Superconductividad y el acoplamiento espín-órbita del electrón (página 2)

2 2 y = 2 s 2 2 y = 2 p Heber Gabriel Pico Jiménez MD: Superconductividad y el acoplamiento Espín-Órbita del electrón. ubicados esta vez con la misma energía en el primer orbital mo del subnivel p. Ese estado de hibridación excitada del átomo de carbono, no surge para seguir permaneciendo basalmente en ella sin formar orbitales moleculares, por lo contrario es suscitada para formar tres orbitales localizados moleculares enlazados entre carbono y carbono en un mis- mo plano. Quedaría ubicado solitario en el subnivel s un solo electrón deslocalizado. Parece con esto que los 3 elec- trones del subnivel p estuvieran violando al principio de exclusión de Pauli por el espín pero no es así porque a pesar de que son 3 electrones que tienen igual ángulo cuántico de espín y la misma cantidad de energía, tienen distinta direc- ción espacial. Estarían inhabitados los dos orbitales m1 y m2 del subnivel p. Es decir que en vista de esto se debe es in- corporar como observable cuántico adicional a la dirección y el sentido espacial en que se mueve un par de electrones al Principio de Exclusión de Pauli, constituyendo así al átomo de Carbono que siempre configura un tetraedro que es la estructura del Grafito como alótropo de ese elemento. Debi- do a que la base del grafito consta de tetraedros, hace que los planos del grafito forzosamente se curven con la apari- ción de estructuras de formas esféricas, elipsoidales o cilín- dricas. Los nanotubos son un ejemplo y los fullerenos que tienen una organización similar al grafito con una estructura tridimensional geométrica que es similar a un especialmente estable balón de futbol. Entonces, de los 3 electrones ubicados con la misma energía y ángulo cuántico en el primero de los tres orbitales del subnivel p, establecen enlaces covalentes formando orbita- les moleculares localizados de carbono a carbono adyacen- tes. En el subnivel 2s de cada carbono sobra un electrón desapareado que conforma con el átomo de carbono vecino, un par de Cooper de electrones deslocalizados, quienes conservan la cualidad de construir suficientes bandgap, quienes establecen en la misma lámina de grafito un fenó- meno parecido a la mesomería o resonancia del benceno. Este par deslocalizado de Cooper que se puede mover en toda la lámina de grafito, además de conferirle las carac- terísticas eléctricas a ese alótropo del carbono, es otra razón adicional que tiene al grafito para curvarse y conservar la resonancia. Si conectáramos el Benceno a un campo eléc- trico, quizás le pasaría de manera lineal lo mismo que le sucede eléctricamente en un plano al grafito. Los tres orbitales moleculares enlazantes y localizados que construye con su vecino cada átomo de carbono en el grafi- to, no instituyen ningunas rutas para que transiten los elec- trones que significan la conducción eléctrica, no señor ellos no representan ninguna vía eléctrica. Si los orbitales mole- culares sirvieran de caminos eléctricos el diamante fuera un gran conductor de la electricidad. El par de Cooper en el grafito permanece alojado intraatómicamente en el subnivel s del núcleo de los carbonos, sitio donde podría persistir indefinidamente orbitando. Sin embargo los pares de Coo- 9 per en el grafito, deslocalizados se desplazan ruidosamente saltando de núcleo en núcleo de los átomos de carbonos vecinos. Se deslocalizan por razones eléctricas pues, cuando el par está ubicado orbitando en uno cualquiera de los áto- mos de carbonos, se convierte en un anión y el carbono vecino tendría carga contraria. (n1 – Z )+ (n1+Z ) + 2s – 2 + 2 (s+1) (3) 2 tan ? Donde ys es la relación entre n y el ángulo ? descrito por la cantidad de movimiento y el radio de la órbita del electrón siendo n un número no entero, n1 es el número cuántico principal y s es el segundo número cuán- tico. (n1 – Z )+ (n1+Z ) + 2 p – 2 + 2 ( p+1) + 4 mo (4) 2 tan ? Donde yp es la relación entre n y el ángulo ? descrito por la cantidad de movimiento y el radio de la órbita del electrón siendo n un número no entero, n1 es el número cuántico principal, p es el segundo número cuánti- co y mo es el tercer número cuántico o número cuántico magnético. y p < ys (5) En el Grafito entonces, tres electrones ubicados en tres vértices distintos del respectivo primer orbital del subnivel p de la estructura anterior, efectúan los 3 enlaces carbono a carbono del alótropo, quedando aparentemente un electrón desapareado, deslocalizado, inquieto y solitario en el res- pectivo subnivel s, quien apareado sería el par de Cooper responsable de las propiedades eléctricas que tiene el grafito en dirección carbono a carbono. Los 3 electrones híbridos sp2 del grafito podrían situarse en el primer orbital mo del subnivel p, sin embargo de acuerdo a las condiciones am- bientales de presión y temperaturas también podrían insta- larse con mayor energía en el segundo orbital m1 o final- mente, podrían hacerlo en el orbital m2 que es el ultimo orbital de los 3 que le corresponden al subnivel p. Esta posibilidad de ocupar los distintos orbitales explica las 3 formas conocidas del grafito que son: la forma amorfa que no llega a adoptar una estructura cristalina macroscópica pero que es esencialmente grafito, la forma beta romboédri- ca y finalmente la forma alfa hexagonal de posible mayor cantidad de energía. El DIAMANTE Si al alótropo del grafito, lo sometemos a altas temperaturas y presiones, todos los 4 electrones, tanto los dos proceden- tes del subnivel s como los dos procedentes del subnivel p,

