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Boro

Boro

El boro es un elemento químico de la tabla periódica que tiene el símbolo B y número atómico 5. Es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe abundantemente en el mineral bórax. Hay dos alotropos del boro; el boro amorfo es un polvo marrón, pero el boro metálico es negro. La forma metálica es dura (9,3 en la escala de Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente. No se ha encontrado libre en la naturaleza.

Características principales

El boro es un elemento con vacantes electrónicas en el orbital p; por ello presenta una acusada apetencia de electrones, de modo que sus compuestos se comportan a menudo como ácidos de Lewis, reaccionando con rapidez con sustancias ricas en electrones. Entre las características ópticas de este elemento, se incluye la transmisión de radiación infrarroja. A temperatura ambiente, su conductividad eléctrica es pequeña, pero es buen conductor de la electricidad a alta temperatura. Este metaloide tiene la más alta resistencia a la tracción entre los elementos químicos conocidos; el material fundido con arco tiene una resistencia mecánica entre 1600 y 2400 MPa. El nitruro de boro, un aislante eléctrico que conduce el calor tan bien como los metales, se emplea en la obtención de materiales tan duros como el diamante. El boro tiene además cualidades lubricantes similares al grafito y comparte con el carbono la capacidad de formar redes moleculares mediante enlaces covalentes estables.

Aplicaciones

El compuesto de boro de mayor importancia económica es el bórax que se emplea en grandes cantidades en la fabricación de fibra de vidrio aislante y perborato de sodio. Otros usos incluyen:
- Las fibras de boro usadas en aplicaciones mecánicas especiales, en el ámbito aeroespacial, alcanzan resistencias mecánicas de hasta 3600 MPa.
- El boro amorfo se usa en fuegos artificiales por su color verde.
- El ácido bórico se emplea en productos textiles.
- Los compuestos de boro tienen muchas aplicaciones en la síntesis orgánica y en la fabricación de cristales de borosilicato.
- Algunos compuestos se emplean como conservantes de la madera, siendo de gran interés su uso por su baja toxicidad.
- El B-10 se usa en el control de los reactores nucleares, como escudo frente a las readiaciones y en la detección de neutrones. Los hidruros de boro se oxidan con facilidad liberando gran cantidad de energía por lo que se ha estudiado su uso como combustible de cohetes.

Formación

Atendiendo a la teoría del Big Bang, en el origen el Universo encontramos como elementos H (hidrógeno), He (helio) y Li-7 (litio-7), pero el B, el quinto elemento de la tabla periódica no tiene presencia apreciable. Por lo tanto en la condensación de las primeras nebulosas, se forman estrellas fundamentalmente de H con una porción de He (helio) y Li-7 (litio-7), en las que se dan los distintos procesos de formación de elementos (Cadena protón-protón, proceso triple a y ciclo CNO). Pero en ninguna de ellas se forma boro como producto, ya que a tales temperaturas (del orden de 107-108k) reacciona a un ritmo mayor del que se forma. Tampoco se forma boro durante el proceso de captura de neutrones, que da como resultado átomos de gran masa atómica. El B se forma en un proceso denominado astillamiento (spallation), que consiste en la rotura de núcleos más pesados que el boro a causa del bombardeo de rayos cósmicos. Al ser tan poco frecuente este proceso, la abundancia cósmica del boro es muy pequeña.

Historia

Los compuestos de boro (del árabe buraq y éste del persa burah) se conocen desde hace miles de años. En el antiguo Egipto la momificación dependía del natrón, un mineral que contenía boratos y otras sales comunes. En China se usaban ya cristales de bórax hacia el 300 adC, y en la antigua Roma compuestos de boro en la fabricación de cristal. A partir del siglo VIII los boratos fueron usados en procesos de refinería de oro y plata. En 1808 Humphry Davy, Gay-Lussac y L. J. Thenard obtuviern boro con una pureza del 50% aproximadamente, aunque ninguno de ellos reconoció la sustancia como un nuveo elemento, cosa que haría Jöns Jacob Berzelius en 1824. El boro puro fue producido por primera vez por el químico estadounidense W. Weintraub en 1909.

Obtención

El boro en su forma elemental no se encuentra en la naturaleza. La mayor fuente de boro son los boratos de depósitos evaporíticos, como el borax y, con menos importancia, la colemanita. El boro también precipita como ácido ortobórico H3BO3 alrededor de algunas fuentes y humos volcánicos, dando sasolitas. También se forman menas de boro naturales en el proceso de solidificación de magmas silicatados; estos depósitos son las pegmatitas. Los yacimientos más importantes de estas menas son los siguientes: yacimientos del borax se encuentran en California (EEUU), Tincalayu (Argentina) y Kirka (Turquía). De colemanita en Turquía y en el Valle de la Muerte (EEUU). Sasolitas en lugares geológicamente activos de la región de Lardarello (Italia). El boro puro es difícil de preparar; los primeros métodos usados requerían la reducción del óxido con metales como el magnesio o aluminio, pero el producto resultante casi siempre se contaminaba. Puede obtenerse por reducción de halogenuros de boro volátiles con hidrógeno a alta temperatura.

Abundancia en el universo

La abundancia del boro en el universo ha sido estimada en 0,001 ppm, abundancia muy pequeña que junto con las abundancias del litio y el berilio forma el trío de elementos "ligeros" más escasos en el universo, el resto de elementos de los cuatro primeros periodos –hasta y exceptuando el arsénico- son cuando menos diez veces más abundantes que el boro (exceptuando el escandio y el galio, que son aproximadamente cinco veces más abundantes que el boro).

Distribución del boro en el Sistema Solar

El boro posee un elevado punto de fusión (2348k), por lo tanto es un elemento refractario que condensa y se acreciona en las primeras fases de la condensación de una nebulosa. Este hecho lo sitúa en el Sistema Solar Interno, ya que durante la fase del Sol conocida como T-Tauri (fase inicial de la vida de una estrella, durante la cual emite viento solar con una gran intensidad) el viento solar produce un efecto de arrastre sobre las masas de partículas que orbitan alrededor, arrastrando las menos densas hacia el exterior (elementos volátiles) y permaneciendo las más densas (elementos refractarios). Es decir que encontraremos boro en los planetas rocosos que forman el Sistema Solar Interno, pero la abundancia descenderá mucho en los planetas gaseosos del Sistema Solar Externo.

Distribución del boro en los meteoritos

Los meteoritos (condritas y acondritas) muestran concentraciones de boro alrededor de 0,4 y 1,4 ppm respectivamente. Estas concentraciones son substancialmente mayores que las del universo, ya que otros elementos más volátiles que el boro se encuentran dispersos por el espacio en fase gaseosa (elementos atmófilos cómo el hidrógeno y el helio, que no se encuentran en forma de sólidos ni condensan), o formando "nubes" de gas alrededor de sólidos a causa de un campo gravitatorio, o en forma de fluido atmosférico. La abundancia de éstos elementos en fase gaseosa representa una buena parte de la abundancia de materia en el universo, y si consideramos que los meteoritos (ya sean condritas o acondritas), al ser sólidos, no disponen de estos elementos, o no disponen de ellos en abundancia, entonces la abundancia de los otros elementos se verá aumentada. La diferencia entre las abundancias de condritas y acondritas se entiende en el hecho de que el boro es un elemento exclusivamente litófilo, es decir que tiene preferencia a incorporarse a las fases líquidas silicatadas. Las condritas son rocas o muestras de roca extraterrestre que no ha pasado por un proceso de diferenciación, es decir que no ha llegado a fundirse ni a separarse en silicatos, metales y sulfuros. Las acondritas en cambio son muestras de roca silicatada, procedentes de masas diferenciadas, por ello su abundancia de boro es mayor que en las condritas.

