Henry Moseley y la tabla periódica

Al hablar de la tabla periódica probablemente venga a la memoria el nombre de Dmitri Mendeleiev, primero en proponer la clasificación de los elementos conocidos en una tabla que los agrupase por familias. Fue sin embargo un tipo más desconocido, Henry Moseley, quien dio con la tecla que permitiría ordenar definitivamente la tabla periódica.

Nació el 23 de noviembre de 1887 en Weymouth (Inglaterra), hijo y nieto de conocidos biólogos, estudió en el Trinity college de Oxford y realizó sus investigaciones en la universidad de Manchester, bajo la tutela de Rutherford. 

Su trabajo consistía en hallar la longitud de onda de los rayos X que emitían los elementos al ser bombardeados con rayos catódicos. Para ello Moseley utilizó una técnica cristalográfica según la cual la deflexión que producían los rayos X al incidir en un cristal dependía de su longitud de onda. Utilizando más de una treintena de metales, se dio cuenta de que los rayos X que aparecían en sus espectros de emisión tenían una longitud de onda que era inversamente proporcional al número atómico del elemento (ley de los números atómicos*). 

De esta manera Moseley pudo averiguar el número atómico de los elementos conocidos y corregir la tabla periódica existente organizando ésta en función del número de protones en lugar de la antigua ordenación, que atendía a la masa atómica (ley de Moseley).

Las conclusiones de Moseley quedaron probadas al predecir la existencia de tres nuevos elementos de números atómicos 43,61 y 75 ( tecnecio, prometio y renio), que posteriormente fueron descubiertos.

En 1914 regresó a Oxford para continuar sus investigaciones, sin embargo tuvo que abandonarlas por el estallido de la primera guerra mundial. Se alistó en los Royal Engineers como oficial de telecomunicaciones y fue destinado a Galípoli, donde Churchill pretendía un desembarco de tropas francesas y británicas que avanzasen hasta Constantinopla y tomasen el control del estrecho del Bósforo, vital éste para lograr abastecer al imperio ruso de armamento y para encerrar a los imperios centrales en el interior cortándoles los accesos al mar. Sin embargo esta ofensiva fracasó estrepitosamente y se cobró unas 250000 bajas en los aliados entre muertos y heridos.  Henry Moseley fue uno de ellos. El 10 de agosto de 1915, mientras telegrafiaba una orden, un francotirador turco le disparaba en la cabeza, muriendo así este notable científico a la temprana edad de 27 años. Es debido a su muerte y a los progresos en física y química que se pudieron perder que el ejercito británico tiene prohibido el alistamiento de científicos en sus filas en tiempos de guerra.

Muchos científicos especularon con que Moseley pudo haber ganado un premio Nobel, sin embargo estos galardones no se conceden a título póstumo. Estas conjeturas son aun mayores teniendo en cuenta que en los años 1916 y 1917 no se entregaron  dos Nobel de química y uno de física y que en los años 14,15 y 17 todos los premios de física estuvieron relacionados con la cristalografía de rayos X.

Son muchos los científicos que deben parte de su trabajo a las averiguaciones de Moseley. Los estudios de Rutherford o Bohr acerca de la naturaleza del núcleo atómico no podrían haber sido entendidos sin los descubrimientos de Moseley. 

* En realidad el enunciado de la ley de los números atómicos es el siguiente: la raíz cuadrada de la frecuencia de los rayos X producidos cuando un elemento se bombardea con rayos catódicos es proporcional al número atómico del elemento.

Recortes, esfuerzos y recompensas

Recientemente volvía a la conversación el omnipresente tema de los recortes. Tras enumerar la última remesa de sacrificios que nuestro gobierno nos propone y tras un breve silencio, mi mujer lanzó una pregunta... ¿Qué nos han dado?

Esa pregunta dio que pensar y el tema derivó. De nuevo se habló de la cultura del esfuerzo de la que tanto hemos hablado en educación. El gobierno nos exige un esfuerzo de la misma y errónea manera que nosotros se lo hemos exigido en tantas ocasiones a nuestros alumnos, simplemente por que es lo que se supone deben hacer, ya sea para su bien o el del colectivo. 

En física hablamos de dos magnitudes distintas, fuerza y trabajo. El trabajo es el producto de la fuerza por el desplazamiento. Podemos respirar hondo, apretar todos los músculos de nuestro cuerpo, poner todo nuestro empeño en ello y ejercer una fuerza increíble; si no movemos esa pesada losa, nuestro trabajo habrá sido nulo, cero, ni un mísero julio.

