Modelo atómico: modelo mecánico-cuántico de la materia (2)
Fecha de publicación
diciembre, 2025
NotaCompletar esta clase te permitirá:
CN.Q.5.3.13 Examinar y comunicar los contaminantes y los efectos que producen en el entorno natural y la salud humana basándose en su toxicidad y su permanencia en el ambiente; y difundir el uso de prácticas ambientalmente amigables que se pueden utilizar en la vida diaria.
Profesor: Marcelo Amores Palma
En las primeras décadas del siglo veinte, Ernest Rutherford abrió una ventana inesperada hacia el interior del átomo al estudiar tres tipos de radiaciones: alfa, beta y gamma. Cada una revelaba una propiedad distinta de la materia cuando era sometida a procesos nucleares. Lo interesante es que esas radiaciones no solo permitieron entender la estructura del átomo, sino que también mostraron cómo ciertos fenómenos naturales y tecnológicos pueden ionizar la materia, es decir, arrancar electrones y modificar químicamente todo lo que tocan.
La pregunta inicial es sencilla, pero poderosa: ¿qué recuerdas de esas radiaciones? ¿Cómo se diferencian, qué penetran, qué transforman? Activar ese conocimiento es clave para ir un paso más allá: comprender por qué estas mismas radiaciones pueden convertirse en contaminantes invisibles, capaces de alterar ecosistemas, afectar la salud humana y permanecer en el ambiente durante décadas.
La clase de hoy parte de ese recuerdo para profundizar en la naturaleza física de estas radiaciones y su impacto ambiental, un tema donde la física nuclear y la ecología se encuentran.
Los isótopos radiactivos
Una de las mayores contaminantes del planeta, la más difícil de limpiar y mortífera, es la radiactividad.
En 1898, los esposos Marie y Pierre Curie descubrieron que el polonio y el radio eran capaces de ionizar un gas, impresionar placas fotográficas y producir destellos de luz en ciertas sustancias. Los átomos con núcleos atómicos inestables emiten espontáneamente diferentes tipos de radiaciones, los esposos Curie llamaron a esta propiedad radiactividad.
Todos los elementos con número atómico mayor a 83: poseen isótopos radiactivos y pueden emitir radiaciones α, β y γ.
La radiactividad también tiene usos positivos, como la oncología radioterápica, una técnica para aplicar rayos X o radiaciones para eliminar células cancerosas.
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# Datos de penetración: alfa entra mínimamente al tejidoradiacion<-data.frame( tipo =c("α", "β", "γ", "neutrón"), y =c(4, 3, 2, 1), xstart =0, xend =c(1.35, 1.7, 4.7, 4.7)# alfa penetra apenas el tejido)# Materiales atravesadosmateriales<-data.frame( label =c("PAPEL", "TEJIDO\nBIOLÓGICO", "ALUMINIO", "PLOMO", "HORMIGÓN"), xmin =c(0.8, 1.3, 2.2, 3.2, 4.2), xmax =c(1.1, 1.9, 2.7, 3.7, 4.7), ymin =0.5, ymax =4.5)# Colores del fondocolores<-c("PAPEL"="white","TEJIDO\nBIOLÓGICO"="#ffb3b3","ALUMINIO"="lightgrey","PLOMO"="grey40","HORMIGÓN"="grey70")ggplot()+geom_rect(data =materiales,aes(xmin =xmin, xmax =xmax, ymin =ymin, ymax =ymax, fill =label), color ="black")+geom_segment(data =radiacion,aes(x =xstart, xend =xend, y =y, yend =y), arrow =arrow(length =unit(0.25, "cm")), size =1.1)+geom_text(data =radiacion,aes(x =-0.2, y =y, label =tipo), size =6, hjust =1)+geom_text(data =materiales,aes(x =(xmin+xmax)/2, y =4.7, label =label), size =4)+scale_fill_manual(values =colores)+ggtitle("Poder de penetración de las radiaciones ionizantes")+coord_fixed(ratio =1/1.2, clip ="off")+theme_minimal(base_size =14)+theme( legend.position ="none", panel.grid =element_blank(), axis.title =element_blank(), axis.text =element_blank(), axis.ticks =element_blank(), plot.title =element_text(hjust =0.5, face ="bold", size =18))
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ℹ Please use `linewidth` instead.
Dependiendo de su longitud de onda, λ, las radiaciones tienen el poder de penetrar la materia. En el caso de los seres vivos, producen radicales libres que impiden el correcto metabolismo en los tejidos vivos, especialmente en las células que tienden a dividirse con mayor frecuencia, como las de la piel, la médula ósea, los gametos. Una persona que esté en crecimiento es afectada gravemente cuando se expone a este tipo de radiación.
library(ggplot2)# Datosdosis<-data.frame( nivel =c("10000 mSv", "5000 mSv", "1000 mSv", "2.4 mSv"), mSv =c(10000, 5000, 1000, 2.4), efecto =c("Muerte en semanas","Muerte en meses","Daño leve: vómitos y diarreas","Nivel normal anual"))# Ordenar efectos según la dosis (mayor mSv arriba)dosis$efecto<-factor(dosis$efecto, levels =dosis$efecto[order(dosis$mSv, decreasing =TRUE)])# Gráficoggplot(dosis, aes(x =mSv, y =efecto, fill =mSv))+geom_col(alpha =0.85)+scale_x_log10(breaks =c(1, 10, 100, 1000, 5000, 10000), labels =c("1", "10", "100", "1000", "5000", "10000"))+scale_fill_gradient(low ="salmon", high ="red4")+geom_text(aes(label =nivel), hjust =-0.1, size =4.5)+labs( title ="Dosis de radiación ionizante y efectos biológicos", x ="Dosis (mSv, escala logarítmica)", y ="Efecto clínico")+theme_minimal(base_size =14)+theme( legend.position ="none", panel.grid.minor =element_blank(), panel.grid.major.y =element_blank())+coord_cartesian(xlim =c(1, 20000))
Los efectos que produce la radiación en un organismo dependen de la dosis absorbida por su cuerpo y el tiempo de exposición. Los daños sobre la salud son complejos; se puede producir cáncer, mutaciones genéticas, efectos en los embriones durante el embarazo y quemaduras por exposiciones excesivas. La rem (radiación equivalente en humanos) es una unidad de medida de los efectos biológicos que produce la radiación.
Las radiaciones alfa, beta y gamma dejan de ser nombres históricos cuando entendemos su capacidad de modificar la materia y de intervenir en los procesos biológicos. Esa misma energía que permitió descifrar la estructura del átomo puede, en condiciones inadecuadas, convertirse en un contaminante persistente, uno que viaja sin ser visto y altera células, suelos, aguas y atmósferas.
Comprender estos fenómenos no genera miedo, sino criterio. Permite distinguir entre usos seguros, aplicaciones benéficas y situaciones de riesgo real. Permite también pensar en prácticas responsables: desde la gestión adecuada de desechos hasta la reducción de exposiciones innecesarias.
El estudio de las radiaciones ionizantes invita a seguir explorando cómo la energía, en sus múltiples formas, modela el planeta y nuestras vidas. Cada avance en este campo abre una pregunta más amplia sobre la relación entre tecnología, naturaleza y bienestar humano, una relación que siempre merece ser investigada con rigor.
Para profundizar en los contenidos y alcanzar los resultados de aprendizaje, te invito a tomar tu clase personalizada. No dudes en dejar tus preguntas y comentarios, así como seguirnos en todas nuestras redes. ¡Hasta pronto!