El boro en la corteza terrestre

La concentración estimada del boro en la corteza terrestre es de 10ppm, y su masa de 2,4x1017kg. Actualmente se sabe que el boro es mucho más abundante en rocas sedimentarias (300ppm) que en rocas ígneas (3ppm), esta diferencia es consecuencia de tres características: la preferencia del boro por las fases fundidas (elemento incompatible), su alta movilidad en la fase acuosa y su fuerte afinidad por minerales arcillosos (elemento litófilo). El boro llega a la corteza terrestre a través de diferentes vías, y éstas son la precipitación atmosférica, que contiene pequeñas cantidades de boro en disolución; y el vulcanismo y la actividad geológica análoga, que liberan roca fundida con concentraciones variables de boro. También hay flujos del océano a la corteza oceánica en forma de sedimentación y diagénesis. Las vías de salida del boro curtical son la erosión y los procesos de subducción de placas. El boro tiende a concentrarse en las fases residuales de la parte fundida, los elementos que componen la masa de magma solidifican en función de su punto de fusión y de su compatibilidad con la fase sólida, de esta forma, en los sucesivos estadios de la solidificación, la concentración de los elementos incompatibles (entre ellos el boro) va aumentando en el magma, hasta que finalmente tenemos un líquido formado por elementos incompatibles que acaban solidificándose. Estos depósitos de elementos incompatibles son los que conocemos por el nombre de pegmatitas. Obedeciendo a este hecho las concentraciones del boro son relativamente bajas en basaltos (6-0,1ppm) y más altas en rocas más cristalizadas como el granito (85ppm) aunque también se encuentran altas concentraciones de boro en granitos derivados de rocas sedimentarias ricas en boro. Las pegmatitas pueden contener concentraciones de boro de 1360ppm. Durante el deterioro de rocas submarinas, las rocas ígneas se degradan y forman minerales arcillosos que adsorben boro del agua marina, de esta forma se enriquece en boro la masa de roca. Los basaltos de las islas magmáticas tienden a estar enriquecidos en boro; este enriquecimiento se atribuye a la deshidratación de los bloques rocosos subducidos, ricos en boro adsorbido por minerales arcillosos. Las fracciones ricas en boro toman parte en el proceso de fusión y las rocas volcánicas resultantes (andesitas y dioritas) están consecuentemente enriquecidas en boro. Minerales arcillosos (tales como ilitas, esmectitas y montmorillonitas) incorporan boro del agua tanto por adsorción como en forma de elemento de sustitución en la estructura. Las rocas sedimentarias de los océanos tienden a contener más boro que las rocas sedimentarias fluviales ya que el agua marina contiene mayor concentración de boro que las aguas continentales. El boro es adsorbido sólo a temperaturas inferiores a 40ºC, a más altas temperaturas (>150ºC) puede ser liberado del mineral, por ello, durante el metamorfismo de rocas sedimentarias mucho del boro adsorbido es liberado en el agua, y si se incrementa aún más el metamorfismo el boro como elemento sustituyente es también liberado, por lo tanto los sedimentos metamorfizados tienden a contener concentraciones de boro ampliamente menores que las equivalentes rocas sedimentarias sin metamorfizar. Los minerales principales en lo que encontramos boro son en su mayoría rocas evaporíticas, como el borax, altamente soluble en agua; la colemanita; la kernita (una forma parcialmente deshidratada del borax) y la ulexita. También existen importantes minerales del boro en forma de yacimientos de rocas ígneas, la datolita, el chorlo y la elbanita, estos minerales se clasifican en el grupo de los boratos (sales inorgánicas compuestas por boro y otros iones), exceptuando los dos últimos minerales mencionados, los cuales pertenecen al grupo de las turmalinas, que aparecen especialmente en filones del tipo pegmatítico.

El boro en la hidrosfera

El boro se encuentra en el agua marina en concentraciones estimadas en 4,6 ppm y en una masa de 5,4x1015kg. Se encuentra como componente de dos moléculas hidratadas; el B(OH)3 trigonal y el B(OH)4- tetraédrico. La proporción de las dos formas depende del pH del agua de mar y el equilibrio entre las concentraciones de las dos formas se encuentra en pH de 8,7-8,8, en medios más básicos predomina la forma tetraédrica y en medios más ácidos la trigonal. Debido al gran tiempo de residencia del boro en el agua de mar (25 millones de años), las concentraciones de B(OH)3 y B(OH)4- no varían significativamente en los distintos océanos. El boro llega a la hidrosfera desde los continentes mediante el ciclo del agua y por procesos de erosión de rocas, y desde la corteza oceánica por circulación hidrotermal, además también procede de la precipitación atmosférica.

El boro en la atmósfera

La atmósfera contiene unos 2,7x108kg de boro. Éste se encuentra en la troposfera en estado gaseoso en un 97%, el 3% restante se encuentra en estado sólido en forma de partículas. Los tiempos de residencia que se consideran para el boro troposférico en su forma gaseosa son de 19 a 36 días, para el boro particulado son de 2 a 6 días. Debido a estos tiempos de residencia tan bajos las concentraciones de boro son variables en distintos puntos de la atmósfera. El boro llega a la atmósfera a través de la evaporación del agua marina, entonces puede volver a los océanos o a los continentes por precipitación.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran dos isótopos de boro, B-11 (80,1%) y B-10 (19,9%).

Precauciones

Ni el boro ni los boratos son tóxicos; sin embargo algunos de los más exóticos compuestos de boro e hidrógenos son tóxicos y han de manipularse con cuidado.

Véase también

- Borazano Categoría: Elementos químicos ja:ホウ素 ko:붕소 th:โบรอน

Elemento químico

Un elemento químico, o solamente elemento, es una sustancia formada por átomos con el mismo número de protones en el núcleo. Este número se conoce como el número atómico del elemento. Por ejemplo, todos los átomos con 6 protones en sus núcleos son átomos del elemento químico carbono, mientras que todos los átomos con 92 protones en sus núcleos son átomos del elemento uranio. Actualmente se conocen en el mundo millones de compuestos que se encuentran de manera espontanea en la Naturaleza o que han sido creados por el hombre. Cada uno de estos compuestos es el resultado de la combinación de dos o más de estos elementos químicos. Se conocen más de 112 elementos. Algunos son muy comunes y necesarios, como el carbono, el oxígeno o el hidrógeno. Otros, creados artificialmente en aceleradores de partículas o en reactores atómicos, son tan raros que sólo existen durante milésimas de segundo. La ordenación de estos elementos en función de sus propiedades físicas y químicas, da lugar a la llamada tabla periódica. Fue ideada por un químico ruso, Mendeleiev el año 1869. Desde aquella primera tabla que contenía tan sólo 63 elementos hasta la actual que tiene más de 112, se han publicado más de setecientas. La mayoría mantienen el formato clásico, pero también las hay con representaciones bien curiosas, según que incidan en algún aspecto concreto como, por ejemplo, los elementos necesarios para la vida. Existe incluso una tabla futurista que prevé, con todas las reservas, los nuevos elementos que se pueden llegar a crear. Rusos, alemanes y norteamericanos, compiten en la carrera por conseguirlos, una competencia que a menudo genera polémica Categoría:Química ja:元素 ko:화학 원소 ms:Unsur kimia simple:Element th:ธาตุเคมี

Tabla periódica

- Lista de elementos por símbolo
- Listado alfabético de elementos químicos
- Dmitri Mendeleyev, el inventor de la tabla periódica.

Enlaces externos

- [http://www.enodisoft.tk/ EQTabla] Tabla periódica con datos, gráficas y recursos relacionados.
- [http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~jpccec/tablap/ Los elementos químicos]
- [http://www.geocities.com/tablaperiodica88/ Tabla periódica 8×8] y otras variantes.
- [http://www.fincher.org/Misc/mayan.shtml Tabla periódica estilo "calendario maya"], organizada de acuerdo a los orbitales atómicos (configuración electrónica); en inglés.
- [http://www.librys.com/sistemaperiodico/ Relación de tablas periódicas] Categoría:Elementos químicos als:Periodensystem ja:周期表 ko:주기율표 ms:Jadual berkala simple:Periodic table th:ตารางธาตุ

Semiconductor

__NOTOC__ Un semiconductor es un elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo eléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la tabla siguiente. El elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idéntico comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y III con los de los grupos VI y V respectivamente (AsGa, PIn, AsGaAl, TeCd, SeCd y SCd). De un tiempo a esta parte se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuración electrónica s²p².

