La historia de la química atómica

como te imaginas un átomo así o así o tal vez como uno de estos si entiendes lo suficiente acerca de los átomos para visualizar cualquiera de esas cosas entonces sabes más sobre la teoría atómica que los científicos de hace sólo 100 años y mucho más de lo que pensaban que sabían hace 2500 años fue entonces cuando el filósofo griego leucipo y su alumno demócrito tuvieron la idea de que la materia está compuesta de pequeñas partículas nadie sabe cómo desarrollaron este concepto pero no pensaron que las partículas fueron particularmente especiales solo pensaron que si cortas algo por la mitad suficientes veces en algún momento llegarás a una partícula que ya no se puede cortar le dieron a estas partículas el nombre de átomos incontable o indivisible lo que significa que no se puede cortar o que no se puede dividir entonces básicamente pensaron que el hierro estaba hecho de partículas de hierro la arcilla estaba hecha de partículas de arcilla y el queso estaba hecho de partículas de queso y atribuyeron propiedades de cada sustancia a las formas del átomo entonces pensaron que los átomos de hierro eran duros y unidos con ganchos los átomos de arcilla eran más blandos y estaban unidos por articulaciones esféricas que los inflexibles y los átomos de queso eran blandos y deliciosos y esto tiene sentido si no tienes acceso a microscopios electrónicos o tubos de rayos catódicos o al trabajo de generaciones de científicos anteriores porque el hecho es que la teoría atómica tal como la conocemos hoy es el producto de cientos sino miles de ideas diferentes algunos modelos como el de leucipo eran sólo conjeturas ciegas con el paso del tiempo muchos otros fueron el resultado de una experimentación rigurosa pero como ha sido el caso en toda la ciencia cada científico se basó en lo que se había aprendido antes hemos estado hablando mucho sobre los detalles finos de la química en las últimas semanas y seguiremos haciéndolo a medida que avancemos a la química nuclear y luego a los conceptos básicos de la química orgánica pero antes de hacerlo quería reservar algo de tiempo para explicar cómo sabemos lo que hoy sabemos sobre el átomo y cómo sabemos que aún no hemos terminado de descubrirlo [Música] ahora puedes pensar que una vez que al éxito y demócrito se les ocurrió la idea general de los átomos sería bastante fácil para otra persona tomar esa pequeña bola indivisible y correr con ella pero te equivocarás los siguientes desarrollos importantes en la teoría atómica no llegarían en los siguientes casi 2300 años ya te he contado por ejemplo sobre el químico francés antoine la bo cierto que propuso la ley de la conservación de la masa que establece que incluso si la materia cambia de forma su masa se mantiene igual y debes recordar al profesor de inglés john dalton quien determinó que los elementos existen como paquetes discretos de materia gracias a estas y otras grandes mentes del siglo 19 se pudo comprender mejor el comportamiento general de los átomos la siguiente pregunta lógica fue por qué por qué se comportan como lo hacen esto condujo a la investigación de la estructura atómica en la década de 1870 los científicos comenzaron a investigar de qué estaban hechas las cosas utilizando tubos de descarga básicamente todos llenos de gas con electrodos en cada extremo que emiten luz cuando una corriente eléctrica los atraviesa esencialmente es una luz de neón debido a que esta luz fue producida originalmente por un electrodo negativo o un cato se llamó rayo catódico y tenía una carga negativa pero en 1886 el físico alemán eugen goldstein descubrió que los tubos también emitían luz desde el electrodo positivo básicamente un rayo que se dirigía en la dirección opuesta lo que significaba que también debía haber una carga positiva en la materia goldstein no entendió completamente lo que había descubierto aquí me refiero a que los científicos todavía no habían descubierto que era responsable de la carga negativa en los rayos luego el físico inglés jj thompson llevó la investigación del tubo de descarga más allá al medir cuánto calor generaban los rayos catódicos cuando podían ser doblados por imanes y otras cosas pudo estimar la masa de los rayos y la masa era aproximadamente mil veces más ligera que el hidrógeno la parte de materia más pequeña conocida en ese momento llegó a la conclusión de que los rayos catódicos no eran rayos ni ondas en absoluto sino que en realidad eran partículas muy pequeñas muy ligeras y cargadas negativamente los llamo corpúsculos nosotros los llamamos electrones entonces aunque no entendíamos qué forma tenían sabíamos que eran componentes negativos y positivos de la materia la siguiente pregunta fue cómo se organizan dentro del átomo thompson sabía que el átomo en general tenía una carga neutra por lo que imagino que los electrones cargados negativamente deben distribuirse aleatoriamente en una matriz cargada positivamente y el muy inglés thompson visualizo este modelo como un postre inglés familiar pudin de ciruela la matriz positiva es el budín y los electrones son los trozos de fruta flotando al azar dentro de ella incluso hoy el modelo del átomo de thompson continua llamándose el modelo de budín de ciruela y aunque el movimiento de un solo electrón es aleatorio su distribución en general no lo es el siguiente gran paso fue dado por el neocelandés ernest