El pensamiento en Grecia
En los griegos,
uno de los primeros filósofos en dar respuesta a cómo estaba constituida la
materia fue Tales de Mileto. Él propuso que la materia
básica o «elemento» que formaba todas las cosas
del universo era
el agua, ya que de todas las sustancias es la que
parece encontrarse en mayor cantidad. El agua rodea la Tierra, impregna la
atmósfera en forma de vapor, corre a través de los continentes, y la
vida tal como la conocemos sería imposible sin ella. Anaxímenes (585-524 a. C.),
otro filósofo griego de la ciudad de Mileto,
propuso que el aire era esa sustancia elemental.14
Heráclito,
de la ciudad de Éfeso, pensaba que lo que caracterizaba todo en el Universo
era el constante cambio y pensó que la «sustancia» que mejor se adecuaba y
describía esto era el fuego.15Empédocles (490-439 a. C.),
nacido en Sicilia,
pensó que la respuesta a esta pregunta no era un solo «elemento», sino todos
los que ya se habían propuesto:16
el agua, el aire, el fuego y agregó un cuarto «elemento»; la tierra.
Aseguraba que cada «elemento» tenía un lugar en el orden del Universo; en la
parte superior estaba el fuego, después el aire, el agua y por último la
tierra.
La
búsqueda por tratar de definir lo que no se percibía de la materia continuó
por Aristóteles,17
cuyas ideas dominaron el mundo europeo
occidental durante más de 2000 años. Él pensaba que los
«elementos» a los que se refería Empédocles eran combinaciones de dos pares de
propiedades opuestas: frío y calor; humedad y sequedad.
Estas propiedades podían combinarse entre sí excepto con sus opuestos, de tal
manera que podían formarse cuatro parejas distintas, cada una de las cuales
daba origen a un «elemento» distinto: calor y sequedad originan el fuego; calor
y humedad, el aire; frío sequedad, la tierra; y frío y humedad, el agua.
Aristóteles
también pensaba que los cielos estaban formados por un «quinto elemento», al
que llamó éter.18Consideró
que el éter era perfecto, eterno e inmutable, lo que hacía distinto de los
cuatro elementos imperfectos de la Tierra. Sin embargo, Aristóteles no
consideraba que cada uno de los «elementos» propuestos fuera igual a las
sustancias que les daban nombre y existían en la realidad. Por ejemplo, el
agua, como elementos, no era la que se podía tocar en el río o la lluvia.
Consideraba que la experiencia sensorial era el mejor camino para conocer el
mundo, y por ello escogió dos pares de la cualidades sensibles (caliente-frío y
húmedo-seco) para explicar el origen de los elementos primarios. Este
planteamiento explicaba fácilmente el cambio entre una sustancia y otra por lo
que fue ampliamente aceptado por los alquimistas.
Por eso es importante aclarar que cuando Aristóteles decía, por ejemplo «agua»
se refería a cualquier material que sensorialmente produjera frío y húmedo.
Cabe aclarar que la idea de «elemento» que tenían los antiguos griegos no es la
misma que se utiliza hoy en química.
En la Antigüedad se pensaba que los elementos
eran «principios» que mediante cambios originaban todas las cosas. Actualmente
se sabe que el agua está formada por átomos de hidrógeno y oxígeno;
la tierra es una mezcla de diferentes sustancias de casi todos los elementos
químicos conocidos; el aire es una mezcla de diferentes gases de diferentes
elementos, y el fuego es una de las manifestaciones de la energía que
se genera al producirse una reacción química (acompañado de la liberación de luz y calor).
- La materia está
formada por partículas muy
pequeñas llamadas átomos, que
son indivisibles y no se pueden destruir.
- Los
átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y
cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos
diferentes.
- Los
átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.
- Los
átomos, al combinarse para formar compuestos
guardan relaciones simples.
- Los
átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones
distintas y formar más de un compuesto.
- Los
compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos
distintos.
Thomson identificó, a través de la experiencia del tubo de rayos catódicos, la existencia de partículas negativas en la materia, a las que llamó electrones. Además estableció que los electrones tienen naturaleza corpuscular, es decir son partículas materiales. El descubrimiento de Thomson dejaba algunas dudas. Como en su estado fundamental los átomos no tienen carga eléctrica, es decir que son neutros, resultaba que en el supuesto caso de que contuvieran electrones cargados negativamente deberían contener, también cargas positivas que los contrarrestasen. Thomson sugirió entonces, su modelo atómico, según el cual el átomo era una esfera sólida de materia cargada positivamente, con los electrones incrustados en un número adecuado para que la carga total fuese nula. Ciertamente no tuvo en cuenta la existencia de protones ni de neutrones que fueron descubiertos posteriormente.