Bandas de energía

Supongamos una red cristalina formada por átomos de silicio (o cualquier mezcla de las mencionadas). Cuando los átomos están aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el orbital p (6 estados con 2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía E_s y E_p respectivamente (punto A). A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua entre los átomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónico único. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp³ con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto B). Si se continua disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan a interferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía (punto C). Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son
- : #Banda de Valencia. 4 estados, con 4 electrones. #Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal. #Banda de Conducción. 4 estados, sin electrones. center

Conductividad eléctrica del cristal

Para que la conducción de la electricidad sea posible es necesario que haya electrones en la capa de conducción, así podemos considerar tres situaciones:
- Los metales, en los que ambas bandas de energía se superponen, son conductores.
- Los aislantes, en los que la diferencia existente entre las bandas de energía, del orden de 6 eV impide, en condiciones normales el salto de los electrones.
- Los semiconductores, en los que el salto de energía es pequeño, del orden de 1 eV, por lo que suministrando energía pueden conducir la electricidad; pero además, su conductividad puede regularse, puesto que bastará disminuir la energía aportada para que sea menor el número de electrones que salte a la banda de conducción; cosa que no puede hacerse con los metales, cuya conductividad es constante, o más propiamente, poco variable con la temperatura.

Tipos de semiconductores

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Semiconductores intrínsecos

Un cristal de silicio forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden, absorbiendo la energía necesaria, saltar a la banda de conducción, dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente son de 1,1 y 0,72 eV para el silicio y el germanio respectivamente. Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno, se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece invariable. Siendo n la concentración de electrones (cargas negativas) y p la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: :n_i = n = p siendo n_i la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura. Si se somete el cristal a una diferencia de tensión, se producen dos corrientes eléctricas. Por un lado la debida al movimiento de los electrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderán a saltar a los huecos próximos (2), originando una corriente de huecos en la dirección contraria al campo eléctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.

Semiconductores extrínsecos

Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, le añadimos un pequeño porcentaje de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al corespondiente átomo de silicio.

Semiconductor extrínseco tipo n

Es el que se ha dopado con elementos pentavalentes (As, P o Sb). Al tener éstos elementos 5 electrones en la última capa, resultará que al formarse, como antes, la estructura cristalina, el quinto electrón no estará ligado en ningún enlace covalente, encontrándose, aún sin estar libre, en un nivel energético superior a los cuatro restantes. Si como antes, consideramos el efecto de la temperatura, observaremos que ahora, además de la formación de pares e-h, se liberarán también los electrones no enlazados, ya que la energía necesaria para liberar el electrón excedente es del orden de la centésima parte de la correspondiente a los electrones de los enlaces covalentes (en torno a 0,01 eV). center Así, en el semiconductor aparecerá una mayor cantidad de electrones que de huecos; por ello se dice que los electrones son los portadores mayoritarios de la energía eléctrica y puesto que este excedente de electrones procede de las impurezas pentavalentes, a éstas se las llama donadoras. Aún siendo mayor n que p, la ley de masas se sigue cumpliendo, dado que aunque aparentemente sólo se aumente el número de electrones libres, al hacerlo, se incrementa la probabilidad de recombinación, lo que resulta en un disminución del número de huecos p, es decir: :n > n_i = p_i > p, tal que: n·p = n_i² Por lo que respecta a la conductividad del material, ésta aumenta enormemente, así, por ejemplo, introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Semiconductor extrínseco tipo p

Es el que se ha dopado con elementos trivalentes (Al, B, Ga o In). En este caso, las impurezas aportan una vacante, por lo que se las denomina aceptoras (de electrones, se entiende). Ahora bien, el espacio vacante no es un hueco como el formado antes con el salto de un electrón, si no que tiene un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia (del orden de 0,01 eV). center En este caso, los electrones saltarán a las vacantes con facilidad dejando huecos en la banda de valencia en mayor número que electrones en la banda de conducción, de modo que ahora son los huecos los portadores mayoritarios. Al igual que en el caso anterior, el incremento del número de huecos se ve compensado en cierta medida por la mayor probabilidad de recombinación, de modo que la ley de masas también se cumple en este caso: :p > p_i = n_i > n, tal que: n·p = n_i² Categoría:Física del estado sólido categoría:Elementos químicos por grupo ja:半導体 ko:반도체 th:สารกึ่งตัวนำ

Electrón

El electrón (Del griego elektron, ámbar), comunmente representado como e⁻) es una partícula subatómica. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto de protones y neutrones. Los electrones tienen la carga eléctrica más pequeña, y su movimiento genera corriente eléctrica. Dado que los electrones de las capas más externas de un átomo definen las atracciones con otros átomos, éstas partículas juegan un papel primordial en la química.

Historia y descubrimiento del electrón

La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. Influenciado por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos. Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón fue Thomson quién descubrió su carácter de partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909. George Paget Thomson, hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón probando la dualidad onda-corpúsculo postulada por la mecánica cuántica. Este descubrimento le valió el Premio Nobel de Física de 1937. El spin del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern-Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro, y la corriente generada por su movimiento con un galvanómetro.

Los electrones y la práctica

Clasificación de los electrones

El electrón en un tipo de partícula subatómica denominada leptón, que se cree que es una de las partículas fundamentales (es decir, que no puede ser dividida en constituyentes más pequeños) de acuerdo con el modelo estándar de partículas. Como toda partícula subatómica la mecánica cuántica predice un comportamiento ondulatorio de los electrones en ciertos casos, el más famoso de los cuales es el experimento de Young de la doble rendija en el que se pueden hacer interferir ondas de electrones. Esta propiedad se denomina dualidad onda-corpúsculo.

Propiedades y comportamiento de los electrones

El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1.6 × 10⁻¹⁹ culombios y una masa de 9.10 × 10⁻³¹ kg (0.51 MeV/c²), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene un spin 1/2, lo que implica que es un fermión, es decir, que se le puede aplicar la estadística de Fermi-Dirac. Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan indepentiendemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. En algunos superconductores los electrones se mueven en pareja. Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, este flujo se llama corriente eléctrica. La electricidad estática no es un flujo de electrones. Es mas correcto definirla como "carga estática", y está causada por un cuerpo cuyos átomos tienen más o menos electrones de los necesarios para equilibrar las cargas positivas de los núcleos de sus átomos. Cuando hay un exceso de electrones, se dice que el cuerpo está cargado negativamente. Cuando hay menos electrones que protones el cuerpo está cargado positivamente. Si el número total de protones y electrones es equivalente, el cuerpo está en un estado eléctricamente neutro. Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón. El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial. Sin embargo, en las cercanías de un electron pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea. Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2.8179 × 10⁻¹⁵ metros. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos.

Electrones en el Universo

Se cree que el número total de electrones que cabrían en el universo conocido es del orden de 10¹³⁰.

Electrones en la vida cotidiana

La corriente eléctrica que suministra energía a nuestros hogares está originada por electrones en movimiento. El tubo de rayos catódicos de un televisor se basa en un haz de electrones en el vacío desviado mediante campos magnéticos que impacta en una pantalla fosforescente. Los semiconductores utilizados en dispositivos tales como los transistores Más información en: Electricidad

Electrones en la industria

Los haces de electrones se utilizan en soldaduras.

Electrones en el laboratorio

El microscopio electrónico, que utiliza haces de electrones en lugar de fotones, permite ampliar hasta 500.000 veces los objetos. Los efectos cuánticos del electron son la base del microscopio de efecto túnel, que permite estudiar la materia a escala atómica.

