Química. Radiación electromagnética. Partículas fundamentales.

1. ¿Qué es la radiación electromagnética?
La radiación electromagnética es una forma de energía resultante de una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que tiene la capacidad de propagarse a través del vacío con eficiencia y velocidad (totalmente al contrario que otros tipos de ondas como el sonido que necesitan un medio material por el que viajar), además, transporta energía de un lugar a otro.


Radiación electromagnética

1.1 ¿Cuál es la naturaleza de esta radiación?

La radiación electromagnética no está constituida por materia; está constituida (o podría decirse que es transportada) por un tipo de partículas denominadas fotones, pero, ¿qué son los fotones? Los fotones son partículas sin masa y por lo tanto no son materia.

Según la física clásica una partícula debía de tener masa, enunciado que contradecía la naturaleza del fotón, por ello la física moderna modificó el enunciado de partícula hacia uno más abierto; las definió como entidades que portan energía pero no necesariamente poseen masa, su posición varía y pueden existir simultáneamente en varias posiciones. Con esta definición se englobó el concepto de fotón.
Otro concepto que incumbe a la naturaleza de la radiación electromagnética son las ondas, estas son movimientos oscilatorios que se propagan en una determinada dirección. Dentro de las ondas destacamos varias partes, su frecuencia, que indica el número de oscilaciones por unidad de tiempo; la longitud, que corresponde a la distancia entre dos puntos equivalentes consecutivos (como dos crestas o dos valles) y la amplitud, correspondiente a la máxima distancia alcanzada por las partículas respecto a su equilibrio.


Onda electromagnética.

Respecto a los fotones y las ondas, ¿qué característica tienen los fotones que permite esa variación en forma ondulatoria conforme se propaga?
Las fuerzas eléctrica y magnética. Estas dos fuerzas acompañan al fotón durante su recorrido, conforme avanza estas aumentan y disminuyen su intensidad provocando así el fenómeno de la onda electromagnética. Se disponen de forma perpendicular entre ellas y a la dirección de propagación de la onda.

Onda electromagnética en tres planos perpendiculares entre sí;
el eléctrico (E), el magnético (B) y la dirección de
propagación de la onda (Y).

En conclusión, podemos afirmar que la naturaleza de la radiación electromagnética se compone de dos partes, la primera serían las partículas denominadas fotones, equivalentes a paquetes de energía que se mueven a una velocidad de 300.000km/s en el vacío y que en su trayectoria presentan un campo de fuerzas magnéticas y otro de eléctricas que oscilan dando lugar a la onda permitiendo así su propagación.

1.2 Ventajas e inconvenientes del uso cotidiano de la radiación electromagnética
Hoy en día, la radiación electromagnética está tan presente en nuestras vidas que hay que pararse a pensar sí realmente esto tiene más aspectos beneficiosos que negativos.
Es realmente difícil imaginarse la vida en la Tierra tal y como la conocemos hoy en día sin el efecto de esta radiación pues, la gran mayoría de los aparatos que utilizamos a diario en el hogar la requieren y, es más, a primera vista estos sólo nos aportan ventajas; son cómodos, fáciles de usar y rápidos por lo que por este lado no deberíamos de deshacernos de la radiación electromagnética para que sigan funcionando. Sin irnos muy lejos, los teléfonos móviles usan una radiación electromagnética en el rango de microondas, pero, según la OMS a largo plazo puede resultar dañina. Además, estos últimos días se ha divulgado la noticia de que la radiación electromagnética podría formar parte de los tratamientos de cáncer en un futuro. A parte de estos ejemplos, los microondas que utilizamos a diario en las cocinas, la televisión o los rayos X de las radiografías también utilizan esta radiación para su funcionamiento.
Por el contrario, la radiación electromagnética a corto plazo es común que produzca dolores de cabeza, insomnio o mareos y a largo plazo incluso quemaduras y alteraciones del ADN que podrían acabar en problemas es en sistema nervioso central (en el caso de la radiación  ultravioleta)
En mi opinión, entre los dos extremos como son el de mantener la radiación a toda costa y erradicarla pienso que la humanidad debería situarse en un punto intermedio como nos aconseja la OMS; con una energía escasa la vida no saldría adelante pero con un exceso tampoco pues acabaría con todo ser vivo. Es necesario hacernos conscientes de que debemos intentar reducir el uso de aparatos que requieran la radiación y si son realmente necesarios, por ejemplo, desconectarlos cuándo no estén en uso sería una buena forma de comenzar a reducir la emisión de radiaciones a parte de buscar alternativas a su uso.

