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jueves, 29 de junio de 2017

El Misterio del Atomo -Parte 1-

By Dick Reim

(Presentado en el Simposio de Ciencia de Lectores del Libro de Urantia 2016)


Abstracto
El misterio del átomo ha mantener a los investigadores tratando de desentrañar sus secretos durante más de 100 años. Al revisar los datos atómicos del pasado y reorganizar/ cambiar el nombre de los patrones estructurales básicos para evitar la confusión con los futuros lectores, se puede crear una tabla periódica de elementos más lógica. Usando los mismos patrones básicos heredados en la organización del electrón del átomo y luego aplicándolos a los protones y neutrones internos en el núcleo atómico, entonces se puede introducir un segundo gráfico.


La Tabla periodica de los elementos


La primera tabla periódica de elementos fue introducida en 1869 por Mendeleev. Esta tabla organizó los elementos por propiedades químicas y hoy en día sigue siendo utilizado por todas las clases de ciencias de la escuela primaria a través de colegios con títulos de posgrado. Las diferencias en los gráficos pueden ser vistas por los editores técnicos diversos, pero la organización principal sigue siendo la misma.

La teoría cuántica fue introducida a comienzos del 1900, que debería haber revolucionado la tabla periódica, pero de alguna manera fue omitida por la comunidad científica para crear un nuevo gráfico.

La Teoría cuántica

Esta palabra tenebrosa "cuántica" debe redefinirse en un término más significativo y fácil de entender. El átomo está compuesto de tres partículas básicas, el electrón, el protón y el neutrón. Los protones y los neutrones se encuentran en el núcleo del átomo mientras que los electrones están en órbitas alrededor de este núcleo.

La forma más fácil de entender la estructura atómica es fingir que el electrón vive en una dirección y en esa dirección la casa puede tener 1 o más dormitorios con literas. Saber dónde duerme el electrón es la teoría cuántica básica.

Los electrones en órbita alrededor de un átomo están situados en regiones llamadas "capas" o en términos sencillos "¿Qué Casa?" Los depósitos están definidos por los números 1, 2, 3, 4, 5, etc. (Nota: surge confusión cuando los libros de texto llaman estas capas por las letras K, L, M ... en vez de 1, 2, 3 ...).

Cuando se conoce la "Casa o capa", entonces será el dormitorio en el que vive el electrón. Los depósitos en el átomo se dividen en subcapas que son muy importantes. Capa 1 tiene 1 subcapa. Capa 2 tiene 2 subcapas. Capa 3 tiene 3 subcapas. Capas 7 tiene 7 subcapas. ¡Lo tengo! Así que la casa 7 debe ser grande, ya que tiene 7 subcapas o para que sea sencillo "7 dormitorios". Las subcapas son redefinidas por las letras A, B, C, D, E, F, G, etc. El número total de electrones permitidos en cada subcapa es el siguiente:

Subcapa A - 2 electrones máximo (dormitorio con 1 litera)

Subcapa B - 6 electrones máximo (dormitorio con 3 literas)

Subcapa C - 10 electrones máximo (dormitorio con 5 literas)

Subcapa D - 14 electrones máximo (dormitorio con 7 literas)

Subcapa E - 18 electrones máximo (dormitorio con 9 literas)

Subcapa F - 22 electrones máximo (dormitorio con 11 literas)

Subcapa G - 26 electrones 
máximo con el patrón de continuar.

(Nota: La confusión surge de nuevo cuando los libros de texto etiquetan las subcapas como S, P, D, F, G, H, ...). En la teoría cuántica el número cuántico para cada subcapa A, B, C, D, E, F, G .... Está representado por los números cuánticos de subcapa 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.

Ahora se deben definir las literas (o pares orbitales de electrones). Usaremos el mismo etiquetado que se usa en los libros de texto actuales, ya que existe un patrón ordenado como se muestra a continuación:

Subcapal A - 1 litera se llama 0

Subcapa B - 3 literas llamadas -1, 0, +1

Subcapa C - 5 literas llamadas -2, -1, 0, +1, +2

Subcapa D - 7 literas llamadas -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Subcapa E - 9 literas camas con el patrón continua

Lo último que se puede saber sobre un electrón es en qué cama duerme; La litera superior o litera inferior. Si un electrón está durmiendo en la litera superior, entonces siempre gira en sentido contrario a las agujas del reloj mientras se enrolla en su cama durante el sueño. Si está en la litera inferior, entonces siempre gira en el sentido de las agujas del reloj en su cama durante su estado de sueño. Estas dos condiciones se denominan spin de electrones y se definen a continuación:

Encimera en sentido contrario a las agujas - cama superior -1/2

Girar a la derecha - cama inferior +1/2

Ahora hemos definido todas las ubicaciones posibles del electrón. En términos de la teoría cuántica, el electrón tendrá su localización/espín definido por 4 números cuánticos; Capa, subcapa, orbital y spin; O en términos simples; Casa, dormitorio, litera, cama superior o inferior.

