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Tema: ¿Los electrones cómo se transfieren?

  1. #1
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Existen varias maneras de cargar cuerpos, basicamente la carga por rozamiento, por inducción, por contacto, etc.

    De la carga por inducción y por contacto si me hago un idea de que es lo que sucede a nivel microscópico. Pero ¿alguien sa ha preguntado cómo los electrones se transfieren cuando ciertas superficies se rozan entre si? Por ejemplo, si frotamos un trozo de seda con una barra de vidrio la seda queda un un exceso de electrones (negativo) y la barra con un déficit. Es decir, la seda le "roba" electrones a la barra de vidrio.

    Si en ves de eso tuvieramos una barra de plástico y la frotamos con piel (de conejo p. ej.) en este caso la barra quedaría con un exceso de electrones mientras que la piel con un déficit.

    La pregunta es ¿por qué? O mas bien ¿cómo? Y qué es lo que hace que siempre los electrones se transfieran siempre del vidrio a la seda, o siempre del trozo de piel a la barra de plástico.

    En primer lugar esto da a pensar que los electrones no les gusta quedarse en sus orbitales y prefieren andar por ahí vagando lejos de su núcleo ¿es así? Y además, esto quiere decir que la barra de vidrio queda con algunas moléculas ionizadas (pero sin alterarse la barra en sus propiedades quimicas ni fisicas!) . ¿Osea que en realidad el trozo de seda está ionizando la barra de vidrio?


    Como verán soy un manojo de dudas, aunque algunas me quedan por exponer, pero de momento no las recuerdo :oops:


    Saludos y gracias de antemano
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  2. #2
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Buenas,

    Grosso modo, no es que a los electrones no les guste quedarse en sus orbitales sino que están ligados al núcleo mediante la interacción electromagnética y si le suministras suficiente energía o los excitas o los arrancas del átomo. Una vez libres estos pueden ser capturados por otros núcleos.

    Si los electrones estan en capas “cercanas” al núcleo te costará mucho arrancarlos y si estan en “capas externas”, al estar en estados menos ligados al núcleo, pues te costará menos. Cuanto más alejadas esten dos cargas opuestas menos te costará separarlas, ¿no?

    En esto influyen muchas cosas, pero sobretodo el número de protones y el de electrones. Cuantos más protones tenga un átomo y menos electrones, más ligados estarán sus electrones. Cuando tenemos muchos electrones, unos electrones actúan sobre otros produciendo apantallamiento. Esto es que un electrón alejado del núcleo no “siente” a todos los protones puesto que, por decirlo de alguna manera, “ve” como los n electrones cercanos al núcleo “cancelan” el efecto de n protones.

    Todas las preguntas que te haces puedes contestarlas si piensas en simples problemas de electroestática con cargas negativas y positivas. Sólo tienes que añadir el concepto de estado ligado.

    P.D.: Esto debería ir en Física Moderna. Vamos a terminar con todos los electrones en el núcleo.

    Saludos
    "Any car which holds together for a whole race is too heavy", Colin Chapman

  3. #3
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Cita Iniciado por Axón
    P.D.: Esto debería ir en Física Moderna. Vamos a terminar con todos los electrones en el núcleo.

    Saludos


    Yo tengo unas ganas locas de ver cómo es la Electrodinámica Cuántica. ¿Por qué?

    Porque como sabéis, antes de estudiar matemáticas, estuve tres años haciendo Ingeniería Química, a allí estudiamos "cualitativamente" el enlace covalente, el enlace iónico, el enlace metálico, fuerzas intermoleculares, Teoría de la Reacción Química, Cinética Química,.....

    La "historia cualitativa" era más o menos así (que yo recuerde):

    Cada molécula tiene una Energía (que ahora que estoy por mi cuenta estudiando MC supongo que se referirá a que una vez que hemos modelado el sistema=molécula, dicho sistema estará en un Estado dado, y en dicho Estado el Hamiltoniano tiene una Distribución de Probabilidad de posibles valores del Observable Energía)

    Si la suma de la energía de las moléculas iniciales (antes de la reacción) es menor/mayor que la suma de la energía de las moléculas producto (después de la reacción) se dice que la reacción es endoenergética/exoenergética respectivamente.

    Aún en el caso de reacción exoenergética, existe el concepto de "Energía de Activación", necesaria para "comenzar la reacción". (Ya que si no hiciese falta una "energía de activación", todas las reacciones exoenergéticas se producirían expontáneamente, por lo que veríamos "papel ardiendo" expontánea y continuamente ya que creo recordar que la combustión era exoenergética)

    En fin, era "una bonita historia" de la que apenas recuerdo algunos detalles.