Los electrones y la teoría

En la mecánica cuántica, el electron es descrito por la ecuación de Fermi-Dirac. En el modelo estándar de la física de partículas forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interacciónan de forma débil. El electrón tiene dos patrones masivos adicionales, el muón y el tauón. El equivalente al electron en la antimateria, su antipartícula, es el positrón, que tiene la mísma cantidad de carga eléctrica que el electrón pero positiva. El spin y la masa son iguales en el electrón y el positrón. Cuando un electrón y un positrón colisionan, tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma con una energía de 0,500 Mev cada uno. Los electrones son un elemento clave en el electromagnetismo, una teoría que es adecuada desde un punto de vista clásico, aplicable a sistemas macroscópicos.

Véase también

- Física de Partículas
- Modelo estándar
- Partícula subatómica
- Protón
- Neutrón
- Rayos catódicos

Enlaces relacionados

- [http://pdg.lbl.gov/ Particle Data Group] Categoría:Física nuclear y de partículas ja:電子 ko:전자 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

Radiación infrarroja

La radiación infrarroja o radiación térmica es un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. luz El nombre de infrarrojo, que significa por debajo del rojo, proviene de que fue observada por primera vez al dividir la luz solar en diferentes colores por medio de un prisma que separaba la luz en su espectro verticalmente de manera que el rojo era el que estaba mas abajo y el violeta el mas arriba. Aunque estas experiencias habían sido realizadas anteriormente por Isaac Newton, William Herschel observó en el año 1800 que se recibía radiacion debajo del rojo al situar termómetros en las diferentes zonas irradiadas por el espectro. Su longitud de onda, entre 700 nanometros y un milímetro, es la siguiente en longitud al rojo, el color de longitud de onda más larga de la luz visible. Los infrarrojos se subdividen en infrarrojos cortos (0,7-5 µm), infrarrojos medios (5-30 µm) e infrarrojos largos (30-1000 µm). Sin embargo, esta clasificación no es precisa porque en cada área de utilización, se tiene una idea de los límites de los diferentes tipos. Los infrarrojos están asociados al calor debido a que a temperatura normal los objetos emiten espontáneamente radiaciones en el campo de los infrarrojos.

Utilidad de los rayos infrarrojos

Los infrarrojos se utilizan en los equipos de visión nocturna cuando la cantidad de luz visible es insuficiente para ver los objetos. La radiación se recibe y después se refleja en una pantalla. Los objetos más calientes se convierten en los más luminosos. Un uso muy común es el que que hacen los comandos a distancia (telecomandos) que generalmente utilizan los infrarrojos en vez de ondas de radio ya que no interfieren con otras señales electromagnéticas como las señales de televisión. Los infrarrojos también se utilizan para comunicar a corta distancia los ordenadores con sus periféricos. Los aparatos que utilizan este tipo de comunicación cumplen generalmente un estándar publicado por [http://www.irda.org Infrared Data Association]. La luz utilizada en las fibras ópticas es generalmente de infrarrojos.

Historia

Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel, un astrónomo inglés de origen alemán. Hershell colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y observó que allí no había luz. Esta es la primera experiencia que muestra que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Los primeros detectores de radiación infrarroja eran bolómetros, instrumentos que captaban la radiación por el aumento de temperatura producido en un detector absorbente.

Interacción de la radiación térmica con los cuerpos

Todos los cuerpos emiten y absorben radiación de su entorno. Si el cuerpo está más caliente que su entorno, se enfriará, ya que la rapidez con que emite energía excede la rapidez con que la absorbe. Cuando alcanza el equilibrio térmico, la rapidez de emisión y la de absorción son iguales. Del mismo modo, dos cuerpos que se encuentran en el vacío y a distintas temperaturas, tienden a llegar al equilibrio dinámico a través de la radiación.

Véase también

- Espectroscopia infrarroja
- Efecto invernadero
- Radiancia Espectral Categoría: Termodinámica ja:赤外線

Pascal

El término Pascal puede referirse a una de las siguientes acepciones:
- Blaise Pascal: matemático y físico francés.
- Lenguaje de programación Pascal
- Pascal: unidad de presión.

Nitruro de boro

Propiedades
General
Nombre	Nitruro de boro
Fórmula química	B N
Apariencia	sólido blanco
Físicas
Peso molecular	24,8 uma
Punto de ebullición	sublima a 3273 K (3000 °C)
Densidad	2,2 ×10³ kg/m³
Estructura cristalina	acodado
Solubilidad	insoluble
Termoquímica
Δ_fH⁰_gas	476,98 kJ/mol
Δ_fH⁰_sólido	-250,91 kJ/mol
S⁰_{gas, 1 bar}	212,36 J·mol^-1·K^-1
S⁰_sólido	14,77 J·mol^-1·K^-1
Riesgos
Ingestión	Clasificado como "no riesgoso"
Inhalación	?
Piel	?
Ojos	?
Más información	?
Exenciones y referencias

El nitruro de boro es un compuesto binario del boro, que consiste en proporciones iguales de boro y nitrógeno. Categoría:Hidrácidos ja:窒化ホウ素

Aislante eléctrico

Se denomina aislantes eléctricos a los materiales con escasa conductividad eléctrica. En existen cuerpos absolutamente aisladores o conductores, sino mejores o peores conductores. Son utilizados para evitar cortocircuitos forrando con ellos los conductores eléctricos y para mantener alejadas del usuario determinadas partes de los sistemas eléctricos que, de tocarse accidentalmente cuando se encuentran en tensión, pueden producir una descarga. Los más frecuentemente utilizados son los materiales plásticos y las cerámicas. El comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que se establece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existencia de electrones libres capaces de conducir la electricidad a través del material (para más detalles ver semiconductor). Un material aislante de la electricidad tiene una resistencia teóricamente infinita. Algunos materiales, como el aire o el agua, son aislantes bajo ciertas condiciones pero no para otras. El aire, por ejemplo, aislante a temperatura ambiente y bajo condiciones de frecuencia de la señal y potencia relativamente bajas, puede convertirse en conductor. Categoría:Electricidad

Metal

:Esta página se refiere al material. Para otras acepciones, vea Metal (desambiguación), Heavy Metal. Un metal es un material distinguido por su habilidad para conducir calor y electricidad. Están agrupados en la tabla periódica de los elementos. Tienen de 1 a 3 electrones de valencia, siendo sus átomos poco electronegativos y teniendo una baja energía de ionización. Los metales tienen ciertas propiedades físicas características: pueden ser brillantes, tener alta densidad, ser dúctiles y maleables, tener un punto de fusión alto, ser duros, y ser buenos conductores del calor y electricidad. Estas propiedades se deben al hecho de que los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de mar que los baña a todos (ver semiconductor), que se conoce como Enlace metálico. Los metales pueden formar aleaciones entre sí y se clasifican en:
- Ultraligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 2. Los más comunes de este tipo son el magnesio y el berilio.
- Ligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 4,5. Los más comunes de este tipo son el aluminio y el titanio.
- Pesados: Densidad en g/cm³ superior a 4,5. Son la mayoría de los metales.

Véase también

- Tabla periódica
- Metalurgia
- Siderurgia
- Prueba de tensión categoría:Metales categoría:Metalurgia ja:金属 ko:금속 simple:Metal th:โลหะ

Dureza

La dureza (en inglés, hardness) es la capacidad que tiene un material de soportar esfuerzos sin deformarse permanentemente. No debe confundirse con la tenacidad (en inglés, toughness). Hay diversas formas de medir la dureza, si bien la mayoría consiste en utilizar un pequeño indentador, es decir, un dispositivo que trata de penetrar el material, que puede ser un pequeño balín o una aguja.

Escala de Mohs

En mineralogía se utiliza la escala de Mohs, creada por el austríaco Friedrich Mohs, que mide la resistencia al rayado de los materiales.

Escalas de uso industrial

En metalurgia la dureza se mide mide mediante el ensayo de penetración. Dependiendo del tipo de punta empleada y del rango de cargas aplicadas, existen diferentes escalas, adecuadas para distintos rangos de dureza. El interés de la determinación de la dureza de los metales, estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica en los aceros al carbono, siendo un método de ensayo más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido. Hasta la aparición de la primera máquina Brinell para la determinación de la dureza, ésta se medía de forma cualitativa empleando una lima de acero templado que era el material más duro que se empleaba en los talleres.

