Cuarzo Piezoeléctrico, prototipo de Pierre Curie
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Cuarzo Piezoeléctrico, prototipo de Pierre Curie Julio González- Alcalde Javier García Guinea Cuarzo piezoeléctrico. Prototipo Pierre Curie, 1900 MNCN
Transcript of Cuarzo Piezoeléctrico, prototipo de Pierre Curie
Cuarzo Piezoeleacutectrico prototipo de Pierre Curie
Julio Gonzaacutelez-
Alcalde
Javier Garciacutea Guinea
Cuarzo piezoeleacutectrico Prototipo Pierre Curie 1900 MNCN
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El Museo Nacional de Ciencias Naturales conserva en la coleccioacuten de instrumentos cientiacuteficos un ejemplar de cuarzo piezoeleacutectrico de gran significado histoacuterico Forma parte de un prototipo ideado por Pierre Curie (1859-1906) fiacutesico franceacutes pionero en los estudios de radiactividad y descubridor de la piezoelectricidad Fue esposo de Madame Curie de soltera Mariacutea Sklodowska (1867-1934) nacida en Polonia la cual como es conocido presentoacute su tesis doctoral en 1903 sobre la radioactividad
Pierre y Marie Curie con un cuarzo piezoeleacutectrico
Poco tiempo despueacutes de realizar su tesis sobre la radioactividad la investigadora maacutes famosa del mundo recibioacute el premio Nobel de Fiacutesica por sus estudios sobre la radiacioacuten junto con Pierre Cu-rie que se negoacute a recibirlo si no se le concediacutea a Marie y Henri Becquerel Ademaacutes en 1911 le fue concedido el premio Nobel de Quiacutemica por sus descubrimientos del polonio y el radio De esta manera fue la primera mujer en recibir dos pre-mios nobel Tras la concesioacuten del premio Nobel por su trabajo de investigacioacuten Marie obtuvo un puesto con remuneracioacuten y Pierre una caacutetedra en la Sorbona de Pariacutes
Esta gran investigadora estuvo en Espantildea en tres ocasiones En 1919 participoacute en Madrid en el I Congreso Nacional de Medicina en el Teatro Real En 1931 fue invitada por el Gobierno de la Segunda Repuacuteblica e impartioacute en la Residencia de Estudiantes la conferencia La radiactividad y la evolucioacuten de la ciencia y en 1933 presidioacute una reunioacuten internacional en la Residencia de Estu-diantes donde impartioacute la conferencia El porve-nir de la cultura
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El instrumento cientiacutefico
El cuarzo piezoeleacutectrico fue fabricado en 1900 en la Socieacuteteacute Centrale de Produits Chimiques 44 rue des Eacutecoles Pariacutes con el nuacutemero 2 dato este que ratifica la incorporacioacuten de Espantildea a un alto nivel de excelencia tecnoloacutegica e instrumental en este campo y formoacute parte del Departamento Curie del Instituto de Radiactividad de Madrid creado en 1910 y en pleno funcionamiento hasta 1940 que tuvo su origen en el Laboratorio de Radiactividad (1903)
El nombre de este aparato procede de la pie-zoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mi-
neral de un monocristal de cuarzo pieza esencial del aparato recubierto de placas de aluminio Cuando se somete a la compresioacuten las cargas de la materia se separan y se produce una polariza-cioacuten de la carga
Este instrumento de latoacuten madera y cuarzo adaptado a las medidas de radiactividad basa su funcionamiento en la generacioacuten de una corrien-te eleacutectrica mediante traccioacuten o presioacuten ejercida sobre un cristal de cuarzo Esta corriente con-traria a la generada por la sustancia radiactiva mantiene la laacutemina de un electroscopio o el iacuten-dice de un galvanoacutemetro siempre a cero La can-tidad de electricidad generada es medible con el peso colocado en la pieza y de esta electricidad
se puede deducir la radiactividad presentada por la sustancia
Las fotografiacuteas incluidas en este artiacuteculo pre-tenden ilustrar de manera general y ayudar a en-tender los procesos de funcionamiento de esta clase de instrumentos cientiacuteficos
Anaacutelisis del Cuarzo Piezoeleacutectrico
Analizamos de forma no destructiva por es-pectroscopia Raman uno de los cuarzos pie-zoeleacutectricos de Curie Este espeacutecimen de cuarzo simboliza el comienzo de la piezoelectricidad porque esta propiedad fiacutesica fue descubierta por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten de un ejemplar de cuarzo hialino y observando que al comprimir las cargas de la materia se separan se polariza la carga eleacutectrica y saltan chispas
La piezoelectricidad se puede observar en muchos soacutelidos sin centro de simetriacutea cristalina pero no en gases liacutequidos y soacutelidos con simetriacutea cristalina La corriente eleacutectrica generada es pro-porcional al aacuterea de la placa y a la rapidez de la variacioacuten de la presioacuten aplicada ortogonalmen-te a la superficie de la placa De forma inversa cuando se somete una placa piezoeleacutectrica a una tensioacuten variable se comprime y se relaja oscilan-do a impulsos del suministro eleacutectrico Esto llevoacute al final de la primera guerra mundial al descubri-miento del sonar basado en la piezoelectricidad del cuarzo y la teoriacutea del efecto Doppler
Lord Rutherford (1930) publicoacute que el efecto Raman es muy importante para la fiacutesica del esta-
Cuarzo piezoeleacutectrico completo
ldquoEste instrumento
mide la cantidad de electricidad generada y de
esta electricidad se puede deducir la radiactividad presentada por la sustanciardquo
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do soacutelido pero que todaviacutea no se habiacutea correla-cionado con estructura cristalina desvelada por la difraccioacuten de rayos X aunque deberiacutean de estar muy relacionadas entre siacute y con el espectro in-frarrojo debido a las propiedades de simetriacutea del cristal y al caraacutecter geomeacutetrico de las vibraciones
