Historia del átomo - Apuntes 3 PDF

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Historia del átomo El átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico.[1] Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro). No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes formas de definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos. Los átomos son lo suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento. El término proviene del latín atŏmus, que literalmente es «que no se puede cortar, indivisible»,[3] y fue el nombre que se dice les dio Demócrito de Abdera, discípulo de Leucipo de Mileto, a las partículas que él concebía como las de menor tamaño posible. Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar de neutrones. Los protones y los neutrones son llamados nucleones. Más del 99,94 % de la masa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones tienen ambas cargas eléctricas, por lo que son neutros.

Historia de la teoría atómica El concepto de átomo existe desde la antigua Grecia, propuesto por los filósofos griegos Demócrito, Leucipo y Epicuro, sin embargo, no se generó el concepto por medio de la experimentación sino como una necesidad filosófica que explicara la realidad, ya que, como proponían estos pensadores, «la materia no puede dividirse indefinidamente, por lo que debe existir una unidad o bloque indivisible e indestructible que al combinarse de diferentes formas, creara todos los cuerpos macroscópicos que nos rodean»,[21] conceptos muy vigentes, ya que la propiedad de indestructibilidad e indivisibilidad fueron el pilar fundamental de la química y física moderna. El siguiente avance significativo no se realizó hasta que en 1773 el químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier postuló su enunciado: «La materia no se crea ni se destruye, simplemente se transforma». La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la materia; demostrado más tarde por los experimentos del químico inglés John Dalton quien en 1804, luego de medir la masa de los reactivos y productos de una reacción, y concluyó que las sustancias están compuestas de átomos esféricos idénticos para cada elemento, pero diferentes de un elemento a otro.

Luego en 1811, el físico italiano Amedeo Avogadro, postuló que a una temperatura, presión y volumen dados, un gas contiene siempre el mismo número de partículas, sean átomos o moléculas, independientemente de la naturaleza del gas, haciendo al

mismo tiempo la hipótesis de que los gases son moléculas poliatómicas con lo que se comenzó a distinguir entre átomos y moléculas. El químico ruso Dmítri Ivánovich Mendeléyev creó en 1869 una clasificación de los elementos químicos en orden creciente de su masa atómica, remarcando que existía una periodicidad en las propiedades químicas. Este trabajo fue el precursor de la tabla periódica de los elementos como la conocemos actualmente. La visión moderna de su estructura interna tuvo que esperar hasta el experimento de Rutherford en 1911. Este experimento llevó al modelo atómico de Rutherford que no podía explicar adecuadamente la estabilidad de los átomos ni los espectros atómicos, por lo que Niels Bohr formuló su modelo atómico de Bohr en términos heurísticos, que daba cuenta de esos hechos sin explicarlos convenientemente. Posteriores descubrimientos científicos, como la teoría cuántica, y avances tecnológicos, como el microscopio electrónico, han permitido conocer con mayor detalle las propiedades físicas y químicas de los átomos.

Filósofos griegos -

Heráclito de Éfeso (540 - 480 a. C.)

Conocido por su sobrenombre “El Oscuro de Éfeso”, Heráclito nació en una región de la actual Turquía. Su obra fue aforística en forma de poemas interminables, por lo que los conocimientos que desarrolló requirieron de un detallado estudio. Aportó valiosos conocimientos al mundo de la física, teorizando acerca de un ‘principio natural’ y del cambio incesante de la materia. Sus postulados científicos fueron objeto de análisis en épocas posteriores. -

Epicuro de Samos (341 - 270 a. C.)

Epicuro fue uno de los filósofos más famosos de la Antigua Grecia. Desarrolló el atomismo y su filosofía de vida fue el hedonismo racional. En busca del placer hedónico, trataba de abandonar cualquier forma de dolor en base a una vida frugal y desapegada. Desgraciadamente, pocos de los escritos de Epicuro se conservaron tras su muerte, por lo que debemos su legado a las poesías de Lucrecio y a la correspondencia que mantuvo con otro filósofo: Diógenes Laercio. -

Sófocles (496 - 406 a. C.)