Escalas de uso industrial actuales

Dureza Brinell: Emplea como punta una bola de acero. Para materiales duros, es poco exacta. Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el pequeño tamaño de la huella. Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido algún tratamiento de endurecimiento superficial. Dureza Webster: Emplea máquinas manuales en la medición, siendo apto para piezas de difícil manejo como perfiles largos extruidos. El valor obtenido se suele convertir a valores Rockwell. Dureza Vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la escala Brinell. Categoría:Ingeniería mecánica Categoría:Mineralogía ja:硬さ

Carbono

El carbono es un elemento químico de número atómico 6 y símbolo C. Es sólido a temperatura ambiente. Dependiendo de las condiciones de formación puede encontrarse en la naturaleza en distintas formas alotrópicas, carbono amorfo y cristalino en forma de grafito o diamante. Es el pilar básico de la química orgánica, se conocen cerca de 10 millones de compuestos de carbono, y forma parte de todos los seres vivos.

Características secundarias

El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, sorprendentemente, una de las sustancias más blandas (el grafito) y una de las más duras (el diamante) y desde el punto de vista económico uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples; así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno forma gran variedad de compuestos, como por ejemplo los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además proporciona, a través del ciclo carbono-nitrógeno, parte de la energía producida por el Sol. y es un elemento tan al pedo

Estados alotrópicos

Se conocen cuatro formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito, diamante, fullerenos y nanotubos. El 22 de marzo de 2004 se anunció el descubrimiento de una quinta forma alotrópica (nanoespumas) [http://www.nature.com/nsu/040322/040322-5.html]. La forma amorfa es esencialmente grafito, pero que no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica. Esta es la forma presente en la mayoría de los carbones y en el hollín. carbones A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito en la que cada átomo está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; en este estado, 3 electrones se encuentran en orbitales híbridos planos sp² y el cuarto en el orbital p. Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica) tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del 30% de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos mecánicos, y ésta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de 1000 ºC. Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito es conductor de la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo separadas por átomos intercalados se encuentran unidas por enlaces de Van de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras. enlaces de Van de Waals A muy altas presiones, el carbono adopta la forma del diamante en el cual cada átomo está unido a otros cuatro átomos de carbono, encontrándose los 4 electrones en orbitales sp³, como en los hidrocarburos. El diamante presenta la misma estructura cúbica que el silicio y el germanio, y gracias a la resistencia del enlace químico carbono-carbono es, junto con el nitruro de boro, la sustancia más dura conocida. La transición a grafito a temperatura ambiente es tan lenta que es indetectable. Bajo ciertas condiciones, el carbono cristaliza como lonsdaleíta, una forma similar al diamante pero hexagonal. El orbital híbrido sp¹ que forma enlaces covalentes sólo es de interés en química, manifestándose en algunos compuestos, como por ejemplo el acetileno. acetileno Los fullerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento hexagonal se combina con pentágonos (y posiblemente heptágonos) lo que curva los planos y permite la aparición de estructuras de forma esférica, elipsoidal y cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono presenta una estructura tridimensional similar a un balón de fútbol. Las propiedades de los fullerenos no se han determinado por completo y aún se siguen investigando. A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, de forma cilíndrica rematados en sus extremos por hemiesferas (fullerenos), y que constituyen uno de los primeros productos industriales de la nanotecnología.

Aplicaciones

El principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos; especialmente los combustibles fósiles petróleo y gas natural; del primero se obtienen por destilación en las refinerías gasolinas, keroseno y aceites y es además la materia prima empleada en la obtención de plásticos, mientras que el segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia. Otros usos son:
- El isótopo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940, se usa en la datación radiométrica.
- El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices. Además se utiliza como aditivo en lubricantes. Las pinturas anti-radar utilizado en el camuflaje de vehículos y aviones militares están basadas igualmente en el grafito intercalando otros compuestos químicos entre sus capas.
- El diamante se emplea para la construcción de joyas y como material de corte aprovechando su dureza.
- Como elemento de aleación principal de los aceros (aleaciones de hierro).
- En varillas de protección de reactores nucleares.
- Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
- El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de agua.
- El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito es fuente de los fullerenos que pueden ser extraidos con disolventes orgánicos.
- Las fibras de carbón (obtenido generalmente por termólisis de fibras de poliacrilato) se añaden a resinas de poliester donde mejoran mucho la resistencia mecánica sin aumentar el peso. Las propiedades químicas y estructurales de los fullerenos, en la forma de nanotubos prometen usos futuros en el incipiente campo de la nanotecnología.

Historia

El carbón (del latín carbo, carbón) fue descubierto en la prehistoria y ya era conocido en la antigüedad en la que se manufacturaba carbón mediante la combustión incompleta de materiales orgánicos. Los últimos alótropos conocidos, los fullerenos, fueron descubiertos como subproducto en experimentos realizados con haces moleculares en la década de los 80.

Abundancia y obtención

El carbón no se creó durante el Big Bang porque hubiera necesitado la triple colisión de partículas alfa (núcleos atómicos de helio) y el universo se expandió y enfrió demasiado rápido para que la probabilidad de que ello aconteciera fuera significativa. Donde sí ocurre este proceso es en el interior de las estrellas (en la fase «RH (Rama horizontal)») donde este elemento es abundante, encontrándose además en otros cuerpos celestes como los cometas y en las atmósferas de los planetas. Algunos meteoritos contiene diamantes microscópicos que se formaron cuando el sistema solar era aún un disco protoplanetario. En combinación con otros elementos, el carbono se encuentra en la atmósfera terrestre y disuelto en el agua, y acompañado de menores cantidades de calcio, magnesio y hierro forma enormes masas rocosas (caliza, dolomía, mármol, etc.). El grafito se encuentra en grandes cantidades en Estados Unidos, Rusia, México, Groenlandia e India. Los diamantes naturales se encuentran asociados a rocas volcánicas (kimberlita y lamproíta). Los mayores depósitos de diamantes se encuentran en el continente africano (Sudáfrica, Namibia, Botswana, República del Congo y Sierra Leona. Existen además depósitos importantes en Canadá, Rusia, Brasil y Australia.

Compuestos inorgánicos

(Para los compuestos orgánicos consultar el artículo química orgánica.) El más importante óxido de carbono es el dióxido de carbono (CO₂), un componente minoritario de la atmósfera terrestre (del orden del 0,04% en peso) producido y usado por los seres vivos (ver ciclo del carbono). En el agua forma trazas de ácido carbónico (H₂CO₃) —las burbujas de muchos refrescos— pero al igual que otros compuestos similares es inestable, aunque a través de él pueden producirse iones carbonato estables por resonancia. Algunos importantes minerales, como la calcita son carbonatos. Los otros óxidos son el monóxido de carbono (CO) y el más raro subóxido de carbono (C₃O₂). El monóxido se forma durante la combustión incompleta de materias orgánicas y es incoloro e inodoro; dado que la molécula de CO contiene un enlace triple, es muy polar por lo que manifiesta una acusada tendencia a unirse a la hemoglobina impidiéndoselo al oxígeno, por lo que se dice que es un asfixiante de sustitución. El ión cianuro (CN^-), tiene una estructura similar y se comporta como los iones haluro. Con metales, el carbono forma tanto carburos como acetiluros, ambos muy ácidos. A pesar de tener una electronegatividad alta, el carbono puede formar carburos covalentes como es el caso de carburo de silicio (SiC) cuyas propiedades se asemejan a las del diamante.