Krishnan (1945) irradiando un cuarzo con luz ultravioleta (254 nm) procedente de un arco eleacutectrico de mercurio refrigerado con agua ob-tuvo uno de los primeros espectros Raman de un cuarzo hialino publicando su tabla de liacuteneas espectrales en Nature Utilizoacute una exposicioacuten larga de 48 horas sobre un cristal de cuarzo de 15 centiacutemetros De esta forma registroacute un es-pectro muy intenso con 41 frecuencias de des-plazamientos Raman De acuerdo con estos re-sultados el grupo de tres silicios y seis aacutetomos de oxiacutegeno presentes en la celdilla unidad hexagonal de la red del cuarzo presentaba 16 modos fun-damentales de vibracioacuten Las cuatro frecuencias fundamentales eran 385 488 800 y 1190 cm-1
Antildeos maacutes tarde (Krishnamurti 1958) mejoroacute sustancialmente la interpretacioacuten del espectro Raman del cuarzo hialino aclarando que los es-pectros Raman del cuarzo muestran unos carac-teres especiales debido a la especial arquitectu-ra del cristal ya que el soacutelido-cuarzo puede ser
considerado como una moleacutecula gigante donde los aacutetomos de silicio y oxiacutegeno estaacuten todos en-lazados entre siacute con vibraciones continuas en todo el cristal La estructura del cristal de cuarzo estaacute basada en un triple eje de simetriacutea de tipo tornillo lo que le proporciona actividad oacuteptica y otras propiedades interesantes La estructura del cuarzo tambieacuten es sensible a la temperatura ya que hacia los 575ordmC se produce una transfor-macioacuten polimoacuterfica alfa-beta con cambios en la simetriacutea cristalina pasando de una clase trigonal a una hexagonal Todas estas caracteriacutesticas pe-culiares ejercen su influencia sobre los espectros Raman y deben de ser consideradas al proceder a su interpretacioacuten La principal caracteriacutestica de la estructura del cuarzo es la continua unioacuten de silicios y oxiacutegenos de modo que cada aacutetomo de silicio estaacute rodeado tetraeacutedricamente por cua-
tro aacutetomos de oxiacutegeno y cada aacutetomo de oxiacutegeno estaacute conectado a dos aacutetomos de silicio El grupo SiO4 en cuarzo no es un tetraedro regular pero posee la simetriacutea de un eje doble que pasa a tra-veacutes de cada silicio y que es perpendicular al eje oacuteptico Los tres silicios en la celdilla unidad se unen junto con los otros tres silicios de las cel-das adyacentes y forman un hexaacutegono irregular que posee la simetriacutea de un eje triple
Krishnamurti (1958) excitoacute la muestra de cuarzo con radiacioacuten ultravioleta a 254 nm uti-lizando tambieacuten laacutempara de mercurio de arco eleacutectrico Se registraron espectros diferentes seguacuten tres orientaciones diferentes (1) excitan-do una cara hexagonal de dispersioacuten del cristal a lo largo del eje oacuteptico (2) el eje oacuteptico incli-nado un aacutengulo respecto al plano de dispersioacuten y (3) el plano de dispersioacuten fue perpendicular al eje oacuteptico con 100 horas de exposicioacuten para
Espectro Raman del Cuarzo
ldquoEl nombre de este aparato procede de la piezoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mineral de un monocristal de cuarzo pieza
esencial del aparato recubierto de placas de aluminiordquo
ldquoLos grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento
del polonio y del radium fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la
curacioacuten de enfermedadesrdquo
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cada espectrograma Raman lo que permitioacute re-gistrar las sentildeales maacutes deacutebiles Concluyoacute que el espectro Raman del cuarzo muestra los siguien-tes quince desplazamientos de frecuencias maacutes importantes 128 (vs) 206 (vs) 265 (s) 356 (s) 394 (m) 404 (m) 452 (w) 466 (vs) 696 (m) 795 (m) 806 (m) 1063 (m) 1082 (m) 1160 (s) y 1230 (w) cm-1
Posteriormente Grimsditch et al (1977) estu-diaron el comportamiento piezo-espectroscoacutepi-co de la emisioacuten Raman a 128 cm-1 del cuarzo bajo condiciones experimentales que permiten el desdoblamiento del pico debido a su depen-dencia del vector de onda lineal Despueacutes Bunde et al (1998) utilizaron cuarzos piezoeleacutectricos para fabricar biosensores
Aplicaciones de sus descubrimientos
Los grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento del polonio y del radium (de los elementos polonio y radio) fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la curacioacuten de enfermedades El sistema se denominoacute entonces curieterapia y consistiacutea en su aplicacioacuten hospitalaria a modo de radioterapia En antildeos posteriores se aplicariacutea en la curacioacuten del caacutencer pero sin el matrimonio Curie como pioneros este tipo de tratamientos se hubiera demorado bastante
Su disposicioacuten a integrar sus descubrimien-tos en beneficio de la Humanidad fue quedando sobradamente clara Incluso durante la Primera Guerra Mundial Madame Curie se presentoacute en el frente de combate junto con su hija Irene que comenzoacute a trabajar bajo la direccioacuten de su madre luego se hizo cargo del Instituto del Ra-dio y llego a ser una de las cientiacuteficas de mayor relevancia Pues bien ambas madre a hija iban con unas camionetas que recibieron el nombre de Petites Curies en cuyo interior se habiacutean dis-puesto rayos X portaacutetiles para radiografiar he-
ridas de los soldados Se implicaron totalmente en este terrible trabajo durante la Gran Guerra