 

2. Fuerzas dentro de los átomos. Partículas fundamentales 
Los átomos son la unidad más pequeña en la que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas, además, componen toda la materia. A su vez, un átomo está compuesto de tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Sí los átomos de una sustancia se dividen, la identidad de esta puede destruirse, por ello son necesarias unas fuerzas que actúen dentro de los átomos para mantenerlos tal y como son.
En la naturaleza hay cuatro tipos de fuerzas fundamentales, la gravitatoria, la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil. A nivel atómico la gravedad en tan débil que la fuerza que ejerce es más bien irrelevante, aunque esta tiene gran importancia a nivel macroscópico. Lo mismo ocurre más o menos con la fuerza nuclear débil, especialmente importante en la física avanzada de las partículas, aunque esta sí cumple una función dentro de los átomos. Las fuerzas nuclear fuerte y electromagnética son las esenciales a la hora de responder a la pregunta "¿Qué es lo que mantiene unidos los átomos?"


Estructura de un átomo

• Protones con neutrones (núcleo atómico):

- Fuerza electromagnética: El núcleo de un átomo contiene protones con carga positiva y neutrones que no poseen carga electromagnética. No existe ninguna fuerza que mantenga unidos los protones con los neutrones pues a este nivel la gravedad es insignificante, pero, los protones del núcleo se repelen fuertemente entre sí al estar muy cercanos los unos de los otros. Sí la distancia entre los dos objetos repelidos disminuye, la fuerza electromagnética entre ellos aumenta y viceversa, por lo tanto la fuerza de repulsión es bastante grande al ser pequeña la distancia que los separa.

- Fuerza nuclear fuerte: Los protones del núcleo pese a repelerse entre ellos no llegan a separarse (de ahí que el átomo pueda permanecer unido), esto es debido a la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza es muy fuerte a cortas distancias; sí tuviésemos dos protones en el núcleo de un átomo repeliéndose entre sí, la repulsión electromagnética entre ellos aumentaría al igual que la nuclear fuerte, al estar los dos muy muy cerca la fuerza nuclear fuerte vencería a la de repulsión y los mantendría unidos.

Los protones y neutrones no son partículas fundamentales, estos están formados por unidades más pequeñas denominadas quarks (que ya sí son partículas fundamentales) combinados de manera específica para formar estos dos tipos de partículas subatómicas. Los electrones a día de hoy no tienen partículas fundamentales conocidas por lo que son considerados fundamentales ellos mismos.

- Fuerza nuclear débil: Como ya hemos dicho, los protones están formados por quarks, que tienen diferentes cargas eléctricas. Para que el protón resulte con carga positiva es necesario mantener un equilibrio de cargas eléctricas; de mantener este equilibrio se encarga la fuerza nuclear débil pues su función es unir los quarks dentro de un protón. Además, esta fuerza también se encarga de anular la carga de los quarks dentro del neutrón.


Estructura de los tres quarks
que forman el protón, dos quarks arriba (u de up)
y uno abajo (d de down).

Estructura de los tres quarks
que forman el neutrón, un quark arriba (u de up)
y dos abajo (d de down).




• Núcleo atómico con los electrones:

Los electrones, con carga negativa se sitúan en órbitas alrededor del núcleo de carga positiva; son atraídos hacia él mediante fuerzas electromagnéticas. Esto se corrobora mediante la afirmación de que las cargas opuestas se atraen.

En resumen, los átomos no se mantienen unidos por arte de magia, tienen unas fuerzas actuando entre sus componentes que les permiten adoptar la forma con la que los conocemos. Estas fuerzas son las denominadas fundamentales de la naturaleza que logran unir protones, neutrones y electrones gracias a su interacción. Además, estas fuerzas participan en la unión de las partículas fundamentales como lo son los quarks que juntos dan lugar a las partículas elementales componentes de los átomos. Se podría decir que sin la existencia de estas fuerzas los átomos no existirían pues sus componentes se repelerían entre sí y no podrían juntarse,  por tanto la materia como tal tampoco aparecería pues todos sabemos que esta está formada por átomos.