Isótopos

En 1961 la IUPAC adoptó el isótopo C-12 como la base para la masa atómica de los elementos químicos. El carbono-14 es un radioisótopo con una vida media de 5715 años que se emplea de forma extensiva en la datación de especímenes orgánicos. Los isótopos naturales y estables del carbono, son el C-12 (98,89%) y el C-13 (1,11%). Las proporciones de estos isótopos en un ser vivo o medio concreto se expresan en variación (±‰) respecto de la referencia VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite; fósiles cretácicos de belemnites en Carolina del Sur). La δC-13 de la atmósfera terrestre es -7‰. Durante la fotosíntesis, el carbono fijado en los tejidos de las plantas es, sin embargo, significativamente más pobre en C-13 que la atmósfera. La mayoría de las plantas presentan valores de δC-13 entre -24 y -34‰; otras plantas acuáticas, de desierto, de marismas saladas y hierbas tropicales, presentan valores de δC-13 entre -6 y -19‰ debido a diferencias en la reacción de fotosíntesis; un tercer grupo intermedio constituido por las algas y líquenes presentan valores entre -12 y -23‰. El estudio comparativo de los valores de δC-13 en plantas y organismos puede proporcionar valiosa información relativa a la cadena alimenticia de los seres vivos.

Precauciones

Los compuestos de carbono tienen un amplio rango de toxicidad. El monóxido de carbono, presente en los gases de escape de los motores de combustión y el cianuro (CN) son extremadamente tóxicos para los mamíferos, entre ellos las personas; los gases orgánicos eteno, etino y metano son explosivos e inflamables en presencia de aire. Muchos otros compuestos no son, por el contrario, tóxicos sino esenciales para la vida. Traducción original de la versión inglesa: [http://enciclopedia.us.es/index.php/Carbono Enciclopedia Libre]

Referencias externas

- [http://www.carbon.es.tt Divulgación sobre ciencia y tecnología de los materiales de carbón, el elemento carbono y sus formas alotrópicas]
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/index.html WebElements.com - Carbono]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/C.html EnvironmentalChemistry.com - Carbono]
- [http://education.jlab.org/itselemental/ele006.html It's Elemental - Carbono]
- [http://www.vincentherr.com/cf/ Fullerenos y otros estados alotrópicos]; modelos realizados por Vincent Herr.
- [http://www.mtas.es/insht/ipcsnspn/nspn0702.htm Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de España]: Ficha internacional de seguridad química del carbono. Categoría: Elementos químicos ja:炭素 ko:탄소 ms:Karbon simple:Carbon th:คาร์บอน

Enlace covalente

Enlace covalente hidrógeno y carbono - Metano
imagen:covalent.png

A diferencia del enlace iónico, en el que se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro, en el enlace químico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. Si consideramos dos átomos de hidrógeno, a medida que se aproximan entre sí, se van haciendo notar las fuerzas que atraen a cada electrón al núcleo del otro átomo, hasta que dichas fuerzas de atracción se llegan a compensar con la repulsión que los electrones sienten entre sí. En ese punto, la molécula presenta la configuración más estable. Lo que ha sucedido es que los orbitales de ambos electrones se han solapado, de modo que ahora es imposible distinguir a qué átomo pertenece cada uno de los electrones. Si embargo, cuando los átomos son distintos, los electrones compartidos no serán atraidos por igual, de modo que éstos tenderán a aproximarse hacia el átomo más electronegativo, es decir, aquél que tenga una mayor apetencia de electrones. Este fenómeno se denomina polaridad, y resulta en un desplazamiento de las cargas dentro de la molécula. Se podría decir que al átomo más electronegativo no le gusta mucho compartir sus electrones con los demás átomos, y en el caso más extremo, deseará que el electrón le sea cedido sin condiciones formándose entonces un enlace iónico, de ahí que se diga que los enlaces covelentes polares tiene, en alguna medida, carácter iónico . Cuando la diferencia de electronegatividades es nula (dos átomos iguales), el enlace formado será covalente; para una diferencia de electronegatividades de 1,7 el carácter iónico alcanza ya el 50%, y para una diferencia de 3, será del 95%. Así pues, para diferencias de electronegativades mayores de 1,7 el enlace será predominantemente de carácter iónico, como sucede entre el oxígeno o flúor con los elementos de los grupos 1 y 2; sin embargo, cuando está entre 0 y 1,7 será el carácter covalente el que predomine, como es el caso del enlace C-H. categoría:Enlaces químicos ja:共有結合

Perborato de sodio

El perborato de sodio es la sal sódica del ácido perbórico. El anión perborato es un oxidante, como el permanganato, el agua oxigenada o la lejía. El perborato de sodio monohidrato es utilizado comunmente en la elaboración de productos como: polvo de lavar (detergentes en polvo) como blanqueador químico, blanqueadores de color, fabricación de algunos tipos de vidrio y algunos plásticos. El perborato de sodio monohidratado puede blanquear y generar oxígeno en una solución acuosa sólo cuando esta alcanza una temperatura igual o superior a 60°C (en el caso de una solución detergente, la acción oxidante que produce el blanqueo es desarrollada por la liberación del oxígeno de la molécula de perborato) otra forma de producir la liberación del oxígeno, es el agregado al producto terminado o a la solución de lavado de un activador de perborato, mas conocido como TAED. categoría:Sales ternarias ácidas

Fuegos artificiales

La pirotecnia consta de dispositivos explosivos que generan flamas y chispas de colores al entrar en combustión. Estos dispositivos son conocidos como fuegos artificiales y son empleados en exhibiciones y festejos. ver:
- Toro de fuego (Ayerbe) Categoría:Explosivos ja:花火 ms:Bunga api

Madera

La madera es un material encontrado como principal contenido del tronco de una planta, especialmente en árboles. Los árboles se caracterizan por tener troncos que crecen cada año y que están compuestos por fibras de celulosa unidos con lignina. Las plantas que no producen madera son conocidas como herbáceas. La madera la produce y la utiliza la planta para fines estructurales y, porque resulta ser un material estructural efectivo y, por ello es muy utilizado por seres humanos. Una vez cortada y seca, la madera se utiliza para muy diferentes aplicaciones. Una de ellas es la fabricación de pulpa o pasta, materia prima para hacer papel. Artistas y carpinteros tallan y unen trozos de madera con herramientas especiales, para fines prácticos o artísticos. La madera es también un material de construcción muy importante desde los comienzos de las construcciones humanas y permanece siéndolo hoy. En la actualidad, muchos de los usos de la madera pueden ser cubiertos por metales o plástico. categoría:Materiales

Reactor nuclear

Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción nuclear controlada. Se puede utilizar para la obtención de energía, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, para ser usados en armamento nuclear, la propulsión de buques o de satélites artificiales o para investigación. Una central nuclear puede tener varios reactores. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fisión aunque existen reactores nucleares de fusión experimentales. La potencia de un reactor de fisión puede variar desde unos pocos kW térmicos a unos 4500 MW térmicos (1500 MW "eléctricos"). Deben ser instalados en zonas cercanas al agua, como cualquier central térmica, para refrigerar el circuito, y se emplazan en zonas sísmicamente estables para evitar accidentes. Poseen grandes medidas de seguridad. No emiten gases que dañen la atmósfera pero producen residuos radiactivos que duran decenas de miles de años.

Reactor nuclear de fisión

Un reactor nuclear de fisión consta de las siguientes partes esenciales: # Combustible.-Isótopo fisionable (divisible) y/o fertil (puede convertirse en fisionable por activación neutrónica): Uranio-235, Uranio-238, Plutonio-239, Torio-232, o mezclas de estos (combustible típico en la actualidad es el MOX, Mezcla de Óxidos de Uranio y Plutonio). # Moderador.- Agua, agua pesada, helio, grafito, sodio metálico: Cumplen con la función de frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fisión, para que tengan la oportunidad de interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción. # Refrigerante.- Agua, agua pesada, anhídrido carbónico, helio, sodio metálico: Conduce el calor generado hasta un intercambiador de calor, o bien directamente a la turbina generadora de electricidad o propulsión. # Reflector.- Agua, agua pesada, grafito, uranio: Reduce el escape de neutrones y aumenta la eficiencia del reactor. # Blindaje.- Hormigón, plomo, acero, agua: Evita la fuga de radiación gamma y neutrones rápidos. # Material de control.- Cadmio o Boro: Hace que la reacción en cadena se pare. Son muy buenos absorbentes de neutrones. Generalmente se usan en forma de barras (de acero borado por ejemplo) o bien disuelto en el refrigerante. # Elementos de Seguridad.- Todas las centrales nucleares de fisión, constan en la actualidad de múltiples sistemas, activos (responden a señales eléctricas), o pasivos (actúan de forma natural, por gravedad, por ejemplo). La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de radiactividad al exterior del reactor.

