetrantes que las partículas alfa. La
radiación \beta^{-} puede ser detenida por una lámina delgada de aluminio o
aproximadamente 3.5 metros en el aire.
• Interacción Biológica: Pueden penetrar un poco en el cuerpo humano, pero su poder de
penetración es aún menor que el de la radiación gamma. Los positrones beta pueden
interaccionar con los electrones y aniquilarse, produciendo radiación gamma.

Radiación Gamma (7)


La emisión Y es una forma de radiación
electromagnética.

Composición:

Consiste en fotones de alta energía. No tienen masa ni carga eléctrica.

Efecto Nuclear:


Se produce generalmente cuando un núcleo se encuentra en un estado
excitado (por ejemplo, después de una desintegración a o 3) y libera el exceso de energía en forma de radiación Y para pasar a un estado de menor energía. El núcleo no cambia su Número Másico (A) ni su Número Atómico (Z). 


Poder de Penetración:


Alto. Es la radiación más penetrante. Necesita grandes espesores de materiales densos como el plomo o el hormigón (varios centímetros de plomo o metros de hormigón) para ser absorbida.

Poder de Ionización:


Bajo. Ionizan la materia en menor medida que las radiaciones a y P.

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