Y es que el esfuerzo en si mismo no es garantía de éxito. Nuestros esfuerzos tienen que estar orientados a una meta concreta (según nuestro gobierno a reducir el déficit) , pero también e igual de importante es que tengan una recompensa visible, cercana. El sacrificio por el sacrificio sólo puede llevar al desaliento, el pesimismo o el hartazgo.

Es en esta recompensa en la que la ciudadanía se siente defraudada. Con un estado (nosotros), financiándose al 7% y unos bancos (entidades privadas) sometidas a un rescate "blando" por el que se nos imponen más recortes, que les permite financiarse al 3%, se nos piden nuevos esfuerzos en materia de sanidad, salarios e impuestos, ofreciéndonos a cambio un panorama que no aclara, una importante merma en derechos y un abandono progresivo de los más desfavorecidos. 

Nueve meses de esfuerzos y sacrificios sin haber cumplido aún ninguno de los objetivos es mucho tiempo. En educación utilizaríamos esa coletilla tan oída en las evaluaciones: "no, si el chico se esfuerza, pero no llega". Creo que si el chico (el pueblo) se esfuerza, pero no llega, el problema no está en él, sino en el profesor que dirige esos esfuerzos (el gobierno). No podemos seguir utilizando machaconamente una estrategia que no funciona, que no motiva, siempre amenazando con el suspenso (el rescate). Quizá sea hora de cambiar la metodología, de innovar, de probar otras opciones, de ser creativo...

Metodologías I: Webquest

Si bien al hablar del método en la enseñanza podríamos hacer distintas clasificaciones: basados en el razonamiento ( inductivo, deductivo, comparativo), basados en la sistematización de los contenidos (globalizado, especializado)... sin embargo lo que aquí buscaremos no es tanto una clasificación pedagógica, sino métodos prácticos que podamos llevar al aula, quedando luego estos englobados en alguna de las clasificaciones anteriores.

Para empezar esta serie, hoy hablamos de las webquest. Concebido como método para desarrollar un ambiente de aprendizaje inductivo, que fomente el uso de las tecnologías de la información y la comunicación, puede utilizarse tanto para un trabajo individual como para uno colectivo.

Una webquest es una estrategia de aprendizaje guiado, en ella utilizaremos el enorme potencial de la web para proponer a nuestros alumnos el desarrollo de una unidad didáctica o de parte de ella. Se trata de encontrar una serie de recursos, (vídeos, presentaciones, podcasts...) que lleven al alumno a un recorrido más dinámico, intuitivo y participativo de la unidad.

La webquest puede presentarse al alumno desde cualquier plataforma que permita insertar enlaces a la web. Puede ser tan simple como un archivo word o podemos hacerla más atractiva a través de un blog, páginas de internet como el webquest creator o trabajar desde wikispaces.

El modelo de webquest permite al alumno elaborar su propio conocimiento a medida que desarrolla la actividad y navegar por la web con una tarea en mente.

Especialmente importante en una webquest es que no quede simplemente en una recopilación de información. La webquest tiene que tener una tarea clara a desarrollar. Ésta puede proponerse por medio de exposición final, ejercicios, caza del tesoro... La webquest también debe acompañarse de una evaluación clara y explicada con anterioridad a los alumnos. Esta evaluación puede ser mediante rúbricas (exponiendo a la clase lo desarrollado), blogs ( creando un blog por grupo o alumno en el que escriban las entradas que se pidan acerca de lo aprendido...).

Y como para muestra un botón, aquí os dejo una webquest que preparé sobre la segunda guerra mundial, (agradezco a Alberto Alonso su trabajo, ya que fue él quien editó la webquest que le proporcioné en un pobre word y le dió este magnífico aspecto). Espero me perdonéis los posibles errores ya que esta no es mi materia.

http://wiki2war.wikispaces.com/

El efecto túnel

Jamás se me dió bien escalar. Imagina que te encuentras en un primer piso y que para bajar al suelo tienes primero que escalar un muro de seis metros. Pongamos que tu masa son 70 kg y que te encuentras en la superficie de la tierra, por lo que aproximaremos el valor del campo gravitatorio a 10 m/s^2. Para poder escalar ese muro deberías aumentar tu energía potencial (m*g*h) en 70x10x6= 4200 J, pero estás cansado, llevas un día de perros y apenas te quedan unos cientos de julios de energía antes de caer rendido. No desistas, siempre te quedará una opción: el efecto túnel.