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En los extremos de una ampolla de vidrio, en la
que se ha hecho el vacío, se sitúan dos placas metálicas (electrodos, cátodo
y ánodo) . Si entre ellas se crea una diferencia de voltaje eléctrico
suficientemente elevada, se produce una descarga. Si disponemos a lo largo
del eje de la descarga una superficie de sulfuro de zinc, veremos que la
superficie muestra un rayo luminoso (rayos catódicos). Este rayo está formado
por partículas de carga negativa porque en presencia de un campo eléctrico,
el rayo se desvía hacia el polo positivo (ánodo en la figura superior). Las
partículas son los electrones que poseen una cierta masa y una carga
negativa. Aplicando campos eléctricos y magnáticos a los rayor catódicos,
Thomson fue capaz de medir la relación masa/carga del electrón. |
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Este es el principio que
gobierna el funcionamiento de las pantallas de televisión convencionales. |
Ernest Rutherford, (1871-1937), un brillante estudioso de la radiactividad bombardeó átomos con radiaciones para intentar desmenuzarlos y saber que había en su interior. Rutherford conocía de la naturaleza compleja de la radiación y había identificado tres componentes: las partículas ά, partículas β y la radiación γ. El cañón para bombardear los átomos de un lámina de oro eran los elementos radiactivos uranio, torio y radón y las municiones eran las partículas ά emitidas por ellos. Si la carga positiva y la masa de los átomos se encuentran distribuídas uniformemente en todo el volumen atómico, las partículas ά que tienen carga positiva deberían desviarse ligeramente al atravesar la lámina metálica. Sin embargo, al hacer la experiencia Rutherfor observó que:
1-la mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina sin sufrir ninguna desviación
2-algunas partículas eran desviadas, aunque la magnitud de estas desviaciones no resultaba la misma para todas ellas.
3-Una pequeña fracción de las partículas era fuertemente repelida e invertía su trayectoria con un ángulo de 180º
Estas observaciones llevaron a Rutherford a formular una hipótesis, hoy plenamente confirmada, quela materia no se distribuye de manera uniforme en el interior de los átomos, sino que, por el contrario la mayor parte de la masa y toda la carga positiva se concentran en una zona central, muy pesada, llamada núcleo.
Los resultados de la experiencia se explican así:
1-la mayoría de las partículas alfa no se desvían, porque no se encuentran con el núcleo. Los átomos estarían formados en su mayor parte por espacios vacíos.
2-La desviación de las partículas alfa se debe a que éstas pasan cerca de una concentración de carga positiva
3-Cuando alguna partícula alfa rebota, significa que choca frontalmente con un blanco muy pequeño con fuerte carga positiva
Con estas evidencias, Rutherford, propuso en 1911, el modelo nuclear del átomo, por el cual todos los átomos están formados por núcleo y corteza. El núcleo, según él era muy pequeño respecto del resto, y los electrones giraban en órbitas, tal como los planetas giran alrededor del sol.
Además de postular su modelo atómico, Rutherford hizo un importante descubrimiento que fue el de determinar el número atómico Z correspondiente a las cargas positivas del núcleo de un átomo. Estos hallazgos, sustentados por varias experiencias, entre ellas la de los rayos anódicos o canales , permitieron a Rutherford afirmar que todos los núcleos atómicos contenían partículas fundamentales positivas, a las que llamó protones. Los protones tenían el mismo valor de carga que los electrones, pero de signo contrario es decir positivos, y masa 1836 veces mayor que la del electrón.
La confirmación del protón reafirmó el modelo de Rutherford. Sin embargo, algo fallaba. No fue sino hasta 1932, que el físico Chadwick descubrió la tercera partícula fundamental, eléctricamente neutra a la que llamó neutrón.
Los descubrimientos del protón y del neutrón permitieron definir:
En 1900 el físico alemán Max Planck había descubierto que cualquier partícula, electrón, átomo o molécula, que oscila, emite energía en forma de radiación electromagnética, y la cantidad de energía que emite es múltiplo de una cantidad discreta llamada cuanto. Por lo tanto la energía emitida por el electrón no podía ser continua.
Estos descubrimientos llevaron a Bohr, físico danés discípulo de Rutherford a proponer un nuevo modelo atómico que resolvía las inestabilidades del modelo anterior.
El modelo de Bohr mantiene la estructura planetaria del modelo de Rutherford, pero se aplican los principios cuánticos sobre la emisión de energía.
Según el modelo de Bohr, los electrones giran alrededor del núcleo en un número limitado de órbitas estables, es decir que el electrón no puede moverse a cualquier distancia del núcleo, sino a distancias determinadas. Cuando un electrón se encuentra en una órbita estable no emite energía, los electrones sólo pueden ganar o perder energía cuando “saltan” de una órbita a otra.
Según este modelo, el átomo puede estar en estado fundamental o en estado excitado. Por ejemplo para el átomo de H2, su único electrón se encuentra en el nivel 1 de energía en estado fundamental. Pero puede absorber energía y saltar a niveles superiores, estado excitado, y al volver al estado fundamental emite una radiación característica.
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