El primer elemento descubierto | Descubrimiento del fósforo

Un requisito previo necesario para la construcción de la tabla periódica fue el descubrimiento de los elementos individualmente. Aunque elementos como el oro, plata, estaño, cobre, plomo y mercurio se conocen desde la antigüedad, el primer descubrimiento científico de un elemento ocurrió en 1669 cuando Hennig Brand descubrió el fósforo.



¿Cómo lo hizo?

Quizás sea el método más desagradable para descubrir un elemento.

Recogió 60 cubos de orina (por contener fosfato) y los dejó reposar durante dos semanas. Pasado ese tiempo calentó la orina hasta el punto de ebullición y separó el agua, quedándose con un residuo sólido. Mezcló un poco de este sólido con arena, calentó la combinación fuertemente y recogió el vapor que salió de allí. Cuando el vapor se enfrió, formó un sólido blanco y cerúleo. Este sólido era fósforo.
¡Asombrosamente, aquella sustancia brillaba en la oscuridad! Por lo tanto,  fue bautizada como fósforo, que en griego quiere decir "portador de luz".

Hennig Brand no fue consciente de su descubrimiento pensó que había descubierto la legendaria piedra filosofal, un artículo que convertiría cualquier metal en oro y decidió mantenerlo en secreto.
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El péndulo de Foucault y el movimiento de la Tierra

Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) creó un experimento en 1851 para demostrar que la Tierra se mueve, creando un péndulo que hoy en día lleva su nombre, el péndulo de Foucault, este tipo de péndulo es fácil de encontrar en muchas ciudades, museos y edificios de ciencias.

Péndulo de Foucault en el Panteón de París

¿Cómo lo hizo?

Colgó una masa de 28 kilogramos, con una alambre de 67 metros, de la cúpula del Panteón de París. El péndulo de Foucault oscilaba durante 6 horas con un periodo de 16,5 segundos y se desviaba 11º por hora. Es decir, a medida que pasaba el tiempo, el plano de oscilación del péndulo se movía con respecto al edificio, y sabiendo que los péndulos se mueven siempre sobre el mismo plano de movimiento, la desviación registrada solo podía significar una cosa, es el edificio y en consecuencia la Tierra los que giraban alrededor del plano de oscilación del péndulo.

¿Qué significó?

Esto significó la primera prueba objetiva de que la Tierra gira.

Aunque nos parece que la Tierra está quieta, nuestro planeta gira sobre su propio eje a una velocidad media de 1670 km/h y además gira alrededor del Sol a una velocidad media de 106100 km/h ¡Vivimos en un autentico parque de atracciones!

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Así se calculó la velocidad de la luz por primera vez

El astrónomo danés Ole Rømer demostró por primera vez que la velocidad de la luz no era infinita, y que de hecho, era constante y se podía calcular.


¿Cómo lo hizo?

Cuando estudiaba IO, una de las lunas de Júpiter, Rømer notó que el tiempo entre los eclipses variaba a lo largo del año (dependiendo si la Tierra se estaba moviendo hacia Júpiter o alejándose de ella). Curioso por esto, Rømer comenzó a tomar notas cuidadosas sobre el momento en que IO aparecería a la vista. Después de un tiempo, Rømer se dio cuenta de que a medida que la Tierra se alejaba del Sol, y, a su vez, se alejaba de Júpiter, el tiempo entre los eclipse era mayor, y cuando se acercaba el tiempo disminuía. Rømer (correctamente) teorizó que esto se debía a que la luz reflejada desde IO no viajaba instantáneamente.

Rømer, después de un montón de cálculos, concluyó que la luz tardaba 22 minutos en cruzar el diámetro de la órbita de la Tierra alrededor del sol. Sus innovadores resultados fueron anunciados el 22 de agosto de 1676.

El científico holandés Christian Huygens ayudó a Rømer con los cálculos aritméticos y calculó una velocidad de la luz de 220000 kilómetros por segundo, la velocidad de la luz hoy en día se sabe que es exactamente de 299792,458 kilómetros por segundo.


El resultado de Rømer y Huygens es asombrosamente preciso incluso hoy, considerando que llegó 300 años antes de la era de la tecnología.
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Descubrimiento del electrón | Experimento de Thomson

El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 cuando estaba estudiando las propiedades de los rayos catódicos.

Thomson ganó el Premio Nobel en 1906 por demostrar la existencia del electrón. Curiosamente, su hijo G.P. Thomson también ganó el Premio Nobel en 1937 por probar las propiedades de onda del electrón.