Así pues, confiemos en la mecánica cuántica, cerremos los ojos, apretemos bien los dientes y dirijámonos corriendo con esos cientos de julios de energía que aún conservábamos hacia el muro; existe una pequeña posibilidad de que se forme un túnel cuántico y atravesemos ese muro sin más, simplemente por el hecho de que el suelo estaba más bajo que el primero y por eso de que todos los sistemas evolucionan hacia un mínimo de energía (mayor entropía).

No intentéis realizar este experimento, es evidente que esto jamás ocurrirá, sencillamente somos demasiado grandes. Es sólo en escalas microscópicas, (de tamaño atómico o menores), donde ocurre el efecto túnel.

Como ya demostró De Broglie, a escala cuántica, existe una dualidad onda-corpúsculo, (hipótesis de De Broglie) y los objetos con masa pueden exhibir un comportamiento ondulatorio. Esta onda asociada a un cuerpo lleva consigo una función que la representa (función de onda). Pues bien, si ese cuerpo se aproxima a una barrera de potencial con una energía superior a la del objeto, según la mecánica clásica, sería imposible encontrarle "al otro lado de la barrera", sin embargo, según la mecánica cuántica, existe la probabilidad de encontrar funciones de onda que muestren que la partícula ha traspasado la barrera. Como la partícula no tenía energía suficiente para superarla, inferimos que ha pasado "a través" de ella mediante un fenómeno conocido como efecto túnel.

Como ejemplo claro de efecto túnel vamos a hablar de la desintegración radiactiva del uranio 238 (U²³⁸). El U²³⁸ es altamente inestable y se desintegra dando lugar a torio 234 y emitiendo radiación alfa, (núcleos de helio con dos protones y dos neutrones). Es esta radiación la que empleo Rutherford para bombardear una delgada lámina de pan de oro en sus experimentos que dieron como resultado un nuevo modelo atómico. Sin embargo el por qué se producía esta radiación no se lo debemos a Rutherford, sino a Georgiy Gamow, quien en 1928 demostró que la desintegración era consecuencia del efecto túnel.

La energía con la que se unen las partículas en un núcleo atómico es enorme. Éstas, están unidas por la "interacción nuclear fuerte", sin duda la de mayor energía en las distancias cortas. Para que un núcleo de helio se "desgajase" de un átomo de U 238 las partículas tendrían que tener una energía superlativa.  Según la mecánica clásica es algo que jamás debería suceder... y sin embargo, sucede.

El tiempo de vida media de un elemento radiactivo es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los átomos de una muestra de dicha sustancia. Para el U²³⁸ ese tiempo es nada más y nada menos que 4500 millones de años. Quiere esto decir que si cuando el sol comenzó a brillar hubiéramos tomado 100 átomos de U²³⁸, hoy deberían quedarnos unos 50. Utilizando las ecuaciones de la mecánica cuántica y aplicando el efecto túnel a la desintegración del uranio,  Gamov obtuvo unos resultados para la vida media que coincidían con los experimentales, quedando así demostrado que la desintegración del U²³⁸ con emisión de radiación alfa es consecuencia del efecto túnel.

Una aplicación del efecto túnel es el "microscopio de efecto túnel", (que podemos observar a la izquierda). La probabilidad de que suceda el efecto túnel es exponencialmente proporcional al espesor de la barrera de energía, de tal manera que al aumentar el grosor de esta, la probabilidad de que una partícula la atraviese mediante efecto túnel cae drásticamente. El microscopio de efecto túnel se basa en la utilización de electrones "tuneladores". Se confinan estos electrones en una punta de metal muy fina y se acerca esa punta al material que se pretende observar al microscopio. Según la mecánica clásica los electrones no podrían atravesar el vacío que les separa del material debido a la gran barrera de potencial, sin embargo y gracias al efecto túnel, lo hacen. El número de electrones que atraviesan dicha barrera por efecto túnel aumenta muchísimo cuando la distancia entre la punta y el material disminuye. De esta forma se pueden digitalizar imágenes con estos microscopios que permiten incluso "ver" estructuras de tamaño atómico.