Heber Gabriel Pico Jiménez MD: Superconductividad y el acoplamiento Espín-Órbita del electrón. ocuparían ya sea al orbital mo, m1 o m2 del subnivel p con mayor cantidad de energía, harían enlaces en direcciones distintas tetraédricas. Quedando el átomo de Carbono prepa- rado ahora con 4 electrones enlazantes, que a pesar de que poseen igual cantidad de energía ya que tienen los mismos números cuánticos y describen el mismo ángulo cuántico, porque se hallan ubicados en el mismo orbital de similar subnivel, a pesar de eso poseen distintas direcciones espacio temporales, con ellos hacen los 4 enlaces moleculares loca- lizados, híbridos, tetraédricos, propios del diamante y podr- ían existir varios tipos de diamantes por ejemplo, el que tenga los 4 electrones desapareados ubicados todos ellos en el primer orbital mo del subnivel p del segundo nivel como el caso siguiente: 1s2-2s0-2pmo1-2pmo1-2pmo1-2pmo1. Un segundo tipo de diamante sería el que tendría los 4 electro- nes ubicados todos ellos en el segundo orbital m1 quedando así: 1s2-2s0-2pm11-2pm11-2pm11-2pm11. Un tercer tipo de diamante sería en el que los electrones desapareados estar- ían todos en el orbital m2 de mayor energía quedando así: 1s2-2s0-2pm21-2pm21-2pm21-2pm21. Todos estos 3 diamantes dependen de la cantidad de presión y temperatura en el tiempo. CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Recordemos que el ángulo cuántico de espín en los átomos de la tabla periódica incrementa su valor de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha, lo que nos dice que en un no metal como es el carbono, es mayor que en el metaloides boro. A pesar de que en un metal del bloque p como el aluminio, es mayor el ángulo que en el carbono. Pero en un metal de transición como el cobre es de mayor ángulo que en el aluminio, sin embargo en la plata es mayor que el cobre pero es menor que en el oro. Si solamente el valor del ángulo cuántico de espín definiera a la conductividad, el oro debiera ser mejor conductor eléc- trico que la plata y que el mismo cobre. Pero la desventaja es que además de tener en su último nivel de energía a los subniveles s nativos y d del respectivo nivel anterior como los tienen el cobre y la plata, además de ellos el oro tiene también al subnivel f del nivel anterior pero está presente en su último nivel de energía, cuestión que le incrementa la carga nuclear efectiva relativa y entonces hace igual con la electronegatividad, que hacen todos los metales de transi- ción situados desde el sexto período de la tabla periódica a partir del sexto grupo. 10 Se puede notar en la tabla periódica que si bien es cierto que la electronegatividad y la carga nuclear efectiva de forma general se incrementan, de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha, sin embargo tenemos que resaltar en los elemen- tos de transición a partir del cromo, un elemento que está ubicado en el 6º período y 6º grupo de la tabla periódica, desde allí ese orden que trae hacia arriba el crecimiento de la electronegatividad y la carga nuclear efectiva se rompe porque a pesar de que sí continúa el compás incrementándo- se de izquierda a derecha con esa misma disposición, el ritmo vertical de crecimiento se invierte y cambia, pues su incremento desde ese punto es de arriba hacia abajo hasta llegar al mercurio y lo rompen los subniveles d y f que se llenan de fuera hacia adentro. La conductividad eléctrica en este artículo parte de la base de que siempre el transporte de la carga eléctrica en mate- riales no superconductores, no ocurriría jamás a través de electrones libres, sino para todo siempre sería portada por pares de electrones, además serían electrones de tipo s es decir, tendrían simetría esférica y el espín total sería nulo. Parece que los metales de transición esperaran a la conduc- ción eléctrica con el subnivel s, siempre ubicada en su últi- mo orbital incluso, el orden de llenado electrónico del sub- nivel d en los elementos de transición, es de adelante hacia atrás, de la periferia hacia el centro. Para aplicar los principios de conductividad eléctrica esbo- zados en el grafito, nos vamos a referir a la descripción de los átomos de bromo, aluminio, plata, cobre y oro que son elementos que quedan con un solo electrón desapareado y deslocalizado en el subnivel s de sus formas alotrópicas. El aluminio de número atómico 13, lo que quiere decir que tiene el mismo número de electrones, con 2 de ellos en el primer nivel, 8 electrones en el segundo nivel y finalmente 3 de ellos en el último tercer nivel de energía. Los tres elec- trones de valencia en el tercer nivel de energía basalmente en un átomo neutro estarían ubicados de la siguiente mane- ra: 3s2-3pm01-3pm10-3pm20. Dos de esos electrones están apareados con espines contrarios e igual energía en el sub- nivel s. El último de los 3 electrones de valencia estaría desapareado en el primer orbital m0 de los tres que le co- rresponden al subnivel p. Uno de los dos electrones ubica- dos en el subnivel s incrementaría su energía e igualaría a la energía del electrón ubicado originalmente en el subnivel p, entonces los 2 electrones se ubican al mismo nivel como 2 electrones enlazantes, cada uno de ellos se enlazan lateral- mente con otro átomo de aluminio, quedando cada átomo de aluminio con un electrón desapareado en el subnivel s, que al aparearse con el electrón del aluminio vecino igual