Nacido en la ciudad de Colono, Sófocles fue un poeta trágico y pensador muy

destacado. Aunque su ámbito de pensamiento fue más la literatura y la dramaturgia que la filosofía, sus obras estaban empapadas de reflexiones y conocimientos que otros filósofos desarrollarían posteriormente. Fue autor de los célebres Antígona y Edipo Rey, consideradas auténticas obras maestras del teatro trágico griego. Aunque fue un escritor prolijo, solo se conservaron siete de sus tragedias griegas, que pasaron a ser referentes del género durante siglos. -

Anaxágoras de Clazómenas (500 - 428 a. C.)

Anaxágoras fue un filósofo presocrático que fue el pionero en introducir la noción de nous (νοῦς, mente o pensamiento). Nacido en Clazómenas, en una región de la actual Turquía, vivió en Atenas a partir de su adolescencia. Para este pensador griego, las ideas filosóficas que trabajaba siempre giraban en torno a la naturaleza misma. Nos dejó un enorme legado con sus descripciones sobre la naturaleza y el universo. En sus textos, argumentaba que todo elemento consistía o provenía de otro elemento, y a su vez pertenecían a un todo. -

Diógenes de Sinope (404 - 323 a. C.)

Nacido en Sinope, junto al mar Negro, Diógenes el Cínico fue uno de los filósofos de la Antigua Grecia con un estilo más irónico y humorístico. Aunque nos llegaron pocos manuscritos de Diógenes, conocemos muchas de sus ideas gracias a sus fieles discípulos y alumnos. Se prodigó en el arte de la discusión y la oratoria, y rechazó cualquier convencionalismo de su época refugiado en una vida frugal y austera, aunque no hizo ningún intento de reformar o cambiar aquello que impugnaba. Su discípulo Diógenes de Laercio fue quien dejó constancia de los conocimientos y teorías del maestro. -

Empédocles de Agrigento (495 - 444 a. C.)

Político y filósofo, Empédocles ideó la teoría de las cuatro raíces: cuatro elementos básicos (agua, tierra, fuego y aire) que son los componentes esenciales de todo lo existente. Es también el autor de las dos “condiciones” o “fuerzas” del mundo, a partir de las cuales explicaba los problemas de su época, como la corrupción, el odio y el amor. La primera fuerza unía lo existente, mientras que la segunda lo separaba. Su legado originó una ola de poetas y pensadores que, motivados por las teorías de Empédocles y sus cuatro elementos, iniciaron el campo de la física atómica.

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Parménides de Elea (530 - 470 a. C.)

En una región meridional de la Magna Grecia nació Parménides, poeta y pensador que se cuestionó sobre la existencia misma. “¿Es o no es?”, una pregunta que intentó contestar y que fue objeto de análisis por la filosofía durante siglos, siendo una de las paradojas que más ríos de tinta ha hecho correr. En palabras de Parménides, los signos de la vía de la verdad eran la concreción de lo que es y de lo que no es. A partir de este razonamiento expuso que una cosa que sí es nunca podrá dejar de ser más que por sí solo. Como vemos, se trata de una argumentación algo abstracta y extraña pero que dio pie a centenares de teorías y elucubraciones en épocas posteriores. -

Pitágoras de Samos (569 - 475 a. C.)

Reconocido como el primer matemático puro de la historia, los aportes de Pitágoras han sido fundamentales en los ámbitos de la filosofía, la geometría y la aritmética. El conocido “teorema de Pitágoras” es todavía estudiado en los colegios de primaria, y nos explica que “en todo triángulo rectángulo el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los catetos”. Este pensador no solo contribuyó al pensamiento abstracto y lógico, sino que también reflexionó acerca de las leyes morales de la vida, puesto que su escuela centró muchos esfuerzos en la promoción de una vida justa y equilibrada. -

Zenón de Elea (490 - 430 a. C.)

Zenón de Elea fue especialmente reconocido por su teoría del infinito, una serie de razonamientos con los que trató de resolver las paradojas y dilemas sobre la pluralidad y el movimiento, conceptos que, desde un plano metafísico, cuestionó en base a sesudos argumentos lógicos que quedaron registrados en distintos manuscritos. Este filósofo griego presocrático inició un recorrido del pensamiento que muchos de sus discípulos (entre los que constaban nombres destacados como Meliso, Demócrito y Anaxágoras) continuaron y ampliaron tras su fallecimiento. -

Tales de Mileto (624 - 546 a. C.)

