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A finales del sigloXIXpuede considerarse que la teoría atómica de Dalton

había triunfado, pese a las luchas y duras polémicas sostenidas entre sus defensores y sus detractores. Pero en esas fechas aun no se sabía nada de la estructura del átomo.

11.4.1. Evidencias experimentales: partículas subatómicas

Aparte de que muchos importantes científicos de la segunda mitad de ese siglo tuvieran fuertes convicciones sobre la validez de la teoría atómica —como el físico Max Planck, creador de la teoría cuántica en 1900— apare- cieron algunos datos experimentales que contribuyeron firmemente a ratifi- carla. Tal es el caso de la comprobación del movimiento browniano de las partículas coloidales, mediante la aplicación de un nuevo tipo de microsco- pio —el ultramicroscopio— que permitía evidenciar ese movimiento, con lo que posteriores estudios demostraron que al estado coloidal se le podían apli- car leyes propias de los gases. Esto, a su vez, fue una concluyente prueba de la naturaleza corpuscular de la materia

Ciencia y Tecnología

Con el invento en 1903 del ultramicroscopio, debido Zsigmondy (Premio Nobel de Química en 1925), se muestra de nuevo las interconexiones entre la ciencia y la tec- nología: ambas caminan estrechamente unidas, influyéndose mutuamente y repercu- tiendo, en definitiva, en la vida del hombre.

Por otra parte, gran número de científicos seguían en la línea de estudiar la electricidad, tanto en cuanto a la determinación de su naturaleza como en cuanto a analizar los múltiples fenómenos en los que, de una manera u otra, aquélla estaba implicada. Así, ya muy entrado el siglo,XIX, el físico inglés

G. C. Stoney para intentar explicar los fenómenos electrolíticos propone pri-

mero, en 1874, que la electricidad sería también granular y después, ya en 1891, él mismo da el nombre de electrón a esos «granos» que constituirían la carga mínima o carga elemental de electricidad.

Por otra parte, se empiezan a estudiar los fenómenos eléctricos asocia- dos a los gases. Uno de ellos fue el estudio de su conductividad eléctrica. El también físico inglés J. J. Thomson (1856-1940) trabajando con gases a

muy bajas presiones, o gases enrarecidos, a los que comunicaba una corriente eléctrica de alto voltaje, detectó un hecho experimental que resul- tó trascendental en el estudio de la naturaleza de la materia. Se sabía que los gases se escindían en una corriente de partículas de masa pequeñísima y de carga negativa y que eran siempre iguales, cualquiera que fuese el gas empleado, y en una corriente de partículas de masa ya considerable y prác- ticamente igual a la de los átomos del gas de partida, que tenían carga posi-

tiva. La primera corriente eran los rayos catódicos (constituidos por elec- trones) y la segunda, los rayos positivos o rayos canales (que ya habían sido descubiertos por el físico alemánE. Goldstein, en 1886). Estudiando los

rayos catódicos, Thomson consigue determinar la relación carga/masa del electrón (1897) Y es gracias a este descubrimiento cómoW. Conrad Rönt- gen (1845-1923, físico alemán, Premio Nobel de Física en 1901) llega, a su

vez a otro descubrimiento, el de los rayos X, en 1895, obtenidos al bombar- dear con los rayos catódicos diversas sustancias y que aparecían en la pared opuesta al cátodo.

Como Röntgen intentó por muy diversos métodos dilucidar la naturaleza de esas radiaciones y no lo consiguió, es por lo que les dio ese nombre de rayos X. Hoy en día, no obstante, se conoce que son de naturaleza ondulatoria.

El descubrimiento de estos rayos X permitió aMoseley, como ya hemos

visto, evidenciar experimentalmente en 1913 el ordenamiento de los elemen- tos en la tabla periódica (11.3.2).

Volviendo aThomson, el estudio de los otros rayos, los rayos canales o

positivos, propició otros dos importantes logros: el descubrimiento del pro-

tón y el aislamiento de los isótopos. Por el conjunto de sus trabajos obtuvo el Premio Nobel de Física del año 1906.