Cuando terminoacute la contienda Marie trajo des-de los Estados Unidos un gramo de radium re-galado por el presidente de los Estados Unidos Harding ante la falta de este elemento en Francia
Como conclusioacuten podriacutea afirmarse que la im-portancia del equipo analiacutetico cuarzo piezoeleacutec-trico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma determinante en el avance en la investigacioacuten de la radiactividad Sin embargo la vida de Madame Curie no fue envidiable En abril de 1906 cuando su segunda hija era algo menor de un antildeo su ma-rido Pierre fue atropellado por un coche de caba-llos a resultas de lo cual murioacute Ademaacutes la salud de Madame Curie por sus largas horas de expo-sicioacuten a sustancias radiactivas como el radium se fue quebrantando y murioacute en los Alpes en 1934
Los restos mortales de la descubridora de la ra-diactividad fueron trasladados para ser enterrados en el Panteoacuten de Pariacutes El funeral de Estado estuvo presidido por el entonces presidente de la Repuacute-blica Francesa Franccedilois Mitterrand en 1995 n
Marie y su hija Irene en el Instituto del Radio de Pariacutes con un cuarzo piezoeleacutectrico (Muntildeoz Paacuteez 2013 227)
ldquoLa importancia del equipo analiacutetico cuarzo
piezoeleacutectrico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma
determinante en el avance en la investigacioacuten de la
radiactividadrdquo
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El Museo Nacional de Ciencias Naturales conserva en la coleccioacuten de instrumentos cientiacuteficos un ejemplar de cuarzo piezoeleacutectrico de gran significado histoacuterico Forma parte de un prototipo ideado por Pierre Curie (1859-1906) fiacutesico franceacutes pionero en los estudios de radiactividad y descubridor de la piezoelectricidad Fue esposo de Madame Curie de soltera Mariacutea Sklodowska (1867-1934) nacida en Polonia la cual como es conocido presentoacute su tesis doctoral en 1903 sobre la radioactividad
Pierre y Marie Curie con un cuarzo piezoeleacutectrico
Poco tiempo despueacutes de realizar su tesis sobre la radioactividad la investigadora maacutes famosa del mundo recibioacute el premio Nobel de Fiacutesica por sus estudios sobre la radiacioacuten junto con Pierre Cu-rie que se negoacute a recibirlo si no se le concediacutea a Marie y Henri Becquerel Ademaacutes en 1911 le fue concedido el premio Nobel de Quiacutemica por sus descubrimientos del polonio y el radio De esta manera fue la primera mujer en recibir dos pre-mios nobel Tras la concesioacuten del premio Nobel por su trabajo de investigacioacuten Marie obtuvo un puesto con remuneracioacuten y Pierre una caacutetedra en la Sorbona de Pariacutes
Esta gran investigadora estuvo en Espantildea en tres ocasiones En 1919 participoacute en Madrid en el I Congreso Nacional de Medicina en el Teatro Real En 1931 fue invitada por el Gobierno de la Segunda Repuacuteblica e impartioacute en la Residencia de Estudiantes la conferencia La radiactividad y la evolucioacuten de la ciencia y en 1933 presidioacute una reunioacuten internacional en la Residencia de Estu-diantes donde impartioacute la conferencia El porve-nir de la cultura
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El instrumento cientiacutefico
El cuarzo piezoeleacutectrico fue fabricado en 1900 en la Socieacuteteacute Centrale de Produits Chimiques 44 rue des Eacutecoles Pariacutes con el nuacutemero 2 dato este que ratifica la incorporacioacuten de Espantildea a un alto nivel de excelencia tecnoloacutegica e instrumental en este campo y formoacute parte del Departamento Curie del Instituto de Radiactividad de Madrid creado en 1910 y en pleno funcionamiento hasta 1940 que tuvo su origen en el Laboratorio de Radiactividad (1903)
El nombre de este aparato procede de la pie-zoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mi-
neral de un monocristal de cuarzo pieza esencial del aparato recubierto de placas de aluminio Cuando se somete a la compresioacuten las cargas de la materia se separan y se produce una polariza-cioacuten de la carga
Este instrumento de latoacuten madera y cuarzo adaptado a las medidas de radiactividad basa su funcionamiento en la generacioacuten de una corrien-te eleacutectrica mediante traccioacuten o presioacuten ejercida sobre un cristal de cuarzo Esta corriente con-traria a la generada por la sustancia radiactiva mantiene la laacutemina de un electroscopio o el iacuten-dice de un galvanoacutemetro siempre a cero La can-tidad de electricidad generada es medible con el peso colocado en la pieza y de esta electricidad
se puede deducir la radiactividad presentada por la sustancia
Las fotografiacuteas incluidas en este artiacuteculo pre-tenden ilustrar de manera general y ayudar a en-tender los procesos de funcionamiento de esta clase de instrumentos cientiacuteficos
Anaacutelisis del Cuarzo Piezoeleacutectrico
Analizamos de forma no destructiva por es-pectroscopia Raman uno de los cuarzos pie-zoeleacutectricos de Curie Este espeacutecimen de cuarzo simboliza el comienzo de la piezoelectricidad porque esta propiedad fiacutesica fue descubierta por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten de un ejemplar de cuarzo hialino y observando que al comprimir las cargas de la materia se separan se polariza la carga eleacutectrica y saltan chispas
La piezoelectricidad se puede observar en muchos soacutelidos sin centro de simetriacutea cristalina pero no en gases liacutequidos y soacutelidos con simetriacutea cristalina La corriente eleacutectrica generada es pro-porcional al aacuterea de la placa y a la rapidez de la variacioacuten de la presioacuten aplicada ortogonalmen-te a la superficie de la placa De forma inversa cuando se somete una placa piezoeleacutectrica a una tensioacuten variable se comprime y se relaja oscilan-do a impulsos del suministro eleacutectrico Esto llevoacute al final de la primera guerra mundial al descubri-miento del sonar basado en la piezoelectricidad del cuarzo y la teoriacutea del efecto Doppler