2 2 ?? ?? 2 2 2 2 Heber Gabriel Pico Jiménez MD: Superconductividad y el acoplamiento Espín-Órbita del electrón. que en el grafito, son los pares de electrones que completan la resonancia como sucede en el grafito y el benceno. do un nanotubo, se vuelve un material que potencialmente incrementa de manera general el valor soportable de la corriente crítica pudiendo ser un superconductor. Podemos darnos cuenta que el benceno, el grafito, el bromo puro, el aluminio, el cobre, la plata y el oro, todos lo hacen a través de los electrones apareados y deslocalizados de los subniveles s. 3- Conclusiones: SUPERCONDUCTIVIDAD 1- LA PRIMERA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es Las órbitas electrónicas por pares alrededor del núcleo ató- mico crean un campo magnético suficiente para sustentar el efecto Meissner y por esto, los electrones pueden permane- cer indefinidamente orbitando en el respectivo orbital de un subnivel y esta es la razón de que la cantidad de electrones superconductores es finita pues la cantidad de corriente que puede soportar el material es limitada por tanto, también existe una corriente crítica a partir de la cual el material deja de ser superconductor y comienza a disipar energía. Debido a que la interacción de los pares de electrones no es la mis- ma en cualquier dirección, la simetría espacial esférica tipo s es la que sustenta al efecto Meissner. Un par de Cooper que se encuentre debidamente apareado orbitando el subnivel s en un átomo de un conductor, inme- diatamente lo convierte en anión, que obliga al par a través del efecto túnel, a tener que saltar con ruido y vibración al átomo vecino que incluso ya viene con carga contraria, este salto produce menos ruido o vibración si el átomo está más cerca y vibra menos, esta distancia y vibración depende de la temperatura, a la vez la misma temperatura incrementa la misma separación y vibración de los átomos. Desde la tem- peratura crítica hacia abajo, los iones atómicos serán adya- centes por la atracción sentida debido a la carga contraria y el par de Cooper fluirá a través de ellos por el efecto túnel. Pero si se modificara la masa del ion en el efecto isotópico, como la carga sigue constante, la densidad de carga por ión también se altera, varia la fuerza de atracción por carga contraria entre iones, se altera la temperatura crítica. Por eso vemos que si isotópicamente se incrementa la masa del superconductor la temperatura crítica disminuye. El punto de la corriente crítica es algo que queremos abor- el planteo en la posibilidad de poder construir nanotubos multicapas aislados multiplicador de la corriente crítica de un nanotubo monocapa. Conseguirían ser nanotubos multi- capas aislados con nitrógeno líquido capaz de traer desde las alturas suficiente cantidad de energía solar captada por células solares pertenecientes a un panel flotante. 1- LA SEGUNDA GRAN CONCLUSIÓN de este trabajo es la gran relación de los cuatro números cuánticos con el ángulo cuántico de espín: El primer número cuántico o principal n1, el segundo número cuántico o azimutal l, el tercer número cuántico o magnético m, el cuarto número cuántico del espín s, cada número cuántico tiene un ángulo cuántico distinto y la dirección del orbital: (n1 – Z ) ± (n1+Z ) + 2? (l – 1) ± (l +1) + 4m ? n = (20) 2 Donde n es un número no entero, n1 es el primer número cuántico o prin- cipal, Z es el número atómico, l es el segundo número cuántico o acimutal y m es el tercer número cuántico o número cuántico magnético. 2- LA TERCERA GRAN CONCLUSIÓN de este artículo es la relación de la energía cinética del electrón, donde se encuentran involucrados los tres números cuánticos y el ángulo cuántico del momento angular del electrón: dar de la siguiente manera diciendo: Que los elementos puros o aleaciones que no presentan estado superconductor, es porque quizás tengan una corriente crítica demasiado minúscula y podría ser el caso del grafito. Sostenemos esta pc = Ec = me c Za yn – Z a (59) premisa viendo el hecho de que el grafito laminar no es superconductor porque quizás el valor de la corriente crítica forzada linealmente en una misma dirección, es demásado minúscula, pero si esta misma lamina se enrolla conforman- 11 Donde p es la cantidad de movimiento del electrón, Ec es la energía cinéti- ca del electrón, me es la masa del electrón, Z es el número atómico, a es la constante de estructura fina, yn es la relación entre n y el ángulo ? descrito por la cantidad de movimiento y el radio de la órbita del electrón.