También llegó con estos rayos a determinar la masa atómica de muchos elementos. Sobre este último aspecto hay que decir que el método de Thom- son fue revisado y sensiblemente mejorado porF. W. Aston, químico inglés

que en 1919 ideó un aparato con el que la determinación de las masas atómi- cas fue mucho más precisa: se trataba del espectrógrafo de masas, que demuestra de nuevo la colaboración entre la tecnología y la ciencia.

Con todo lo anterior, llegamos al momento en que se conocían dos de los integrantes de los átomos, el protón y el electrón. En cuanto a su tercer com- ponente, el neutrón, no se descubrió hasta mucho después, porChadwick en

1932, aunque su existencia se había intuido ya desde los tiempos de los expe- rimentos de Thomson.

Resulta sí que los átomos sí que son divisibles. No obstante, siguen siendo la última parte de la materia cuyo conjunto mantiene las características de cada elemento, con lo cual no se pierde el sentido de indivisibilidad ni de los epicúreos ni de Dalton.

11.4.2. Descubrimiento de la radiactividad

Por otra parte, avanzando en el sigloXIX, justamente durante sus últimos

años tiene lugar un nuevo descubrimiento, el de un fenómeno que tendrá enormes repercusiones en multitud de ámbitos científicos: el de la radiactivi-

dad. En 1896 el físico y también ingeniero de minas francés Henri Beckerel

(1852-1908, Premio Nobel de Física de 1903) trabajando con sales de uranio —concretamente con cristales de sulfato de uranilo— descubrió de forma casual que emitían una radiación capaz de impresionar una placa fotográfi- ca (radiación a la que entonces se denominó «rayos Beckerel»). Se comprobó que este hecho también ocurría en otros compuestos de uranio, por lo que se supuso que era este elemento el responsable de esas radiaciones.

Estos experimentos despertaron tal interés que llevaron a otros científi- cos a seguir investigando en esa dirección. Es así como la científica polaca de nacimiento,María Sklodowska (1867-1934) —o María Curie por su matri-

monio con el ilustre físico francésPierre Curie—, que comenzó siendo dis-

cípula de Beckerel, en 1898 descubrió junto con su marido que la emisión de ese tipo de radiaciones tenía también lugar en otro elemento, el torio. Ellos son los que dan a estos fenómenos el nombre de radioactividad, deduciendo que se trata de una propiedad atómica. Continuando en esta investigación, trabajan con pechblendas (minerales de óxido de uranio) y descubren dos nuevos elementos, el polonio y el radio. Con Beckerel reciben el Premio Nobel

de Física en 1903 y, además, María vuelve a recibir un Premio Nobel en 1911,

en este caso de Química (tercer caso, hasta el momento, de este doble Premio Nobel en ciencias en una sola persona).

A pesar de estos enormes éxitos científicos fue rechazada su nominación a la Academia de Ciencias Francesa, simplemente por ser mujer.

Se sigue aumentando la lista de los elementos radiactivos (radon, acti- nio...) y se consigue determinar la naturaleza compleja de esas radiaciones radioactivas, que en realidad son de tres tipos (rayos α, rayos β y rayos γ). Ilustres hombres de ciencia comienzan a investigar en fenómenos radioacti- vos. Tal es el caso de Ernest Rutherford (1871-1937), famoso científico

inglés —nacido en Nueva Zelanda— que por sus méritos obtuvo el Premio

Nobel de Química en 1908 y también obtuvo el título de «lord», y que trabajó

intensamente en este nuevo campo de la ciencia, la física y la química nuclear, de las que es considerado como el fundador. Muchos son los grandes logros que obtuvo en sus investigaciones. Tal es su propuesta de la existencia en los átomos de un núcleo, volumen de espacio muy pequeño donde se concentra- ba prácticamente toda su masa y con electricidad de carga positiva. O su des- cubrimiento, junto al notable químico inglésFrederick Soddy (1877-1956, Premio Nobel de Química de 1921) de que el radon se transforma en helio en

los fenómenos radiactivos.