    Por ejemplo, el modelo "más estudiado" (en aquellas asignaturas) era "modelo de colisiones de reacción química".

    Teníamos por ejemplo moléculas de Hidrógeno y de Iodo formando un gas, y en el seno del gas, había continuas colisiones entre las moléculas. Si una colisión tenía la "energía" suficiente y se producía en un "ángulo determinado", podían "romperse" los enlaces covalentes H-H y I-I y formarse nuevos enlaces H-I.

    Todo esto nos lo explicaban, como digo, a nivel cualitativo y lo acompañaban de datos numéricos sobre valores estimados teóricamente y también medidos experimentalmente, de la energía de los enlaces correspondientes.

    Como modelo simple es más que suficiente para "explicar" multitud de cosas. Pero yo estoy interesado en ver cómo la Electrodinámica Cuántica (si es que hace falta la Electrodinámica Cuántica, que a lo mejor no, porque yo estoy pez en todo esto) puede explicarme qué es un "enlace químico" (matemáticamente hablando) y "cómo exactamente se produce una reacción química"

    Repito, no sé si ello se ha hecho ya a ese nivel (de modelo cuántico super-detallado) pero creo haber leído por ahí que sí que se ha hecho.
    ¿por qué te cambiaste a Matemáticas? Porque la primera vez que vi una demostración matemática...me cautivó.

  4. #4
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Buenas, mat.

    Creo que hiciste bien en pasarte a matemáticas :sip:. Gran carrera.

    Si pretendes el estudio de reacciones químicas (colisiones moleculares) y enlaces etc. te bastará con el estudio de la mecánica cuántica. Son a relativamente poca energía y no tienen sentido consideraciones relativistas. No hay creación o destrucción de masa ni nada por el estilo. Créeme, aunque sólo es mi opinión, que como matemático encontrarás más motivación en colisiones a alta energía. El modelo Standard te hará disfrutar. ¿Puede haber algo más interesante que las interacciones?

    Saludos
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  5. #5
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Claro, yo lo que tengo ganas de ver ya es cómo se modelan las interacciones electromagnéticas, fuerte y débil, es decir, las Teorías Cuánticas de Campos.

    Lo único que he hecho hasta ahora (en mis ratos libres) es coger la matemática que conozco y ponerme a "jugar" con modelos muy simples de Mecánica Cuántica (no relativista).

    Lo único que he visto en estos modelos es la Evolución Dinámica del Modelo cuando no se efectúa ninguna medición (lo que comenté en otro hilo del Grupo Unitario Uniparamétrico Fuertemente Continuo generado por el Hamiltoniano), las distribuciones de probabilidades asociadas a cada Observable en cada Estado del Sistema (que vienen dadas por la correspondiente Resolución Espectral de la Identidad del Operador Autoadjunto asociado al Observable), y en breve espero poder ver cómo se modela el átomo de Hidrógeno.

    Pero hay una gran diferencia en mi caso, entre Mecánica Clásica, Relatividad Especial y General, Mecánica Cuántica (no Relativista) respecto a Teoría Cuántica de Campos.

    ¿Por qué?.

    Por que mi "estudio" de las tres primeras está siendo relativamente rápido y cómodo debido a que símplemente estoy "jugando" con modelos que utilizan una matemática precisa y rigurosa que además ya conozco. Esto hace que me guste mucho, porque por un lado me parece super divertido e interesante ver cómo toda esa matemática hiper-abstracta se usa para modelar "sistemas reales", y por otro lado, como los libros que estoy consultando ("Foundations of Mechanics", "Semi-Riemannian Geometry with Applications to Relativity", "Fundamentals of the Theory of Operators Algebras"+"Mecánica Cuántica (Galindo)") ya "hablan mi idioma matemático", pues es muy cómodo para mí.

    Pero con QFT la cosa va a ser muy distinta para mí. Por un lado tengo este excelente artículo http://arxiv.org/PS_cache/math-ph/pd.../0602036v1.pdf
    que "habla mi idioma", pero ahí ya hay cosas (matemáticas) que no conozco y tendría que estudiar.