La figura 1 muestra el patrón básico de las capas y subcapas de cualquier átomo.

Figura 1- DIAGRAMA ATOMICO


Tabla externa del átomo

Suponga que cada dormitorio "subcapa" quería tener una competencia de tirón de la guerra entre todos los dormitorios en todas las otras casas. ¿Quién ganaría? Bueno, resulta que hay un orden exacto de la energía para cada dormitorio (subcapa). Comenzando desde la subcapal de energía más baja y trabajando más alto el orden parece comenzar desde la mayoría de las subcasas internas que trabajan hacia fuera hasta que un patrón de saltos emerge. Cuando se pone en una fila el patrón no es muy evidente como sigue:

1A, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 3C, 4B, 5A, 4C, 5B, 6A, 4D, 5C, 6B, 7A, 5D, 6C, 7B, 8A, etc

Otra manera de escribir esta secuencia es reemplazar cada subshell con el número máximo de electrones. Esta secuencia sería así:

2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 14 10 6 2 14 10 6 2

Ahora vamos a apilar esta secuencia de números manteniendo todos los 2 debajo de uno al otro.


                     2
                  2
            6    2
            6    2
       10  6    2
       10  6    2
14    10  6    2
14    10  6    2

¡Un patrón emerge!

Si uno reemplaza los números de nuevo a las anotaciones de capa / subcapa originales, obtendrá el patrón mostrado en la figura 2.

                     1A
                     2A
              2B   3A
              3B   4A
       3C   4B   5A
       4C   5B   6A
4D   5C   6B   7A
5D   6C   7B   8A
Figura 2

El patrón continúa hasta el infinito. Así que si usted comienza desde la parte superior y el trabajo de izquierda a derecha que va a subir en la secuencia de energía para la subcapa. 8A tendría la energía más alta de las subcapas mostradas y ganaría la competición de tirón-de-guerra si va contra cualquier dormitorio (subshell) enumerado antes de él. 1A siempre pierde porque tiene la energía más baja.

Así que ahora vamos a decir que un autobús escolar lleno de electrones está en camino a una excursión a "campamento cuántico". Las cabañas en el campamento serán nuestras casas. Cuando el autobús llega los electrones salen del autobús y deben ir al dormitorio adecuado en la cabina correcta.

Los dos primeros electrones irán a la cabina 1, dormitorio A.

Los dos electrones siguientes irán a la cabina 2, dormitorio A.

Los próximos seis electrones irán a la cabina 2, dormitorio B.

Los dos electrones siguientes irán a la cabina 3, dormitorio A

Los próximos seis electrones irán a la cabina 3, dormitorio B

Los próximos seis electrones irán a la cabina 4, dormitorio A (el aviso 3C sigue vacío)

Los próximos diez electrones irán a la cabina 3, dormitorio C

Los próximos seis electrones irán a la cabina 4, dormitorio B

Los dos electrones siguientes irán a la cabina 5, dormitorio A; La secuencia continúa

Ahora debemos definir cómo los electrones escogen su cama. Vamos a utilizar la cabina 3, dormitorio C como nuestro ejemplo. Sabemos que el dormitorio C tiene 5 literas llamadas -2, -1, 0, +1 y +2. A todos los electrones les encanta la litera superior que se llena primero a partir de -2, -1, luego 0, +1 y finalmente +2. Entonces el sexto, el séptimo, el octavo, el noveno y el décimo electrones llenarán las literas inferiores comenzando de nuevo con -2, -1, 0, +1 y +2. Este truco de llenado se llama "regla de Hund" que lleva el nombre del descubridor de esta secuencia. Todas las literas en todas las habitaciones se llenan en este orden a partir de la litera superior de la litera de número más bajo y terminando con la litera inferior de la litera número más alto.

Ahora tiene toda la información que necesita para poner cualquier electrón en la ubicación correcta.

Si tomamos el orden de relleno de subshell mostrado en la figura 2 y dibujamos cada subshell como un conjunto de bloques entonces tendremos el patrón mostrado en la figura 3. Estos bloques ahora representan las camas en las que los electrones pueden dormir. Los nombres de los pares orbitales o "literas" se muestran debajo de los bloques en la parte inferior de la tabla. Los símbolos de elemento también se pueden agregar a los bloques para completar el gráfico.

Figura 3- Tabla de átomos externos

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