Lord Rutherford (1930) publicoacute que el efecto Raman es muy importante para la fiacutesica del esta-
Cuarzo piezoeleacutectrico completo
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mide la cantidad de electricidad generada y de
esta electricidad se puede deducir la radiactividad presentada por la sustanciardquo
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do soacutelido pero que todaviacutea no se habiacutea correla-cionado con estructura cristalina desvelada por la difraccioacuten de rayos X aunque deberiacutean de estar muy relacionadas entre siacute y con el espectro in-frarrojo debido a las propiedades de simetriacutea del cristal y al caraacutecter geomeacutetrico de las vibraciones
Krishnan (1945) irradiando un cuarzo con luz ultravioleta (254 nm) procedente de un arco eleacutectrico de mercurio refrigerado con agua ob-tuvo uno de los primeros espectros Raman de un cuarzo hialino publicando su tabla de liacuteneas espectrales en Nature Utilizoacute una exposicioacuten larga de 48 horas sobre un cristal de cuarzo de 15 centiacutemetros De esta forma registroacute un es-pectro muy intenso con 41 frecuencias de des-plazamientos Raman De acuerdo con estos re-sultados el grupo de tres silicios y seis aacutetomos de oxiacutegeno presentes en la celdilla unidad hexagonal de la red del cuarzo presentaba 16 modos fun-damentales de vibracioacuten Las cuatro frecuencias fundamentales eran 385 488 800 y 1190 cm-1
Antildeos maacutes tarde (Krishnamurti 1958) mejoroacute sustancialmente la interpretacioacuten del espectro Raman del cuarzo hialino aclarando que los es-pectros Raman del cuarzo muestran unos carac-teres especiales debido a la especial arquitectu-ra del cristal ya que el soacutelido-cuarzo puede ser
considerado como una moleacutecula gigante donde los aacutetomos de silicio y oxiacutegeno estaacuten todos en-lazados entre siacute con vibraciones continuas en todo el cristal La estructura del cristal de cuarzo estaacute basada en un triple eje de simetriacutea de tipo tornillo lo que le proporciona actividad oacuteptica y otras propiedades interesantes La estructura del cuarzo tambieacuten es sensible a la temperatura ya que hacia los 575ordmC se produce una transfor-macioacuten polimoacuterfica alfa-beta con cambios en la simetriacutea cristalina pasando de una clase trigonal a una hexagonal Todas estas caracteriacutesticas pe-culiares ejercen su influencia sobre los espectros Raman y deben de ser consideradas al proceder a su interpretacioacuten La principal caracteriacutestica de la estructura del cuarzo es la continua unioacuten de silicios y oxiacutegenos de modo que cada aacutetomo de silicio estaacute rodeado tetraeacutedricamente por cua-
tro aacutetomos de oxiacutegeno y cada aacutetomo de oxiacutegeno estaacute conectado a dos aacutetomos de silicio El grupo SiO4 en cuarzo no es un tetraedro regular pero posee la simetriacutea de un eje doble que pasa a tra-veacutes de cada silicio y que es perpendicular al eje oacuteptico Los tres silicios en la celdilla unidad se unen junto con los otros tres silicios de las cel-das adyacentes y forman un hexaacutegono irregular que posee la simetriacutea de un eje triple
Krishnamurti (1958) excitoacute la muestra de cuarzo con radiacioacuten ultravioleta a 254 nm uti-lizando tambieacuten laacutempara de mercurio de arco eleacutectrico Se registraron espectros diferentes seguacuten tres orientaciones diferentes (1) excitan-do una cara hexagonal de dispersioacuten del cristal a lo largo del eje oacuteptico (2) el eje oacuteptico incli-nado un aacutengulo respecto al plano de dispersioacuten y (3) el plano de dispersioacuten fue perpendicular al eje oacuteptico con 100 horas de exposicioacuten para
Espectro Raman del Cuarzo
ldquoEl nombre de este aparato procede de la piezoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mineral de un monocristal de cuarzo pieza
esencial del aparato recubierto de placas de aluminiordquo
ldquoLos grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento
del polonio y del radium fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la
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cada espectrograma Raman lo que permitioacute re-gistrar las sentildeales maacutes deacutebiles Concluyoacute que el espectro Raman del cuarzo muestra los siguien-tes quince desplazamientos de frecuencias maacutes importantes 128 (vs) 206 (vs) 265 (s) 356 (s) 394 (m) 404 (m) 452 (w) 466 (vs) 696 (m) 795 (m) 806 (m) 1063 (m) 1082 (m) 1160 (s) y 1230 (w) cm-1
Posteriormente Grimsditch et al (1977) estu-diaron el comportamiento piezo-espectroscoacutepi-co de la emisioacuten Raman a 128 cm-1 del cuarzo bajo condiciones experimentales que permiten el desdoblamiento del pico debido a su depen-dencia del vector de onda lineal Despueacutes Bunde et al (1998) utilizaron cuarzos piezoeleacutectricos para fabricar biosensores
Aplicaciones de sus descubrimientos
Los grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento del polonio y del radium (de los elementos polonio y radio) fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la curacioacuten de enfermedades El sistema se denominoacute entonces curieterapia y consistiacutea en su aplicacioacuten hospitalaria a modo de radioterapia En antildeos posteriores se aplicariacutea en la curacioacuten del caacutencer pero sin el matrimonio Curie como pioneros este tipo de tratamientos se hubiera demorado bastante