¿Cómo lo hizo?
Thomson construyó un tubo de vidrio que fue parcialmente evacuado, es decir, gran parte del aire fue bombeado fuera del tubo. Luego aplicó un alto voltaje eléctrico entre dos electrodos en cada extremo del tubo. Detectó que una corriente de partículas salían del electrodo cargado negativamente (cátodo) al electrodo cargado positivamente (ánodo), Con lo cual, Thomson dedujo que los rayos catódicos debían estar formados por una pequeña partícula, que eran los electrones pero que él en primer lugar denominó "corpúsculo". 

Conclusiones a las que llegó Thomson:

1. Los rayos catódicos, que son corrientes de electrones, viajan en línea recta.

2. Son independientes de la composición del material del cátodo.

3. La aplicación de campo eléctrico en la trayectoria del rayo catódico desvía el rayo hacia una placa cargada positivamente. Por lo tanto, el rayo catódico está formado por partículas cargadas negativamente.
JJ Thomson midió la relación de carga por masa (e/m) de las partículas de rayos catódicos utilizando la desviación en el campo eléctrico y magnético.
mimetro=-1.76×108 Coulomb por gramo
Resultó ser 2000 veces más liviana que el hidrógeno.
Aunque obtuvo la relación e/m para el electrón del experimento del tubo de rayos catódicos, todavía no se conocía carga exacta (e) para el electrón. El físico estadounidense Robert Millikan diseñó un experimento para medir el valor absoluto de la carga del electrón.
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Newton y el espectro de color

Isaac Newton (1642-1726) fue el primero en comprender la formación de los colores del arco iris: La luz blanca del Sol es refractada por las gotas de agua y es dividida en sus colores componentes: Rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.


A fines de la década de 1660, Newton comienza a experimentar con su famoso fenómeno de los colores. 'En ese momento, la gente pensaba que el color era una mezcla de luz y oscuridad, y que los prismas coloreaban la luz. Es decir que la luz era puramente blanca, y los colores eran formados por los objetos. 

Hooke era un partidario de esta teoría del color y tenía una escala que iba del rojo brillante, que era luz blanca pura con la menor cantidad de oscuridad agregada, al azul opaco, el último paso antes del negro, que era la extinción completa de la luz por la oscuridad. A Newton no le convencía esta teoría y comenzó a trabajar con la luz, hasta demostrar que la luz blanca se debía a la unión de todos los colores del espectro.

¿Cómo demostró que la luz es blanca y esta contiende a todos los colores del espectro?

Newton instaló un prisma cerca de su ventana y proyectó un hermoso espectro de 6,5 metros en la pared del fondo. Además, para probar que el prisma no estaba coloreando la luz, volvió a unir la luz, invirtiendo las frecuencias.

Explicación:

La luz solar es blanca y se compone de cada color de luz que tienen una frecuencia distinta, de forma, que al entrar en contacto con otro medio determinado, cada frecuencia de luz recibe una mayor o menor desviación, y los colores se separan, por ejemplo, la luz entra en el prisma y es refractada por el vidrio. El violeta se dobla más que el amarillo y el rojo, por lo que los colores se separan.

Curiosidad:

Precisamente ocurre lo mismo con la atmósfera, la luz de nuestro Sol es blanca, (efectivamente, nuestro Sol es blanco), pero al entrar la luz en contacto con la atmósfera, se refracta dejando el amarillo, siendo el color por el cual vemos al Sol, y el azul para el cielo.
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Experimento de Thomas Young de la doble rendija

En 1801, Thomas Young realizó el experimento de la doble rendija o también conocido como experimento de Young, para probar la naturaleza ondulatoria de la luz.

Para entender este experimento, primero veamos como se comportan las partículas y las ondas.

Si lanzamos un determinado número de partículas sobre una pantalla de dos rendijas, podemos observar, que en la pared de atrás, las partículas describen dos bandas de impacto. 



Ahora, si lanzamos ondas en vez de partículas, en la pared obtenemos un patrón de interferencia de muchas bandas.



Es el turno de los electrones:
El experimento puede realizarse con protones, neutrones o electrones, para conseguir una interferencia similar a cuando se realiza con la luz.

Si lanzamos electrones de uno en uno, dado que son partículas, es de esperar que se comporten como tal, pero no, observamos que se comportan como si fuesen ondas.


Una de las explicaciones es que el electrón se lanza como una partícula, viaja como una onda y se recoge como una partícula.

Lo increíble sucede cuando observamos este fantástico fenómeno:

Si decidimos poner un mecanismo para detectar cual de las dos rendijas atraviesa el electrón, sucede algo maravilloso. El electrón se comporta exclusivamente como una partícula, dando como resultado el primer ejemplo.

Así es el mundo cuántico, observando colapsamos una de las dos funciones. Ya lo dijo Heisenberg, cada partícula lleva asociada una onda, o como dijo Schrödinger, el observador altera lo observado.

Este post pertenece a la serie "Descubrimientos y Experimentos", puedes ver todos los posts aquí. 



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