Tipos de reactores nucleares de fisión

Existen varios tipos básicos en la actualidad: LWR - Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como Refrigerante y Moderador el agua. Como Combustible uranio enriquecido. Los más utilizados son los BWR (Boiling Water Reactor ó Reactores de Agua en Ebullición) y los PWR (Pressure Water Reactor ó Reactores de Agua a Presión), estos últimos considerados en la actualidad como el estándar. (345 en funcionamiento en el 2001) CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadá Deuterio Uranio): Utilizan como Moderador Agua pesada (compuesta por dos átomos de deuterio y uno de oxígeno) y como Refrigerante agua común. Como Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en el 2001) FBR - Fast Breeder Reactors (Reactores Rápidos Realimentados): Utilizan neutrones rápidos en lugar de térmicos para la consecución de la fisión. Como Combustible utiliza plutonio y como Refrigerante sodio líquido. Este reactor no necesita Moderador. (4 en funcionamiento en el 2001) HTGR - High Temperature Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por Gas): Usa una mezcla de torio y uranio como Combustible. Como Refrigerante utiliza helio y como Moderador grafito. (34 en funcionamiento en el 2001) RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia): Su principal función es la producción de plutonio, y como subproducto genera electricidad. Utiliza grafito como Moderador y agua como Refrigerante. Uranio enriquecido como Combustible. Puede recargarse en marcha. Tiene un coeficiente de reactividad positivo. (14 en funcionamiento en el 2001) ADS - Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador): Utiliza una masa subcrítica de torio, en la que se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de partículas, de neutrones en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación, y una de sus funciones fundamentales será la eliminación de los residuos nucleares producidos en otros reactores de fisión.

Reactor nuclear de fusión

Instalación destinada a la producción de energía mediante la fusión nuclear. A pesar que la investigación en este campo se ha prolongado durante 50 años, no se ha conseguido aún mantener una reacción de fusion controlada. La mayor dificultad se haya en soportar la enorme presión y temperatura que requiere una fusión nuclear (que solo es posible encontrar de forma natural en el núcleo de una estrella). Además este proceso requiere una enorme inyección de energía inicial (aunque luego se podria automantener ya que la energía desprendida es mucho mayor) Actualmente existen dos líneas de investigación, el confinamiento inercial y el confinamiento magnético. El confinamiento inercial consiste en contener la fusión mediante el empuje de particulas o de rayos laser proyectados contra una párticula de combustible, que provocan su ignición instantánea. El confinamiento magnético consiste en contener el material a fusionar en un campo magnético mientras se le hace alcanzar la temperatura y presión necesarias. El hidrógeno a estas temperaturas alcanza el estado de plasma. Los primeros modelos magnéticos, americanos, conocidos como Stellarator generaban el campo directamente en un reactor toroidal, con el problema de que el plasma se filtraba entre las lineas del campo. Los ingenieros rusos mejoraron este modelo dando paso al Tokamak en el que un arrollamiento de bobina primario inducía el campo sobre el plasma, aprovechando que es conductor, y utilizandolo de hecho como un arrollamiento secundario. Ademas la resistencia eléctrica del plasma lo calentaba. Sin embargo el mayor reactor de este tipo, el JET (toro europeo conjunto) no ha logrado mantener una mezcla a la temperatura (1 millón de grados) y presión necesarias para que se mantuviera la reacción. Se ha comprometido la creación de un reactor aun mayor, el ITER uniendo el esfuerzo internacional para lograr la fusión. Aun en el caso de lograrlo seguiría siendo un reactor experimental y habría que construir otro prototipo para probar la generación de energía, el llamado proyecto DEMO.

Posibles combustibles para reactores de fusión nuclear

La reacción óptima para producir energía por fusión es la del deuterio y tritio debido a su elevada sección eficaz. Es también, por ello, la más usada en las pruebas experimentales. La reacción es la siguiente:

D+T\rightarrow^4He+n

Obtener deuterio no es difícil ya que es un elemento estable y abundante que se formó en grandes cantidades en la sopa primordial de partículas (véase Big Bang). En el agua una parte por 5000 es deuterio. Esto significa que hay 30 gramos de material en cada metro cúbico de agua. En un reactor automantenido la reacción deuterio-tritio generaría energía y neutrones. Los neutrones son la parte negativa de la reacción y hay que controlarlos ya que las reacciones de captación de neutrones en las paredes del reactor o en cualquier átomo del reactivo pueden inducir radioactividad. De hecho, los neutrones, con tiempo suficiente pueden llegar a debilitar la estructura del propio contenedor con el consecuente riesgo de que se produzcan peligrosas fisuras. Para ello están los moderadores y blindajes de neutrones tales como el agua pesada, el berilio, el sodio o el carbono como moderadores muy usados en las centrales de fisión, o el boro y el cadmio, usados como productos que paran completamente los neutrones absorbiéndolos. Si se quiere fabricar un reactor realmente limpio habrá que buscar otras fórmulas. Se ha planteado una doble solución al problema de los neutrones y al de la abundancia del tritio. El tritio no se encuentra en la naturaleza ya que es radioactivo así que hay que fabricarlo. Para obtenerlo se puede recurrir a las centrales de fisión, donde se puede generar por la activación del hidrógeno contenido en el agua, o al bombardeo del litio, material abundante en la corteza terrestre, con neutrones.

^6Li+n\rightarrow^4He+T

^7Li+n\rightarrow^4He+T+n

Hay dos isótopos estables del litio el litio-6 y el litio-7 siendo éste último mucho más abundante. Por desgracia, la reacción que absorbe neutrones es la que se da con el litio-6, el menos abundante. Todo esto tampoco evita que muchos neutrones acaben impactando con las paredes del propio reactor con la subsiguiente fabricación de átomos radioactivos. A pesar de ello una de las propuestas para el ITER es la de recubrir las paredes con litio-6 el cual pararía una buena parte de los neutrones para producir más tritio. Debido a todos estos problemas se están investigando otras reacciones de sección eficaz alta pero más limpias. Una de la más prometedoras es la del deuterio más helio-3.

D+^3He\rightarrow^4He+p

El problema en ésta reacción reside en la menor sección eficaz con respecto a la de deuterio-tritio y en la propia obtención del helio-3 que es el isótopo más raro de dicho elemento. Los protones no entrañan tanto peligro como los neutrones ya que estos no serán fácilmente captados por los átomos debido a la barrera coulombiana que deben atravesar cosa que con las partículas de carga neutra como los neutrones no ocurre. Además un protón puede ser manipulado mediante campos electromagnéticos. Una solución para obtener helio-3 artificialmente sería la de incorporar, en el propio reactor, la reación deuterio-deuterio.

D+D\rightarrow^3He+n

El problema, como vemos, es que, de nuevo, obtenemos un neutrón residual. Cosa que nos devuelve de nuevo al problema de los neutrones. Quizá la clave fuera la obtención de helio-3 natural, pero éste es extremadamente raro en la Tierra. Hay que tener en cuenta que el poco helio-4 natural que se produce por radioactividad tiende a escapar de nuestra densa atmósfera. Ya no digamos pues el helio-3 primordial del cual apenas debe quedar nada en nuestro planeta. Lo curioso es que dicho isótopo es abundante en la Luna. Se encuentra esparcido por su superficie y proviene del viento solar que durante miles de millones de años ha bañado la desnuda superficie lunar con sus partículas ionizadas. Este helio lunar podría ser, en un futuro, la clave para los reactores de fusión. Mientras tanto se está investigando en materiales que aunque se activen, solo den lugar a isótopos de vida media corta, con lo que dejando reposar un periodo corto a esos materiales, podrían considerarse como residuos convencionales (no radiactivos). El problema principal, en cualquier caso, seguiría estando en la dificultad de mantener en condiciones al armazón del núcleo sin que este se deteriorara y hubiese que cambiarlo cada poco tiempo.