Su disposicioacuten a integrar sus descubrimien-tos en beneficio de la Humanidad fue quedando sobradamente clara Incluso durante la Primera Guerra Mundial Madame Curie se presentoacute en el frente de combate junto con su hija Irene que comenzoacute a trabajar bajo la direccioacuten de su madre luego se hizo cargo del Instituto del Ra-dio y llego a ser una de las cientiacuteficas de mayor relevancia Pues bien ambas madre a hija iban con unas camionetas que recibieron el nombre de Petites Curies en cuyo interior se habiacutean dis-puesto rayos X portaacutetiles para radiografiar he-
ridas de los soldados Se implicaron totalmente en este terrible trabajo durante la Gran Guerra
Cuando terminoacute la contienda Marie trajo des-de los Estados Unidos un gramo de radium re-galado por el presidente de los Estados Unidos Harding ante la falta de este elemento en Francia
Como conclusioacuten podriacutea afirmarse que la im-portancia del equipo analiacutetico cuarzo piezoeleacutec-trico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma determinante en el avance en la investigacioacuten de la radiactividad Sin embargo la vida de Madame Curie no fue envidiable En abril de 1906 cuando su segunda hija era algo menor de un antildeo su ma-rido Pierre fue atropellado por un coche de caba-llos a resultas de lo cual murioacute Ademaacutes la salud de Madame Curie por sus largas horas de expo-sicioacuten a sustancias radiactivas como el radium se fue quebrantando y murioacute en los Alpes en 1934
Los restos mortales de la descubridora de la ra-diactividad fueron trasladados para ser enterrados en el Panteoacuten de Pariacutes El funeral de Estado estuvo presidido por el entonces presidente de la Repuacute-blica Francesa Franccedilois Mitterrand en 1995 n
Marie y su hija Irene en el Instituto del Radio de Pariacutes con un cuarzo piezoeleacutectrico (Muntildeoz Paacuteez 2013 227)
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piezoeleacutectrico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma
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El cuarzo piezoeleacutectrico fue fabricado en 1900 en la Socieacuteteacute Centrale de Produits Chimiques 44 rue des Eacutecoles Pariacutes con el nuacutemero 2 dato este que ratifica la incorporacioacuten de Espantildea a un alto nivel de excelencia tecnoloacutegica e instrumental en este campo y formoacute parte del Departamento Curie del Instituto de Radiactividad de Madrid creado en 1910 y en pleno funcionamiento hasta 1940 que tuvo su origen en el Laboratorio de Radiactividad (1903)
El nombre de este aparato procede de la pie-zoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mi-
neral de un monocristal de cuarzo pieza esencial del aparato recubierto de placas de aluminio Cuando se somete a la compresioacuten las cargas de la materia se separan y se produce una polariza-cioacuten de la carga
Este instrumento de latoacuten madera y cuarzo adaptado a las medidas de radiactividad basa su funcionamiento en la generacioacuten de una corrien-te eleacutectrica mediante traccioacuten o presioacuten ejercida sobre un cristal de cuarzo Esta corriente con-traria a la generada por la sustancia radiactiva mantiene la laacutemina de un electroscopio o el iacuten-dice de un galvanoacutemetro siempre a cero La can-tidad de electricidad generada es medible con el peso colocado en la pieza y de esta electricidad
se puede deducir la radiactividad presentada por la sustancia
Las fotografiacuteas incluidas en este artiacuteculo pre-tenden ilustrar de manera general y ayudar a en-tender los procesos de funcionamiento de esta clase de instrumentos cientiacuteficos
Anaacutelisis del Cuarzo Piezoeleacutectrico
Analizamos de forma no destructiva por es-pectroscopia Raman uno de los cuarzos pie-zoeleacutectricos de Curie Este espeacutecimen de cuarzo simboliza el comienzo de la piezoelectricidad porque esta propiedad fiacutesica fue descubierta por primera vez por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten de un ejemplar de cuarzo hialino y observando que al comprimir las cargas de la materia se separan se polariza la carga eleacutectrica y saltan chispas
La piezoelectricidad se puede observar en muchos soacutelidos sin centro de simetriacutea cristalina pero no en gases liacutequidos y soacutelidos con simetriacutea cristalina La corriente eleacutectrica generada es pro-porcional al aacuterea de la placa y a la rapidez de la variacioacuten de la presioacuten aplicada ortogonalmen-te a la superficie de la placa De forma inversa cuando se somete una placa piezoeleacutectrica a una tensioacuten variable se comprime y se relaja oscilan-do a impulsos del suministro eleacutectrico Esto llevoacute al final de la primera guerra mundial al descubri-miento del sonar basado en la piezoelectricidad del cuarzo y la teoriacutea del efecto Doppler
Lord Rutherford (1930) publicoacute que el efecto Raman es muy importante para la fiacutesica del esta-
Cuarzo piezoeleacutectrico completo
ldquoEste instrumento
mide la cantidad de electricidad generada y de
esta electricidad se puede deducir la radiactividad presentada por la sustanciardquo
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do soacutelido pero que todaviacutea no se habiacutea correla-cionado con estructura cristalina desvelada por la difraccioacuten de rayos X aunque deberiacutean de estar muy relacionadas entre siacute y con el espectro in-frarrojo debido a las propiedades de simetriacutea del cristal y al caraacutecter geomeacutetrico de las vibraciones