? ? Za ? ? (40) 2 t e ? y n -Z a ? [3] [1] [2] Heber Gabriel Pico Jiménez MD: Superconductividad y el acoplamiento Espín-Órbita del electrón. 2 E = m c 1 + ? 2 2 2 ? Donde Et es la energía total del electrón, me es la masa en reposo del electrón, Z es el número atómico, a es la constante de estructura fina, yn es la relación entre n y el ángulo ? descrito por la cantidad de movimiento y el radio de la órbita del electrón. 4- Referencias REFERENCIAS DEL ARTÍCULO. Alotropía. Alotropía del Carbono. Alotropía del Oxigeno. [4] [5] Ozono. Diborano Este trabajo demuestra que el ángulo cuántico del momento angular total de la órbita del electrón, es una propiedad intrínseca que además de establecer el grado de acoplamiento creado entre el espín de la partícula y la órbita del electrón, es aquella cantidad atómica de variación periódica que contribuye tanto al valor de la energía como a la calidad del aparea- miento que tendrían un par de electrones en un orbi- tal basal o molecular y que en base a eso, establece las distintas propiedades eléctricas quien además de influir en la electronegatividad, la afinidad electrónica y la energía de ionización, revela mecanismos preci- sos que explican a las respectivas alotropías, a los orbitales moleculares y a las distintas anomalías presentes en la secuencia atómica de la carta perió- dica por ejemplo, el apareamiento electrónico basal no alotrópico explica el intenso valor relativo que pretende la primera energía de ionización en los grupos 2, 12, 14, 16, 18 y por apareamiento alotró- pico solo la gran primera energía de ionización del grupo 15, a la vez es la misma fuente que origina a los regios decaimientos inesperados en sus respecti- vas afinidades electrónicas. Lo contrario ahora, el desapareamiento electrónico basal no alotrópico es la causa del gran decaimiento relativo que tiene la primera energía de ionización en los grupos 1, 6, 11, 13, 15 y 17 y a la vez es la misma razón, que origina el incremento aparentemente inesperado en la afini- dad electrónica de esos mismos grupos. El efecto predominante de un ángulo cuántico de espín, ex- plica la mayor a afinidad electrónica del cloro fren- te al flúor. Explica el porqué el paladio pertenece al quinto período de la tabla periódica. Explica el por- qué el grafito tiende a configurar estructuras alotró- picas cilíndricas y esféricas. Estos artículos mani- fiestan que no basta con solamente decir que un par de electrones están apareados, se hace necesario es- tablecer el grado relativo del respectivo apareamien- to que se crea entre ellos y definir la medida y decir si es un apareamiento basal o es un apareamiento alotrópico para poder entenderlo. 12 REFERENCIAS DE LA TEORÍA [1] Número cuántico magnético. [2] Ángulo cuántico [3] Paul Dirac y Nosotros [4] Numero cuántico Azimutal monografias [5] Numero cuántico Azimutal textoscientificos [6] Inflación Cuántica textos científicos. [7] Números cuánticos textoscientíficos.com. [8] Inflación Cuántica Monografías [9] Orbital Atómico [10] Números Cuánticos. [11] Átomo de Bohr. [12] Líneas de Balmer. [13] Constante Rydberg. [14] Dilatación gravitacional del tiempo. [15] Número Cuántico magnético. [16] Numero Cuántico Azimutal. Copyright © Derechos Reservados1. Heber Gabriel Pico Jiménez MD1. Médico Cirujano 1985 de la Universidad de Cartagena Colombia. Investigador independiente de problemas biofísicos médicos propios de la memoria, el apren- dizaje y otros entre ellos la enfermedad de Alzheimer. Estos trabajos, que lo más probable es que estén desfasados por la poderosa magia secreta que tiene la ignorancia y la ingenuidad, sin embargo, como cualquier representante de la comunidad académi- ca que soy, también han sido debidamente presentados en la “Aca- demia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y naturales” AC- CEFYN.