Consideraciones ecológicas sobre los reactores nucleares

Una de las ventajas de los reactores nucleares actuales es que casi no emiten contaminantes al aire (aunque periódicamente purgan pequeñas cantidades de gases radiactivos), y los residuos producidos son muchísimo menores en volumen y más controlados que los residuos generados por las plantas alimentadas por combustibles fósiles. Sin embargo, los reactores nucleares generan residuos en forma de productos radiactivos. Dichos productos deben ser tratados con gran cuidado debido a la prolongada vida media de alguno de los isótopos alojados en los resíduos, como el Americio, el Neptunio o el Curio. Estos productos contaminantes pueden reducirse considerablemente, pero algunas centrales también sirven para generar material adicional de fisión (plutonio) para la creación de armamento nuclear. Dicho interés en la creación de dichas sustancias impone un diseño específico del reactor en detrimento de la ecología del mismo. El uranio enriquecido utilizado en las centrales nucleares no está lo suficientemente concentrado como para construir una bomba, se diseñan los reactores en ciclos de alto enriquecimiento o bien se usan diseños como reactores tipo RBMK usados para la generación de plutonio, material mucho más eficiente en las bombas atómicas. Así, lo que podría ser una fuente más limpia de energía, algunos paises lo usan como fabrica de residuos de alta actividad para la obtención de material de uso militar. Esos países no están dispuestos a renunciar a dichos productos, así los reactores de la India y Paquistán usan reactores tipo CANDU para proveerse de material para sus propios misiles atómicos. Algunos expertos mantienen que la energía nuclear podría ser una energía limpia y que los costes totales de construcción, explotación, seguridad, tratamiento de los residuos y desmantelamiento serían con mucho inferiores a los costes de cualquier planta de energía fósil, incluyendo los costes medioambientales. Los detractores de la energía nuclear hacen hincapié en el peligro de los resíduos. Una planta nuclear moderna diseñada para minimizar los productos de desecho no tendría desechos radiactivos con una duración superior a los 100 años, que podrían perfectamente almacenarse en tanques de agua o en seco hasta que su radiactividad decayera hasta niveles seguros. Paquistán Otros expertos apuntan a la generación de centrales menos productivas de fisión asistida, donde parte de los residuos más peligrosos serían destruidos mediante el bombardeo con partículas procedentes de un acelerador (protones seguramente) que producirían neutrones que a su vez provocarían la transmutación de esos isótopos más peligrosos. Sería una especie de central de neutralización de residuos radiactivos automantenida. Los conocimientos y tecnologías que permiten la transmutación de estos productos se encuentran en fase de desarrollo, por otra parte el rendimiento de estas centrales sería en principio menor, dado que parte de la energía generada debería ser usada en la transmutación de los residuos. Se estima comenzar la construcción del reactor de transmutación Myrrah en 2014. La verdadera percepción de peligro en la población aparece con la idea de que un accidente o un ataque terrorista les exponga a la radiación. El peligro de un Chernobyl es muy pequeño debido al diseño de las centrales actuales, y los reactores en caso de accidente nunca llegarían a un punto crítico. Otros accidentes menores de rotura del aislamiento, aunque crearían alarma, no implicarían un escape significativo de radiación al medio ambiente. En las centrales térmicas convencionales que utilizan combustibles fósiles (carbón, petroleo o gas), los problemas de emisión van más allá de la simple emisión de gases de efecto invernadero, ya que además se emiten gases que producen lluvia ácida (dioxido de azufre principalmente), carbonilla, metales pesados, residuos sólidos en forma de cenizas que no pueden reciclarse e incluso material radiactivo natural concentrado (NORM). Por contra, la problemática de los residuos de los reactores nucleares se limitan a un único problema de residuos sólidos del orden de un millón de veces más reducidos en volumen que los contaminantes de las centrales térmicas.

Véase también

- Residuo nuclear
- EPR (European Pressurised Water Reactor)
- Procesos nucleares
- Radioactividad
- Reactores nucleares naturales
- Síndrome de China

Enlaces externos

- ja:原子炉 categoría:Energía nuclear

Hidruro

Los hidruros son sales que presentan como anión el hidrógeno en el estado de oxidación -I.

Propiedades y aplicaciones

Suelen ser muy reactivos formando hidrógeno elemental en presencia de agua. Por esta propiedad se emplean en algunas ocasiones como disecantes. Los borhidruros (BH₄^- y derivados) y los hidruros de aluminio (alananos; AlH₄^- y derivados) son importantes agentes reductores en química orgánica que permiten por ejemplo la transformación de los grupos carbonilo en alcoholes, amidas en aminas etc. De importancia son igualmente los hidruros de litio empleados en los acumuladores de litio.

Síntesis

Los hidruros de los metales alcalinos (grupo I), terrealcalinos (grupo II) y de algunos otros elementos del sistema periódico se forman directamente de los elementos a temperaturas elevadas. Otros pueden ser formados por intercambio del anión. Algunos hiduros de los elementos nobles se pueden formar también aprovechando el hidrógeno del metanol. Se intenta de esta manera generar hidrógeno elemental para células que pueden alimentar eléctricamente a dispositivos portátiles. Esta aplicación se encuentra aún en fase expermental. Categoría: Grupos funcionales ja:水素化合物

Energía

En física la energía puede definirse como una cantidad globalmente constante en un sistema. Durante la evolución de un sistema la energía toma formas diversas por intermedio del trabajo de las fuerzas involucradas. La energía puede materializarse en masa y la masa transformarse en energía en ciertos procesos físicos y quimicos. Energía también es definida como la capacidad para realizar un trabajo. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en julios. Se suele representar por la letra E. Cualquier forma de energía asociada a un sistema físico se puede expresar como la combinación de dos formas básicas de energía: la energía cinética y la energía potencial de sus partículas. Todos los sistemas físicos tienen energía, que se manifiesta en la capacidad de producir transformaciones en sí mismos o en otros sistemas.

Transferencia de la energía entre sistemas físicos

Se denomina sistema físico a cualquier parte del Universo que puede ser objeto de estudio de forma individualizada. Todos los sistemas tienen energía, aunque no esté produciéndose ninguna transformación. Por ejemplo, la energía que tiene un muelle comprimido se puede usar posteriormente. Los procesos de transformación o cambio tienen lugar cuando la energía se transfiere de un sistema a otro. Siempre que dos sistemas interactúan se producen cambios debido a que la energía se transfiere de un sistema a otro. Ejemplo: cuando se calienta agua en una cacerola, se transfiere energía de la llama al recipiente y de este al contenido. Los sistemas físicos pueden transferirse energía por dos métodos: mediante el trabajo o mediante el calor.

Formas en las que se puede observar la energía

- Energía eléctrica.
- Energía sonora: Es la energía contenida en las ondas sonoras.
- Energía atómica o nuclear: La obtenida por la fusión o fisión de los núcleos atómicos
- Energía cinética: La que posee un cuerpo por razón de su movimiento
- Energía de ionización: La mínima necesaria para ionizar una molécula o átomo
- Energía potencial: Capacidad de un cuerpo para realizar trabajo en razón de su posición en un campo de fuerzas
- Energía radiante: La existente en un medio físico, causada por ondas electromagnéticas, mediante las cuales se propaga directamente sin desplazamiento de la materia
- Energías renovables:
- Energía eólica
- Energía geotérmica
- Energía hidráulica
- Energía mareomotriz
- Energía solar
- Fuentes de Energías no