Descubre cómo los antiguos filósofos griegos y los científicos modernos han avanzado en nuestra comprensión de la estructura y la naturaleza de los átomos en esta fascinante historia de la teoría atómica.
Historia de la Teoría Atómica
Una teoría de la estructura y el comportamiento de los átomos ha tardado más de dos milenios en evolucionar, desde las reflexiones abstractas de los antiguos filósofos griegos hasta los experimentos de alta tecnología de los científicos modernos. Sin embargo, antes de la revolución científica y el desarrollo del método científico a partir del siglo XVI, las ideas sobre el átomo eran principalmente especulativas. No fue hasta finales del siglo XIX que la tecnología se hizo lo suficientemente avanzada como para permitir a los científicos vislumbrar las partes constituyentes del átomo: el electrón, el núcleo, el protón y el neutrón.
Origen griego
La idea de que toda la materia está formada por pequeñas partículas indivisibles, o átomos, se cree que se originó con el filósofo griego Leucipo de Mileto y su alumno Demócrito de Abdera en el siglo V a. (La palabra átomo proviene de la palabra griega atomos, que significa «indivisible».) Estos pensadores sostuvieron que, además de ser demasiado pequeños para ser vistos, inmutables e indestructibles, los átomos también eran completamente sólidos, sin estructura interna, y vino en una variedad infinita de formas y tamaños, que explicaron los diferentes tipos de materia. También se pensaba que el color, el sabor y otras cualidades intangibles estaban compuestas de átomos.
Si bien la idea del átomo fue apoyada por algunos filósofos griegos posteriores, fue atacada ferozmente por otros, incluido Aristóteles, quien argumentó en contra de la existencia de tales partículas. Durante la Edad Media en Europa, los teólogos católicos romanos fueron fuertemente influenciados por las ideas de Aristóteles, por lo que la filosofía atómica fue en gran parte descartada durante siglos. Sin embargo, la concepción de los griegos del átomo sobrevivió, tanto en las obras de Aristóteles (sus argumentos en contra) como en otra obra clásica del autor romano Lucrecio, De rerum natura («Sobre la naturaleza de las cosas»), que fue redescubierta en Europa en El inicio del Renacimiento.
Desarrollo moderno
En general, se dice que la teoría atómica moderna comienza con John Dalton, un químico y meteorólogo inglés que en 1808 publicó un libro sobre la atmósfera y el comportamiento de los gases titulado Un nuevo sistema de filosofía química. La teoría de los átomos de Dalton se basaba en cuatro ideas básicas: los elementos químicos estaban compuestos de átomos; los átomos de un elemento eran idénticos en peso; Los átomos de diferentes elementos tenían pesos diferentes; y los átomos se combinaron solo en proporciones de números enteros pequeños, como 1: 1, 1: 2, 2: 1, 2: 3, para formar compuestos.
No todas estas ideas eran nuevas; los griegos ya habían introducido la idea de que los elementos estaban compuestos de átomos y que los átomos de diferentes elementos tenían diferentes propiedades físicas. La contribución particular de Dalton, que distinguió su trabajo de lo que se había hecho antes, fue su método para determinar realmente el peso atómico. En un ensayo publicado en 1805, Dalton había incluido una lista de pesos atómicos para 21 elementos. Dalton también fue el primero en proponer símbolos estándar para los elementos.
Estructura subatomica
El trabajo de Dalton fue principalmente sobre la química de los átomos, cómo se combinaron para formar nuevos compuestos, en lugar de la estructura física interna de los átomos, aunque nunca negó la posibilidad de que los átomos tuvieran una subestructura. Las teorías modernas sobre la estructura física de los átomos no comenzaron hasta 1897, cuando J. J. Thomson descubrió el electrón.
En realidad, lo que Thomson descubrió fue que los rayos catódicos eran corrientes de partículas cargadas negativamente con una masa aproximadamente 1.000 veces más pequeña que un átomo de hidrógeno. Afirmó que estas partículas, a las que llamó «corpúsculos», eran las cosas de las que estaban hechos los átomos. El término «electrón» es anterior al descubrimiento de Thomson: unos pocos años antes, el físico irlandés G.J. Stoney había propuesto que la electricidad estaba hecha de partículas negativas llamadas «electrones», y los científicos habían adoptado la palabra para referirse a cualquier cosa con una carga eléctrica. Sin embargo, Thomson, que era físico en la Universidad de Cambridge, fue el primero en sugerir que estas partículas eran un bloque de construcción del átomo.
Thomson también trató de mostrar cómo estaban situados los electrones en el átomo. Como se sabía que los átomos eran eléctricamente neutros, Thomson propuso (1904) un modelo en el que el átomo era una esfera cargada positivamente con electrones cargados negativamente. Fue llamado el modelo de «pudín de ciruela», ya que los electrones en el átomo se parecían a las pasas en un pudín de ciruela. Este modelo no sobrevivió sin ser desafiado por mucho tiempo. En 1911, los experimentos de Ernest Rutherford con rayos alfa lo llevaron a describir el átomo como un núcleo pequeño y pesado con electrones en órbita a su alrededor. Este modelo nuclear del átomo se convirtió en la base para el que todavía se acepta hoy.
Bohr y más allá
En 1913, el físico danés Niels Bohr, quien había estudiado tanto con Thomson como con Rutherford, refinó aún más el modelo nuclear al proponer que los electrones se movían solo en capas orbitales sucesivas y restringidas y que las órbitas externas de mayor energía determinaban las propiedades químicas de las diferentes elementos. Además, Bohr pudo explicar las líneas espectrales de los diferentes elementos al sugerir que a medida que los electrones saltaban de órbitas más altas a más bajas, emitían energía en forma de luz. En la década de 1920, la teoría de Bohr se convirtió en la base de la mecánica cuántica, que explicaba con mayor detalle la compleja estructura y el comportamiento de los átomos.
Protones y Neutrones
Desde el descubrimiento de Thomson del electrón en 1897, los científicos se habían dado cuenta de que un átomo debe contener una carga positiva para contrarrestar la carga negativa de los electrones. En 1919, como un subproducto de sus experimentos sobre la división de los núcleos atómicos, Rutherford descubrió el protón, que constituye el núcleo de un átomo de hidrógeno. Un protón transporta una sola carga eléctrica positiva y cada núcleo atómico contiene uno o más protones. Aunque Rutherford propuso la existencia de una partícula subatómica neutral, el neutrón, en 1920, el verdadero descubrimiento fue realizado por el físico inglés James Chadwick, un ex alumno de Rutherford, en 1932.