    Por otro lado están los libros Clásicos de QFT, pero hasta ahora había sido muy reacio a salirme del guión "Definición-Teorema-Demostración" (que uno adquiere por "deformación profesional"). Pero últimamente, como he sido testigo directo de la extraordinaria dificultad y complejidad de la visión matemática-rigurosa en ese área, es posible que "aprenda" a enfocar el asunto de otro modo, e intente entender "no matemáticamente" sino "físicamente" lo que vaya viendo en los libros de QFT (cuando los coja, porque ahora no puedo).

    En cualquier caso, me da la sensación que QFT es un nivel de dificultad superior a todo lo anterior.
    ¿por qué te cambiaste a Matemáticas? Porque la primera vez que vi una demostración matemática...me cautivó.

  6. #6
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Cita Iniciado por Axón
    Todas las preguntas que te haces puedes contestarlas si piensas en simples problemas de electroestática con cargas negativas y positivas. Sólo tienes que añadir el concepto de estado ligado.
    Muchas gracias, ya lo veo algo más claro. Por cierto, con estado ligado te refieres a cuando los electrones están ligados al núcleo?

    Otra cosa, en un experimento se cargó electrostáticamente una barra de plástico y la acercabamos a un chorro de agua y se desviaba el chorro de agua! Eso es porque la molecula de agua está polarizada, pero ¿por qué está polarizada? No recuerdo donde lo vi (o si lo soñé ) pero recuerdo un diagrama en el que se apreciaba que calculaban con la ley de coulumb el ángulo de 104° que forman los hidrogenos. Se puede hacer así?


    Bueno, me despido, que estén bien.

    "Love is a matter of chemistry, but Sex is a matter of physics."

  7. #7
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Yo es que no lo veo aún . Si sólo se trata de dar suficiente energía a dos objetos cualesquiera, ¿por qué escogen siempre el rabo del conejo o la vara de vidrio o el plástico? ¿Qué tienen en particular estos elementos que hagan más simple la observación en el laboratorio?

    También recuerdo que leí no sé dónde que el agua en realidad tiene todos esos electrones de valencia porque no es pura, sino que tiene alguna que otra impureza mineral por ahí (ni tanto por su polaridad). ¿Qué tan cierto es ello?

    A mat:

    Yo también pensaba (bueno, de aquí a cien mil años) estudiar teorías cuánticas de campos. ¿Cuál crees que sea la mejor base posible para poder entender bien ello? ¿Es que se necesita saber muchísima matemática?

    PD: Je, bonita la Randall Tuzania
    You will only get older.

  8. #8
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Cita Iniciado por Paranoid Neutrino
    A mat:

    Yo también pensaba (bueno, de aquí a cien mil años) estudiar teorías cuánticas de campos. ¿Cuál crees que sea la mejor base posible para poder entender bien ello? ¿Es que se necesita saber muchísima matemática?
    Hola Paranoid,

    depende de "tus gustos" pero sobre todo de "qué tipo de preguntas te haces".

    Yo a veces hablo con un profesor de Física de la Facultad, (es físico), y me doy cuenta hablando con él (de MC), que no se hace ninguna de las preguntas que me hago yo. Es decir, no es sólo que desconozca las respuestas, sino que no le interesan o más bien, ni siquiera se ha formulado el tipo de preguntas que yo me hago (que suelen ser casi todas de cuestiones matemáticas). Tiene "otra visión" y a él le surgen "otro tipo de preguntas" que precisamente yo no me hago.

    Depende totalmente de "a qué has acostumbrado tu cerebro". Yo me he pasado 7 años "entrenando mi cerebro en examinar hasta el más mínimo detalle definiciones matemáticas y demostraciones matemáticas para ver que todo encaja rigurosamente" (en cuestiones matemáticas).

    Entonces el tipo de preguntas que me hago es ese: "¿Qué cojones es un ket?, ¿cómo que tal función es una autofunción de tal Operador si ese Operador no tiene autovalores?, etc" siempre buscando encajarlo todo hasta el más mínimo detalle sin dejar absolutamente nada "en el aire o en un estado impreciso". (A eso le llamo "deformación profesional de los matemáticos").

    Pero mi profesor no se hace ese tipo de preguntas, sino otras que yo no me hago. ¿Qué tipo de preguntas?. Preguntas más "físicas". Él está acostumbrado a "las ideas físicas" como motor de tu pensamiento, y la precisión y rigor matemático a él no le interesa demasiado.

    Son gustos y entrenamientos diferentes que dan lugar a que te hagas preguntas diferentes.