Se cumple así el viejo sueño de los alquimistas: la transmutación

El átomo ya no es indivisible y tampoco es inmutable, puesto que se pue- de transformar en otros átomos distintos mediante una reacción nuclear.

Además, cuando esto ocurre tiene lugar una pérdida de masa que se traduce en la liberación de una gran cantidad de energía en forma de radiaciones. Aquí es donde entraEinstein y su teoría de la relatividad (1905) para expli-

car esa relación masa/energía.

¿Significa todo esto que hay que olvidar la ley de conservación de la masa de Rey- Lavoisier, con la que se inaugura esa nueva era de la química como ciencia? La res- puesta es no, porque la energía implicada en las reacciones químicas ordinarias (es decir, no nucleares) es tan pequeña que correspondería a una cantidad de masa ínfi- ma que no podría ni siquiera detectarse.

Por otra parte, Soddy también descubre la existencia de isótopos, detec- tados por primera vez en algunos elementos radiactivos, y Thomson y Aston lo ratifican, logrando aislar un isotopo del neon.

11.4.3. Las aportaciones teóricas: modelos atómicos

Con todo lo anterior se tenían suficientes evidencias experimentales para poder intentar dar una interpretación de cómo estarían dispuestas esas par- tículas en el átomo. Es decir, para construir un modelo.

El primero fue el deThomson (1904), muy simple. Para él el átomo con-

sistiría en una esfera de carga positiva en cuyo interior estarían unos gránu- los de carga negativa, los electrones. Pero evidentemente, no conseguía dar explicación a los fenómenos relacionados con la naturaleza atómica que se iban descubriendo. Por ello,Rutherford en 1911 propone otro nuevo mode-

lo: el átomo sería una especie de sistema planetario en pequeño, en el que alrededor del núcleo girarían los electrones en unas órbitas. No obstante, este modelo estaba en completa contradicción con las leyes electromagnéticas, pues el electrón terminaría por precipitarse sobre el núcleo.

Por ello, poco después, en 1913, surgirá otro modelo atómico con el que se consiguieron explicar numerosos hechos experimentales. Se trata del modelo atómico propuesto por el físico danésNiels Bohr (1885-1962 ), en el

que combina la idea del modelo de Rutherford con la teoría cuántica de

Planck (teoría por la que éste último obtuvo el Premio Nobel de Física en 1918

y a la que también acudió Einstein para explicar el fenómeno fotoeléctrico descubierto por él y por lo que a su vez recibió el Premio Nobel de Física en

1921). Bohr introduce una serie de postulados para justificar la existencia de

unas órbitas que serían estacionarias y para determinar cuándo se produciría en un átomo una absorción o una emisión de energía. Con este modelo se consiguieron calcular con una gran concordancia las rayas del espectro del hidrógeno y determinar de forma teórica la constante deRydberg, obtenida

empíricamente porBalmer, por lo cual fue un gran éxito (por ello, es por el

que Bohr, uno de los fundadores de la física moderna, recibió el Premio Nobel

de Física en 1922).

No obstante, a medida que se ibaavanzando en las técnicas espectroscó-

picas (se tratarán en el Tema 13) se obtenían espectros con una mayor resolu- ción, con lo que no todas las rayas que aparecían podían interpretarse con ese modelo atómico. Es decir, era una teoría que se iba quedando insuficiente. Por ello se le fueron introduciendo ciertas modificaciones para perfeccionarla. En este sentido,Sommerfeld consideró que las órbitas de los electrones además

de ser circulares podían ser elípticas. También se tuvo en cuenta que podían tener distinta orientación en el espacio. Resultó así un modelo que aunque muy parecido al anterior podía interpretar esos nuevos hechos experimentales suministrados por los espectros atómicos: es el llamado modelo de Bohr-Som-

merfeld (1916). Y Pauli y Zeemann continuaron en este sentido.

Pero, a la larga, resultó que era un modelo que fallaba al tratar de apli- carse átomos con más electrones.