Krishnan (1945) irradiando un cuarzo con luz ultravioleta (254 nm) procedente de un arco eleacutectrico de mercurio refrigerado con agua ob-tuvo uno de los primeros espectros Raman de un cuarzo hialino publicando su tabla de liacuteneas espectrales en Nature Utilizoacute una exposicioacuten larga de 48 horas sobre un cristal de cuarzo de 15 centiacutemetros De esta forma registroacute un es-pectro muy intenso con 41 frecuencias de des-plazamientos Raman De acuerdo con estos re-sultados el grupo de tres silicios y seis aacutetomos de oxiacutegeno presentes en la celdilla unidad hexagonal de la red del cuarzo presentaba 16 modos fun-damentales de vibracioacuten Las cuatro frecuencias fundamentales eran 385 488 800 y 1190 cm-1
Antildeos maacutes tarde (Krishnamurti 1958) mejoroacute sustancialmente la interpretacioacuten del espectro Raman del cuarzo hialino aclarando que los es-pectros Raman del cuarzo muestran unos carac-teres especiales debido a la especial arquitectu-ra del cristal ya que el soacutelido-cuarzo puede ser
considerado como una moleacutecula gigante donde los aacutetomos de silicio y oxiacutegeno estaacuten todos en-lazados entre siacute con vibraciones continuas en todo el cristal La estructura del cristal de cuarzo estaacute basada en un triple eje de simetriacutea de tipo tornillo lo que le proporciona actividad oacuteptica y otras propiedades interesantes La estructura del cuarzo tambieacuten es sensible a la temperatura ya que hacia los 575ordmC se produce una transfor-macioacuten polimoacuterfica alfa-beta con cambios en la simetriacutea cristalina pasando de una clase trigonal a una hexagonal Todas estas caracteriacutesticas pe-culiares ejercen su influencia sobre los espectros Raman y deben de ser consideradas al proceder a su interpretacioacuten La principal caracteriacutestica de la estructura del cuarzo es la continua unioacuten de silicios y oxiacutegenos de modo que cada aacutetomo de silicio estaacute rodeado tetraeacutedricamente por cua-
tro aacutetomos de oxiacutegeno y cada aacutetomo de oxiacutegeno estaacute conectado a dos aacutetomos de silicio El grupo SiO4 en cuarzo no es un tetraedro regular pero posee la simetriacutea de un eje doble que pasa a tra-veacutes de cada silicio y que es perpendicular al eje oacuteptico Los tres silicios en la celdilla unidad se unen junto con los otros tres silicios de las cel-das adyacentes y forman un hexaacutegono irregular que posee la simetriacutea de un eje triple
Krishnamurti (1958) excitoacute la muestra de cuarzo con radiacioacuten ultravioleta a 254 nm uti-lizando tambieacuten laacutempara de mercurio de arco eleacutectrico Se registraron espectros diferentes seguacuten tres orientaciones diferentes (1) excitan-do una cara hexagonal de dispersioacuten del cristal a lo largo del eje oacuteptico (2) el eje oacuteptico incli-nado un aacutengulo respecto al plano de dispersioacuten y (3) el plano de dispersioacuten fue perpendicular al eje oacuteptico con 100 horas de exposicioacuten para
Espectro Raman del Cuarzo
ldquoEl nombre de este aparato procede de la piezoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mineral de un monocristal de cuarzo pieza
esencial del aparato recubierto de placas de aluminiordquo
ldquoLos grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento
del polonio y del radium fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la
curacioacuten de enfermedadesrdquo
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cada espectrograma Raman lo que permitioacute re-gistrar las sentildeales maacutes deacutebiles Concluyoacute que el espectro Raman del cuarzo muestra los siguien-tes quince desplazamientos de frecuencias maacutes importantes 128 (vs) 206 (vs) 265 (s) 356 (s) 394 (m) 404 (m) 452 (w) 466 (vs) 696 (m) 795 (m) 806 (m) 1063 (m) 1082 (m) 1160 (s) y 1230 (w) cm-1
Posteriormente Grimsditch et al (1977) estu-diaron el comportamiento piezo-espectroscoacutepi-co de la emisioacuten Raman a 128 cm-1 del cuarzo bajo condiciones experimentales que permiten el desdoblamiento del pico debido a su depen-dencia del vector de onda lineal Despueacutes Bunde et al (1998) utilizaron cuarzos piezoeleacutectricos para fabricar biosensores
Aplicaciones de sus descubrimientos
Los grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento del polonio y del radium (de los elementos polonio y radio) fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la curacioacuten de enfermedades El sistema se denominoacute entonces curieterapia y consistiacutea en su aplicacioacuten hospitalaria a modo de radioterapia En antildeos posteriores se aplicariacutea en la curacioacuten del caacutencer pero sin el matrimonio Curie como pioneros este tipo de tratamientos se hubiera demorado bastante
Su disposicioacuten a integrar sus descubrimien-tos en beneficio de la Humanidad fue quedando sobradamente clara Incluso durante la Primera Guerra Mundial Madame Curie se presentoacute en el frente de combate junto con su hija Irene que comenzoacute a trabajar bajo la direccioacuten de su madre luego se hizo cargo del Instituto del Ra-dio y llego a ser una de las cientiacuteficas de mayor relevancia Pues bien ambas madre a hija iban con unas camionetas que recibieron el nombre de Petites Curies en cuyo interior se habiacutean dis-puesto rayos X portaacutetiles para radiografiar he-
ridas de los soldados Se implicaron totalmente en este terrible trabajo durante la Gran Guerra
Cuando terminoacute la contienda Marie trajo des-de los Estados Unidos un gramo de radium re-galado por el presidente de los Estados Unidos Harding ante la falta de este elemento en Francia