rutherford en 1909 diseñó un experimento utilizando una lámina extremadamente delgada de papel de oro y una pantalla recubierta con sulfuro de zinc bombardeó la lámina con partículas alfa que realmente no sabía que eran sólo que eran producidas por la descomposición del radio estaban cargadas positivamente y eran muy muy pequeñas se esperaba que pasaran a través de la lámina sin desviarse y muchas de ellas lo hicieron pero resultó que algunas de las partículas se desviaron en ángulos grandes y a veces casi hacia atrás la única explicación para esto fue que toda la carga y va en un átomo la carga que repele una partícula alfa debe concentrarse en un área muy pequeña un área que llamo el núcleo debido a que la mayoría de las partículas alfa pasaron a través de los átomos sin inmutarse en bruto el foro concluyó que la mayor parte del átomo es un espacio vacío y estaba en lo correcto rutherford más tarde descubriría que si bombardeaba nitrógeno con partículas alfa creaba un montón de iones de hidrógeno ahora supuso correctamente que estos pequeños iones cargados positivamente eran en sí mismos partículas fundamentales protones ahora nos acercamos a la realidad estos químicos tenían una idea bastante buena de la estructura del átomo sólo necesitaban averiguar qué estaban haciendo exactamente los electrones aquí entra niels bohr en 1911 el mismo año en que se publicaron los resultados del experimento de la lámina de oro de rutherford ball viajó a inglaterra para estudiar con rutherford y como físico también estaba interesado en los modelos matemáticos establecidos por los físicos alemanes max planck y albert eisntein para explicar el comportamiento de la energía electromagnética con el tiempo board se dio cuenta de que estos principios matemáticos podían aplicarse al modelo atómico de rutherford su análisis los cálculos del experimento de la lámina de oro basados en la proporción de partículas alfa que atravesó directamente las que se desviaron ligeramente y las que rebotaron casi completamente hacia atrás le permitió predecir las posiciones más probables de electrones dentro del átomo el modelo resultante de board a veces llamado modelo planetario todavía es familiar para la mayoría de las personas probablemente incluyéndote a ti representa los electrones en órbitas alrededor de un pequeño núcleo central cada órbita puede tener un número específico de electrones que se correlacionan con los niveles de energía y los orbitales en el modelo moderno del átomo y aunque es definitivamente erróneo el modelo de vor estaba muy cerca de la realidad en algunos aspectos importantes pero como todos los que he mencionado en los últimos minutos x tenía muchísima razón y al mismo tiempo estaba muy equivocado el problema eran esos molestos electrones fue el físico teórico alemán werner heisenberg quien hizo que todos entendieran juan grande y alucinante era este problema de los electrones pero también fue él quien ato todo el desastre en un pequeño paquete ordenado usando sus perversas habilidades matemáticas heisenberg descubrió que es imposible saber con certeza el momento de un electro o cualquier partícula subatómica y su posición exacta y cuanto más sepas sobre una de esas dos variables más difícil será medir la otra y si no puedes medir la posición o el momento de un electrón obviamente no puedes decir con certeza que los electrones en un átomo están perfectamente alineados en órbitas circulares por lo que el y una nueva ola de físicos y químicos propusieron una nueva teoría una teoría cuántica que propone que los electrones no eran partículas u ondas sino que tenían propiedades de ambos y de ninguno con este pensamiento la disposición de los electrones alrededor de un núcleo solo podría describirse en términos de probabilidad en otras palabras hay ciertas regiones donde es mucho más probable encontrar un electrón llamamos a estas regiones orbitales ya sabes los mismos orbitales de los que tú y yo hemos estado hablando los que tienen los nombres esp dee y efe y que forman enlaces sigma y pi estas son las cosas que predice la teoría de heisenberg y esa es la comprensión moderna de los átomos debido a que se basa en la probabilidad los átomos de estilo cuántico a menudo se dibujan como nubes con una intensidad de color que no representa electrones individuales sino la probabilidad de encontrar un electrón en cualquier posición en particular por esta razón el modelo cuántico a menudo se llama el modelo de nube del átomo y ahora ya lo sabes todas las personas que he mencionado y muchas otras se unieron con el tiempo para construir esta corriente y podría decirse que es una comprensión bastante elegante de la teoría atómica ahora después de 2500 años a pesar de que no podemos verlos podemos saber cómo son y cómo funcionan porque una larga sucesión de científicos contribuyó con un poco de toda la fantástica imagen pero también es importante reconocer que puede que aún no estemos del todo bien los contemporáneos de thompson estaban seguros de que el modelo de budín de ciruelas era correcto los científicos de la época de borg creían plenamente que el modelo planetario tenía razón y hoy estamos extremadamente seguros de que el modelo cuántico es correcto pero puede que no sea del todo correcto y ahí es donde entras tú la única forma en que podemos estar seguros es seguir haciendo preguntas y realizando experimentos