Exámen 02
03/Septiembre/2013
Gómez Flores Rodrigo
Exámen 02-A
Experimento de Stern-Gerlach
En 1922 en Fráncfort del Meno Otto Stern y Walther Gerlach
realizaron un experimento que pasaría a ser recordado para siempre como
uno de los pasos fundamentales que ayudaron a seguir desgranando el
problema que le había estallado a la comunidad científica en la cara con
las investigaciones de Planck y otros: la mecánica cuántica. En el experimento que lleva el nombre de estos dos físicos, que por
aquel entonces eran ayudantes de investigación en la universidad, ayudó a
descubrir el espín. Stern se había interesado con anterioridad en los
trabajos llevados a cabo por Louis Dunoyer, un físico francés que
realizó diversos experimentos en la década precedente.
Lo que sucede en el experimento Stern-Gerlach es de naturaleza
eminentemente magnética. Al igual que como ocurre con la aguja
magnetizada de un compás que tiende a alinearse en el sentido Norte-Sur,
algo en el átomo debe estar actuando también como un pequeño imán que
lo hace alinearse con el campo magnético que le es aplicado. Expresamos
esto formalmente diciendo que los campos magnéticos ejercen fuerzas
sobre objetos y partículas que tienen momentos magnéticos.
El experimento consiste en lo siguiente, se calienta una sustancia paramagnética en un horno que emite un haz
de átomos hidrogenoides eléctricamente neutros con la misma velocidad v, que
siguen una trayectoria rectilínea hasta que se encuentran en una región en la que hay un
gradiente de campo magnético. Sobre la placa de observación colocada perpendicularmente
al haz observamos dos trazas finas del haz. Estas trazas son simétricas respecto de la
dirección incidente, tal como se ve en la figura.
Los resultados del experimento indican que el hecho de que se obtenga dos trazas
distintas y simétricas prueba que el momento magnético no puede tomar más que dos
orientaciones con respecto al campo magnético B. El momento magnético m del átomo es igual en módulo al magnetón de Bohr mB.
El resultado del experimento Stern-Gerlach es interesante porque a
diferencia de los experimentos espectroscópicos mediante los cuales con
el suministro de una fuente externa de energía podemos hacemos “saltar”
un electrón que está en la órbita exterior de un átomo de un nivel de
energía a otro (produciéndose así un espectro de emisión al caer
nuevamente el electrón a la capa original de energía en la que estaba
situado, liberando con ello el fotón absorbido) o bien podemos hacer que
un gas frío absorba los fotones de un espectro luminoso continuo
(produciéndose así un espectro de absorción), en el experimento
Stern-Gerlach no se hace saltar al electrón de una capa energética
discreta a otra. Estamos entonces ante otro tipo de fenómeno que no
involucra “saltos” de energía y en el cual el número cuántico n
del nivel de energía en que se encuentra cada átomo permanece igual
antes y después de pasar por un aparato Stern-Gerlach, lo cual nos
obliga a ir pensando ya en la adjudicación de un nuevo número cuántico
al átomo que es independiente del número cuántico que caracteriza a la
energía del átomo.
Exámen 02-B
Molécula de Hidrogeno (Orto-Para)
El hidrógeno gas normal, en condiciones ordinarias, es una mezcla de dos clases de moléculas, orto y para-hidrógeno. A temperatura ambiente el 25% del hidrógeno es la forma para y al subir la temperatura esta forma aumenta su porcentaje. La forma orto
no puede prepararse pura. Puesto que las dos formas se diferencian
energéticamente, las propiedades físicas son algo diferentes: los puntos
de fusión y ebullición del para-hidrógeno son, aproximadamente, 0,1ºC menores que los del hidrógeno normal. La primera vez que se detectó la existencia de las dos formas de hidrógeno mencionadas, fue de manera espectroscópica.
Por razones que entran dentro de la mecánica estadística, las formas
orto- y para-, se encuentran ocupando niveles de energía solamente
rotacionales diferentes, y cuando las formas se presentas de manera
junta, se deducen sus concentraciones relativas partiendo de los datos
de las intensidades. En el equilibrio, la composición que tiene el
hidrógeno molecular es de un 100% de la forma para-hidrógeno (forma que
posee una energía interna menor), cuando la temperatura se acerca a un
valor de cero absoluto; la propició de orto-hidrógeno se alza con la
temperatura hasta un valor de un 75% por encima de 230K.
Exámen 02-C
Resonancia Magnética Nuclear
La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es una técnica espectroscópica
basada en las propiedades magnéticas de la materia y aplicada a
cualquier sustancia química en estado líquido o sólido que contenga
núcleos con espines nucleares. La resonancia Magnética Nuclear es una de
las técnicas espectroscópicas más utilizadas en la actualidad que
permite resolver numerosos y diversos problemas de la investigación
química y de control de calidad; estos problemas pueden ser referentes a
elucidación estructural, establecimiento de equilibrios químicos,
análisis conformacionales y estereoquímicos, cinéticas químicas y
cuantificación de mezclas entre otros.
La primera detección de Resonancia Magnética Nuclear debida a la formación de una diferencia en las energías de ciertos núcleos en presencia de un campo magnético fue reportada por Bloch (para el agua líquida) y Purcell (para la cera de parafina) en 1946. Félix Bloch y Edward Mills Purcell refinan la técnica usada en líquidos y en sólidos, por lo que compartieron el Premio Nobel de Física en 1952.
En la Química la RMN es usada principalmente para la caracterización de compuestos organicos, de coordinación y organometalicos. Esto se logra colocando la muestra en un campo magnético y bombardeando con ondas de Radio al nucleo. Esto muestra un conjunto de picos de adsorción que reflejan las diferencias de entorno para un mismo nucleo.
Tan de gran importancia es la RMN en química, que la FES Cuautitlán cuenta con laboratorio de RMN, para hacer practicas y así poder conocer el funcionamiento de esta. El Laboratorio de RMN Se encuentra ubicado a costado del edificio L-1, por donde esta el campo de futbol o los laboratorios de química analítica, ahi se puede observar un pequeño cuarto, ese cuarto el el Laboratorio de RMN.
Comentario
Todo lo que vemos en esta investigación, nos demuestra como ha avanzado la ciencia, lo que vemos es lo que se conoce como el mundo cuantico, en donde se estudía todo aquello que compone a la matería, así como la energía, aunque tiene poco tiempo de haber nacido esta parte de la ciencia, ha crecido de manera considerable y al día de hoy ya existen muchas aplicaciones que se basa en est parte de la ciencia, también se postulan teorías para poder explicar diferentes fenómenos que todavia estan en ingognita, proponiendose diferentes experimentos. Es muy bueno saber que la escuela en la que estudio cuenta con un laboratorio de RMN, me alegra ya que de esta manera puedo aprender sobre este metodo de caracterización.
Bibliografía
http://la-mecanica-cuantica.blogspot.mx/2009/08/el-experimento-stern-gerlach.html
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/sternGerlach/sternGerlach.html
http://www.espectrometria.com/espectrometra_de_resonancia_magntica_nuclear
http://quimica.laguia2000.com/compuestos-quimicos/orto-y-para-hidrogeno