Maestro de otros grandes pensadores griegos, como Anaxímenes, y padre de la filosofía griega antigua, Tales de Mileto teorízó acerca de la filosofía natural, el origen de la materia y además aportó grandes conocimientos en ciencia, geografía y

matemáticas, donde dejó como legado la conocida como 'teoría del cambio'. Para este importante filósofo griego, el agua es el elemento principal y original en el mundo, inicio de todas las demás cosas. Esta idea se propagó a lo largo de la Antigua Grecia y decenas de filósofos posteriores desarrollaron estas nociones. -

Demócrito (460 - 370 a. C.)

Científico y matemático único, Demócrito fue conocido como “el filósofo que ríe”, aportó grandes teorías y conocimientos al mundo de la matemática, la geometría y la astronomía. A través de distintos experimentos y razonamientos fue capaz de trazar su teoría atómica del universo, argumentó que los átomos son partículas indivisibles, enteras, homogéneas y no visibles a simple vista. Una consideración que la ciencia demostró posteriormente. -

Anaxímenes de Mileto (590 - 525 a. C.)

Anaxímenes de Mileto fue uno de los filósofos más importantes y famosos de la Antigua Grecia, aunque no solo fue uno de los primeros autores en filosofía sino que también aportó su sabiduría a ámbitos como la biología y la geografía. Es considerado uno de los primeros astrónomos de la historia, puesto que fue capaz de crear la primera imagen del universo. Este conciudadano y discípulo de Tales de Mileto fue estudiado y analizado por filósofos posteriores. Una de sus nociones más importantes fue la que hacía referencia a que el principio de todas las cosas era infinito. -

Aristóteles (384 - 322 a. C.)

Considerado el padre de la biología y de la lógica, Aristóteles funda la historia del conocimiento en Occidente. Su legado consta de más de 200 textos en los que teoriza y desarrolla ideas en torno a siete ámbitos del conocimiento distintos. La creatividad y profundidad de este filósofo, excelente en su escritura y en la complejidad de sus planteamientos, no solo supuso un paso adelante en el pensamiento de la Antigua Grecia sino que muchos pensadores posteriores basarían sus postulados en las ideas y experiencias que dejó el gran Aristóteles. -

Sócrates (470 - 399 a. C.)

Sócrates, nacido en Atenas, fue uno de los filósofos griegos más importantes. A él

se deben los cuestionamientos sobre el razonamiento mismo, además del método socrático, que permitía a los pensadores preguntarse sobre su propia conducta hasta llegar a planteamientos más ciertos y perdurables. Fue maestro de Platón, quien siguió sus claves filosóficas y las desarrolló. -

Platón (427 - 347 a. C.)

Discípulo de Sócrates, Platón desarrolló la teología de su maestro para entrelazarla con novedosos planteamientos metafísicos. Fundador de la Academia en Atenas, enseñó sus teorías éticas, además de dialéctica y física, donde también aportó grandes conocimientos. A través de estas facetas científicas y filosóficas, Platón pretendía crear hombres mucho más instruidos y capaces de gobernarse a sí mismos.

Ley de los 4 elementos Hacia el 600 a.C. se inicia en Grecia la ciencia y la filosofía del mundo occidental moderno; todo el conocimiento se englobaba dentro del término “filosofía natural”. Los filósofos griegos presocráticos se enfrentaron a las mismas preguntas eternas y esenciales. La que nos ocupa en este recorrido histórico es:¿de qué está hecho el Universo? Los conceptos químicos que se originaron en los griegos del período clásico fueron, durante casi 1500 años, los conceptos a través de los cuales la química fue entendida. Veamos dos enfoques fundamentales: el modelo de los cuatro elementos y la perspectiva de los atomistas acerca de la materia, posturas que fueron sostenidas por dos escuelas filosóficas diferentes en Grecia. Es importante señalar también que Aristóteles y Platón reformularon, en parte, el modelo de los cuatro elementos, y Anaxágoras lo profundiza, a través de su preocupación por comprender, además, los procesos de cambio de la materia.

