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La historia del átomo

El primer gran éxito de la teoría atómica viene con John Dalton. Este hijo de un cuáquero, a comienzos del siglo 19, experimentó con varias sustancias, principalmente gases. Trabajó con agua, dióxido de carbono, amoníaco,… y se dio cuenta de que eran combinaciones varias de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, sulfuro, carbono,… Estos últimos serían los elementos, con los que propuso su teoría atómica:

1. Cada elemento está compuesto de átomos iguales.

2. Los átomos de un elemento se distinguen de los de otro elemento por su peso.

3. Los átomos de un elemento se pueden combinar con los de otros elementos para formar compuestos. Cada compuesto tiene siempre el mismo número relativo de átomos de cada elemento.

4. Los átomos no se crean ni se destruyen. Las reacciones químicas simplemente agrupan los átomos de otra manera. 

No está nada mal para ser el primer paso serio tras los primeros atomistas. Tuvo varios errores, como el suponer que las proporciones serían las más sencillas posibles. Así pensó que el agua era HO (un átomo de Hidrógeno y otro de Oxígeno) en lugar de H₂0 (dos de H y uno de O).

Casi un siglo tuvo que pasar hasta el siguiente descubrimiento importante. J.J. Thomson, experimentando con rayos catódicos, descubrió el electrón. Los rayos catódicos se consiguen poniendo dos electrodos (dos piezas de metal, una con carga negativa, el cátodo y la otra positiva, el ánodo –la carga se consigue uniendo cada electrodo a uno de los bornes de una batería o pila–) dentro de un tubo en el que se ha hecho el vacío. Al calentar el cátodo se produce el rayo catódico. Thomson se dio cuenta de que este rayo estaba cargado negativamente, que esta carga no se podía separar del rayo (lo intentó con un campo magnético, es decir, con un imán) y, finalmente, que tenía que provenir de los átomos del cátodo. Así pues, los átomos contenían cosas que se llamaron electrones. Su modelo del átomo, en sus palabras, era el de un pudin con pasas (los electrones). Si el electrón tenía carga negativa y el átomo carga neutra, el pudin debía tener carga positiva.

De momento esto no es tan extraño. ¿Que nuestras piezas de lego tienen unas pequeñas piezas incrustadas? No pasa nada. Lo que resultó bien extraño fue el siguiente descubrimiento. Trece años después (estamos ya en 1911) a Rutherford le dio por bombardear una plancha de oro con partículas alfa a ver qué pasaba. Las partículas alfa (ahora lo sabemos) no son más que núcleos de Helio. Es decir, átomos de Helio sin sus electrones, y se producen en el proceso de desintegración natural de elementos radiactivos, como el Radio. En tiempos de Rutherford sólo se sabía que tenían carga eléctrica positiva. Así que puso una masa de Radio frente a una plancha de oro y observó que la mayoría de las partículas atravesaban la plancha y que las pocas que no lo hacían salían despedidas en cualquier dirección, incluso rebotadas. La única explicación que se le ocurría para el fenómeno era que casi toda la materia del átomo estaba concentrada en una parte muy pequeña de su volumen, y que esto debía ser el núcleo cargado positivamente, por la forma en que repelía las partículas alfa, también positivas. Así que el sitio que le quedaba a los electrones era estar alrededor del núcleo. Además, esto confirmaba que los electrones debían de tener muy poca masa y, a su vez, ocupar muy poco espacio. Conclusión: Los cuerpos que nos parecen sólidos están compuestos de unas piezas de lego que son, en su mayor parte, vacías. Si el átomo tuviera el tamaño de la tierra, el núcleo sería como un estadio de fútbol.

Ahora sí estamos ante algo muy extraño. Y sin embargo, esto no ha hecho más que empezar.

Mis venidas:

1. Encontrar que nuestra intuición de que todo lo que nos parece sólido y macizo es, en su mayor parte, nada, vacío, es el primer aviso de lo distinta que es la naturaleza respecto a nuestras intuiciones. A partir de aquí se producirá una línea de descubrimientos para las que, cada vez más, tendremos que apoyarnos más en las matemáticas (incluidas intuiciones dentro de ellas) y menos en las intuiciones que podamos formular directamente sobre el mundo físico.

2. Es interesante reseñar cómo el modelo de átomo formulado por Dalton podía ser reconocible por los atomistas griegos si levantaran la cabeza. En otras palabras, el modelo de Dalton, desarrollado a partir de la evidencia experimental, es muy similar al de los atomistas, que fue desarrollado a partir de reflexiones filosóficas. Creo que no hay otro ejemplo en la ciencia de una idea tan antigua y tan acertada.