    Sin duda alguna puedes entender "el significado físico" de la MC sin saber apenas matemáticas, mi profesor no sabe apenas matemáticas, pero comprende la física.

    Así que todo depende de "a qué hayas acostumbrado a tu cerebro" y "qué tipo de preguntas te sueles hacer".
    ¿por qué te cambiaste a Matemáticas? Porque la primera vez que vi una demostración matemática...me cautivó.

  9. #9
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Pues yo creo que lo tengo claro.

    Para distintos materiales, la estabilidad de los electrones en la superficie del material será distinta. Unos materiales estabilizaran más los electrones de su superficie que otros.

    Cuando los materiales se frotan, damos energía térmica las estructuras de sus superficies, ademas unos materiales chocan con otros. Permitimos una transferencia de electrones, aumentando el número de electrones del material que estabilicen a los mismos.

    Al dejar de frotar, en ambientes secos, la carga eléctrica quedará en la superficie de los cuerpos.

    aqui lo explican muy bien mucho mejor que yo :-)

    http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/el...%20frotamiento

    Respecto a la desviación de un chorrito de agua con material debilmente cargado eléctricamente:

    Todos los materiales, al estar formados por àtomos, son polarizables. En presencia de un campo eléctrico se polarizan en dirección opuesta al campo, lo que sucede és que el agua se polariza un monton:

    La molécula de agua presenta un momento dipolar permanente, debido a su estructura con el angulo HOH de 104,5 grados y la polaridad de los enlaces H-O. Al ser polar la molécula.

    El hilito de agua, en presencia del campo eléctrico se desviará, polarizarse el agua será atraída hacia la barra cargada.

    También es muy conocido que podemos frotar un globo inflado con un sueter, cargarlo electricamente y después al acercarlo a una pared, se polariza el material de la pared y el globo queda pegado.

  10. #10
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    ¿Los electrones cómo se transfieren?

    Cita Iniciado por mormar
    Pues yo creo que lo tengo claro.

    Para distintos materiales, la estabilidad de los electrones en la superficie del material será distinta. Unos materiales estabilizaran más los electrones de su superficie que otros.

    Cuando los materiales se frotan, damos energía térmica las estructuras de sus superficies, ademas unos materiales chocan con otros. Permitimos una transferencia de electrones, aumentando el número de electrones del material que estabilicen a los mismos.

    Al dejar de frotar, en ambientes secos, la carga eléctrica quedará en la superficie de los cuerpos.
    Cita Iniciado por http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/fuerza/fuerza.htm#Electricidad%20por%20frotamiento
    Algunos átomos tienen más facilidad para perder sus electrones que otros. Si un material tiende a perder algunos de sus electrones cuando entra en contacto con otro, se dice que es más positivo en la serie triboeléctrica. Si un material tiende a capturar electrones cuando entra en contacto con otro material, dicho material es más negativo en la serie triboeléctrica.

    Estos son algunos ejemplos de materiales ordenados de más positivo a más negativo:

    Piel de conejo, vidrio, pelo humano, nylon, lana, seda, papel, algodón, madera, ámbar, polyester, poliuretano, vinilo (PVC), teflón.




    Cita Iniciado por mormar
    Respecto a la desviación de un chorrito de agua con material debilmente cargado eléctricamente:

    Todos los materiales, al estar formados por àtomos, son polarizables. En presencia de un campo eléctrico se polarizan en dirección opuesta al campo, lo que sucede és que el agua se polariza un monton:

    La molécula de agua presenta un momento dipolar permanente, debido a su estructura con el angulo HOH de 104,5 grados y la polaridad de los enlaces H-O. Al ser polar la molécula.

    El hilito de agua, en presencia del campo eléctrico se desviará, polarizarse el agua será atraída hacia la barra cargada.

    También es muy conocido que podemos frotar un globo inflado con un sueter, cargarlo electricamente y después al acercarlo a una pared, se polariza el material de la pared y el globo queda pegado.
    Pero si la molecula del agua ya está poralizada no? incluso sino le acercas nada de cargas ¿o me equivocó?

    Con los otros materiales, como el papel, cuando le acercas un peine cargado, entonces los electrones en cada molécula del papel se iran al lado de la mulecula más alejado del peine (el peine esta cargado negativo), polarizandose así todas las moléculas, y sumando el efecto de todas (que son millones y millones!) resulta en la atracción del papel.

    Pero en el caso del agua, la molécula ya estaba poralizada! no? o es que todavía se polariza más??


    Saludos y gracias por su paciencia
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