Conceptos Fundamentales de Física y Química: Datación, Electrostática y Estructura Atómica

Datación por Carbono 14

El Carbono 14 es un isótopo radiactivo que se utiliza para determinar la antigüedad de un hallazgo arqueológico o histórico. Cada isótopo se desintegra a un ritmo que depende de la cantidad de átomos presentes y de su tipo. Podemos medir la velocidad a la que los isótopos emiten radiación mediante un aparato denominado Contador Geiger.

Física de la Atmósfera: El Tíbet y la Presión

La región del Tíbet se encuentra a más de 4500 metros de altura sobre el nivel del mar. Cuanto mayor es la altura, menor es la presión.

Presión Atmosférica en Alturas Extremas

La presión atmosférica a 8844,43 metros de altura es baja, menor de 1 atm, porque a mayor altura, menor presión.

Efecto de la Presión en la Temperatura de Ebullición

A menor presión, menor es la temperatura de ebullición. Por lo tanto, en el Tíbet, el agua hierve aproximadamente a 50 °C.

Instrumentos de Electrostática

El Versorio

Inventado por William Gilbert, el versorio es una aguja metálica, no magnética, que gira sobre un eje vertical sin rozamiento. Al acercarle un cuerpo cargado, la aguja gira. La electrización que se experimenta en el versorio es por inducción, ya que los cuerpos cargados no están en contacto; solo con acercarlos se evidencian los efectos.

El mecanismo de funcionamiento es el siguiente:

1. La barra cargada hace que las cargas de la aguja metálica (aspas) se reordenen.
2. Como las cargas de signo contrario se atraen, la aguja del versorio girará hacia la barra cargada.

El Electroscopio

Inventado por Jean Antoine Nollet, sirve para detectar cuerpos cargados y se puede electrizar por contacto o por inducción.

Electrización por Contacto

Si la barra cargada toca el electroscopio, la carga llega hasta las láminas, que tendrán carga del mismo signo que la barra. Las láminas se repelen.

Electrización por Inducción

Si la barra cargada se acerca al electroscopio, pero no lo toca, las cargas del electroscopio se reordenan. Las positivas quedan en la parte superior y las negativas en la inferior. Por eso, las láminas también se separan, es decir, se repelen.

El Péndulo Eléctrico

Utilizado por Charles Augustin de Coulomb, consta de una bola aislada colgada de un hilo. Si tocamos la bola del péndulo con una varilla cargada (negativamente), esta adquiere carga eléctrica del mismo tipo que la varilla (negativa). Si ahora acercamos una varilla con carga positiva, esta atraerá a la bola.

El péndulo se utiliza para comprobar que las cargas del mismo signo se repelen y si tienen signo contrario, se atraen.

Cambios de Estado: Evaporación y Ebullición

• Evaporación: Es el cambio de estado de líquido a gas que se produce solo en la superficie del líquido.
• Ebullición: Es el cambio de estado de líquido a gas que tiene lugar en toda la masa del líquido.

Fórmulas Fundamentales de Estructura Atómica

Definiciones clave:

• A (Número Másico): Número de Protones + Número de Neutrones.
• Z (Número Atómico): Número de Protones.
• N: Número de Neutrones.

Relaciones:

A = Z + N
Z = A - N
N = A - Z

Cálculo de Electrones e Iones

Si el átomo es neutro (no presenta carga):

Número de Electrones = Número de Protones (Z)

Si el átomo presenta carga positiva, se denomina ion positivo o catión:

Número de Electrones = Número de Protones - Carga del Átomo (Z - Q)

Si el átomo presenta carga negativa, se denomina ion negativo o anión:

Número de Electrones = Número de Protones + Carga del Átomo (Z + Q)

Ejemplo de Cálculo (Catión)

A = 23 / Z = 11 / N = 23 - 11 = 12

Protones = 11
Neutrones = 12
Electrones (para un ion con carga +1) = 11 - 1 = 10

Nota: La notación de carga negativa en la parte superior del símbolo atómico implica que se debe sumar esa magnitud al número de electrones base (Z) para obtener el número total de electrones (formando un anión).