Como conclusioacuten podriacutea afirmarse que la im-portancia del equipo analiacutetico cuarzo piezoeleacutec-trico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma determinante en el avance en la investigacioacuten de la radiactividad Sin embargo la vida de Madame Curie no fue envidiable En abril de 1906 cuando su segunda hija era algo menor de un antildeo su ma-rido Pierre fue atropellado por un coche de caba-llos a resultas de lo cual murioacute Ademaacutes la salud de Madame Curie por sus largas horas de expo-sicioacuten a sustancias radiactivas como el radium se fue quebrantando y murioacute en los Alpes en 1934
Los restos mortales de la descubridora de la ra-diactividad fueron trasladados para ser enterrados en el Panteoacuten de Pariacutes El funeral de Estado estuvo presidido por el entonces presidente de la Repuacute-blica Francesa Franccedilois Mitterrand en 1995 n
Marie y su hija Irene en el Instituto del Radio de Pariacutes con un cuarzo piezoeleacutectrico (Muntildeoz Paacuteez 2013 227)
ldquoLa importancia del equipo analiacutetico cuarzo
piezoeleacutectrico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma
determinante en el avance en la investigacioacuten de la
radiactividadrdquo
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do soacutelido pero que todaviacutea no se habiacutea correla-cionado con estructura cristalina desvelada por la difraccioacuten de rayos X aunque deberiacutean de estar muy relacionadas entre siacute y con el espectro in-frarrojo debido a las propiedades de simetriacutea del cristal y al caraacutecter geomeacutetrico de las vibraciones
Krishnan (1945) irradiando un cuarzo con luz ultravioleta (254 nm) procedente de un arco eleacutectrico de mercurio refrigerado con agua ob-tuvo uno de los primeros espectros Raman de un cuarzo hialino publicando su tabla de liacuteneas espectrales en Nature Utilizoacute una exposicioacuten larga de 48 horas sobre un cristal de cuarzo de 15 centiacutemetros De esta forma registroacute un es-pectro muy intenso con 41 frecuencias de des-plazamientos Raman De acuerdo con estos re-sultados el grupo de tres silicios y seis aacutetomos de oxiacutegeno presentes en la celdilla unidad hexagonal de la red del cuarzo presentaba 16 modos fun-damentales de vibracioacuten Las cuatro frecuencias fundamentales eran 385 488 800 y 1190 cm-1
Antildeos maacutes tarde (Krishnamurti 1958) mejoroacute sustancialmente la interpretacioacuten del espectro Raman del cuarzo hialino aclarando que los es-pectros Raman del cuarzo muestran unos carac-teres especiales debido a la especial arquitectu-ra del cristal ya que el soacutelido-cuarzo puede ser
considerado como una moleacutecula gigante donde los aacutetomos de silicio y oxiacutegeno estaacuten todos en-lazados entre siacute con vibraciones continuas en todo el cristal La estructura del cristal de cuarzo estaacute basada en un triple eje de simetriacutea de tipo tornillo lo que le proporciona actividad oacuteptica y otras propiedades interesantes La estructura del cuarzo tambieacuten es sensible a la temperatura ya que hacia los 575ordmC se produce una transfor-macioacuten polimoacuterfica alfa-beta con cambios en la simetriacutea cristalina pasando de una clase trigonal a una hexagonal Todas estas caracteriacutesticas pe-culiares ejercen su influencia sobre los espectros Raman y deben de ser consideradas al proceder a su interpretacioacuten La principal caracteriacutestica de la estructura del cuarzo es la continua unioacuten de silicios y oxiacutegenos de modo que cada aacutetomo de silicio estaacute rodeado tetraeacutedricamente por cua-
tro aacutetomos de oxiacutegeno y cada aacutetomo de oxiacutegeno estaacute conectado a dos aacutetomos de silicio El grupo SiO4 en cuarzo no es un tetraedro regular pero posee la simetriacutea de un eje doble que pasa a tra-veacutes de cada silicio y que es perpendicular al eje oacuteptico Los tres silicios en la celdilla unidad se unen junto con los otros tres silicios de las cel-das adyacentes y forman un hexaacutegono irregular que posee la simetriacutea de un eje triple
Krishnamurti (1958) excitoacute la muestra de cuarzo con radiacioacuten ultravioleta a 254 nm uti-lizando tambieacuten laacutempara de mercurio de arco eleacutectrico Se registraron espectros diferentes seguacuten tres orientaciones diferentes (1) excitan-do una cara hexagonal de dispersioacuten del cristal a lo largo del eje oacuteptico (2) el eje oacuteptico incli-nado un aacutengulo respecto al plano de dispersioacuten y (3) el plano de dispersioacuten fue perpendicular al eje oacuteptico con 100 horas de exposicioacuten para
Espectro Raman del Cuarzo
ldquoEl nombre de este aparato procede de la piezoelectricidad observada por Pierre y Jacques Curie en 1881 estudiando la compresioacuten del mineral de un monocristal de cuarzo pieza
esencial del aparato recubierto de placas de aluminiordquo
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del polonio y del radium fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la
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cada espectrograma Raman lo que permitioacute re-gistrar las sentildeales maacutes deacutebiles Concluyoacute que el espectro Raman del cuarzo muestra los siguien-tes quince desplazamientos de frecuencias maacutes importantes 128 (vs) 206 (vs) 265 (s) 356 (s) 394 (m) 404 (m) 452 (w) 466 (vs) 696 (m) 795 (m) 806 (m) 1063 (m) 1082 (m) 1160 (s) y 1230 (w) cm-1
Posteriormente Grimsditch et al (1977) estu-diaron el comportamiento piezo-espectroscoacutepi-co de la emisioacuten Raman a 128 cm-1 del cuarzo bajo condiciones experimentales que permiten el desdoblamiento del pico debido a su depen-dencia del vector de onda lineal Despueacutes Bunde et al (1998) utilizaron cuarzos piezoeleacutectricos para fabricar biosensores