EL MODELO DE LOS CUATRO ELEMENTOS Gráfico de los cuatro elementosEl gráfico coherente de este concepto se remonta a Empédocles de Agrigento (490-430 a.C.). Este cuadro, después presentado por Aristóteles, establecía que toda la materia era combinación de cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua, que provenían de la acción de dos propiedades: caliente (y frío) y seco (y húmedo) sobre una materia original no calificada o primitiva. Las combinaciones posibles de a pares de estas propiedades de la materia primitiva producían los cuatro elementos o formas elementales. Cada uno de los cuatro elementos fue pensado para existir en una forma pura ideal, que realmente no podía ser encontrada en la Tierra. Este conjunto de conceptos

químicos intentaba, y lo hizo, algunas de las relaciones entre las propiedades cualitativas de las sustancias.

Demócrito y Leucipo Leucipo (Mileto, hacia el 460 – 370 a.C.) fue maestro de Demócrito. A ambos se les atribuye la fundación del atomismo mecanicista. Según el atomismo mecanicista de Leucipo, la realidad está formada tanto por átomos como por el vacío. Los átomos (ἄτομοι, lo que no puede ser dividido) son partículas infinitas, indivisibles, de formas variadas y siempre en movimiento. Postula que el alma está formada por átomos más esféricos que los componentes de las demás cosas. Niega la génesis y la corrupción, formas de cambio que eran aceptadas casi por la unanimidad entre los filósofos presocráticos. La mayor parte de los filósofos ridiculizaron su pensamiento calificándolo de absurdo. No era posible que una partícula que ocupase un espacio no se pudiera escindir y en caso de que no se pudiera dividir, significaría que no ocuparía ningún espacio y por lo tanto no sería nada. ¿Y cómo era posible que la materia estuviera compuesta por nada? Según Diógenes Laercio, Leucipo consideraba que la Luna era el astro más cercano a la Tierra y el Sol el más alejado, reservando para el resto una posición intermedia entre aquéllos Se sabe muy poco de su vida. El lugar y fecha donde nació y murió son probables. Se supone también que en Elea habría sido discípulo de Parménides y de Zenón de Elea y maestro de Demócrito. Se le atribuyen las obras La ordenación del cosmos y Sobre la mente, aunque este segundo libro pudo ser un capítulo de la obra anterior.

Modelo atómico El modelo atómico es una representación estructural de un átomo que trata de explicar su comportamiento y propiedades. ▪

Modelo atómico de Demócrito (400 a. C.), el primer modelo atómico, postulado por el filósofo griego Demócrito.

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Modelo atómico de Dalton (1804), surgió en el contexto de la química, fue el primero con bases científicas.

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Modelo del átomo cúbico de Lewis (1916), donde los electrones están dispuestos según los vértices de un cubo, que explica la teoría de la valencia.

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Modelo atómico de Thomson (1904), o modelo del pudín, donde los

electrones son como las "frutas" dentro de la "masa" positiva. ▪

Modelo atómico de Rutherford (1911), el primero que distingue entre el núcleo central y una nube de electrones a su alrededor.

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Modelo atómico de Bohr (1913) en el que los electrones giraban en órbitas circulares.

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Modelo atómico de Sommerfeld (1916), una versión relativista del modelo de Rutherford-Bohr.

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Modelo atómico de Schrödinger (1926), un modelo cuántico no relativista donde los electrones se consideran ondas de materia existente.

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Modelo atómico de Heisenberg (1925), comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial.

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Modelo atómico de Chadwick (1932), confirmó la existencia de otra partícula subatómica de la que se tenían múltiples sospechas: el neutrón.

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Modelo atómico de Perrin

Perrin sugirió que los átomos estaban constituidos por soles positivos rodeado de pequeños planetas negativos, tal como el sistema solar. El físico francés Jean Perrin (1870-1942) publicó en 1901 lo que sería el primer modelo basado en el sistema planetario. La radiactividad podía explicarse como la disminución de la atracción eléctrica del sol atómico por los electrones más externos (los Neptunos del sistema, como los llamaba Perrin). Sin embargo, este modelo no pasó de ser un simple bosquejo, y Perrin no mostró interés en continuar su estudio. De hecho, Perrin ganó el premio Nobel de Física en 1926 por sus trabajos en el movimiento de partículas en fluidos. Curiosamente, en 1924 Perrin fue jurado de la tesis de Louis de Broglie, donde mostraba las propiedades de onda de los electrones....