Aplicaciones de sus descubrimientos
Los grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento del polonio y del radium (de los elementos polonio y radio) fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la curacioacuten de enfermedades El sistema se denominoacute entonces curieterapia y consistiacutea en su aplicacioacuten hospitalaria a modo de radioterapia En antildeos posteriores se aplicariacutea en la curacioacuten del caacutencer pero sin el matrimonio Curie como pioneros este tipo de tratamientos se hubiera demorado bastante
Su disposicioacuten a integrar sus descubrimien-tos en beneficio de la Humanidad fue quedando sobradamente clara Incluso durante la Primera Guerra Mundial Madame Curie se presentoacute en el frente de combate junto con su hija Irene que comenzoacute a trabajar bajo la direccioacuten de su madre luego se hizo cargo del Instituto del Ra-dio y llego a ser una de las cientiacuteficas de mayor relevancia Pues bien ambas madre a hija iban con unas camionetas que recibieron el nombre de Petites Curies en cuyo interior se habiacutean dis-puesto rayos X portaacutetiles para radiografiar he-
ridas de los soldados Se implicaron totalmente en este terrible trabajo durante la Gran Guerra
Cuando terminoacute la contienda Marie trajo des-de los Estados Unidos un gramo de radium re-galado por el presidente de los Estados Unidos Harding ante la falta de este elemento en Francia
Como conclusioacuten podriacutea afirmarse que la im-portancia del equipo analiacutetico cuarzo piezoeleacutec-trico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma determinante en el avance en la investigacioacuten de la radiactividad Sin embargo la vida de Madame Curie no fue envidiable En abril de 1906 cuando su segunda hija era algo menor de un antildeo su ma-rido Pierre fue atropellado por un coche de caba-llos a resultas de lo cual murioacute Ademaacutes la salud de Madame Curie por sus largas horas de expo-sicioacuten a sustancias radiactivas como el radium se fue quebrantando y murioacute en los Alpes en 1934
Los restos mortales de la descubridora de la ra-diactividad fueron trasladados para ser enterrados en el Panteoacuten de Pariacutes El funeral de Estado estuvo presidido por el entonces presidente de la Repuacute-blica Francesa Franccedilois Mitterrand en 1995 n
Marie y su hija Irene en el Instituto del Radio de Pariacutes con un cuarzo piezoeleacutectrico (Muntildeoz Paacuteez 2013 227)
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Posteriormente Grimsditch et al (1977) estu-diaron el comportamiento piezo-espectroscoacutepi-co de la emisioacuten Raman a 128 cm-1 del cuarzo bajo condiciones experimentales que permiten el desdoblamiento del pico debido a su depen-dencia del vector de onda lineal Despueacutes Bunde et al (1998) utilizaron cuarzos piezoeleacutectricos para fabricar biosensores
Aplicaciones de sus descubrimientos
Los grandes logros de laboratorio que dieron como resultado el descubrimiento del polonio y del radium (de los elementos polonio y radio) fueron aplicados por parte de los esposos Curie en la curacioacuten de enfermedades El sistema se denominoacute entonces curieterapia y consistiacutea en su aplicacioacuten hospitalaria a modo de radioterapia En antildeos posteriores se aplicariacutea en la curacioacuten del caacutencer pero sin el matrimonio Curie como pioneros este tipo de tratamientos se hubiera demorado bastante
Su disposicioacuten a integrar sus descubrimien-tos en beneficio de la Humanidad fue quedando sobradamente clara Incluso durante la Primera Guerra Mundial Madame Curie se presentoacute en el frente de combate junto con su hija Irene que comenzoacute a trabajar bajo la direccioacuten de su madre luego se hizo cargo del Instituto del Ra-dio y llego a ser una de las cientiacuteficas de mayor relevancia Pues bien ambas madre a hija iban con unas camionetas que recibieron el nombre de Petites Curies en cuyo interior se habiacutean dis-puesto rayos X portaacutetiles para radiografiar he-
ridas de los soldados Se implicaron totalmente en este terrible trabajo durante la Gran Guerra
Cuando terminoacute la contienda Marie trajo des-de los Estados Unidos un gramo de radium re-galado por el presidente de los Estados Unidos Harding ante la falta de este elemento en Francia
Como conclusioacuten podriacutea afirmarse que la im-portancia del equipo analiacutetico cuarzo piezoeleacutec-trico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma determinante en el avance en la investigacioacuten de la radiactividad Sin embargo la vida de Madame Curie no fue envidiable En abril de 1906 cuando su segunda hija era algo menor de un antildeo su ma-rido Pierre fue atropellado por un coche de caba-llos a resultas de lo cual murioacute Ademaacutes la salud de Madame Curie por sus largas horas de expo-sicioacuten a sustancias radiactivas como el radium se fue quebrantando y murioacute en los Alpes en 1934
Los restos mortales de la descubridora de la ra-diactividad fueron trasladados para ser enterrados en el Panteoacuten de Pariacutes El funeral de Estado estuvo presidido por el entonces presidente de la Repuacute-blica Francesa Franccedilois Mitterrand en 1995 n
Marie y su hija Irene en el Instituto del Radio de Pariacutes con un cuarzo piezoeleacutectrico (Muntildeoz Paacuteez 2013 227)
ldquoLa importancia del equipo analiacutetico cuarzo
piezoeleacutectrico disentildeado por Pierre Curie influyoacute de forma
determinante en el avance en la investigacioacuten de la
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