EL INTERIOR DE LA MATERIA

¿De qué está hecha la materia? Esta cuestión ha preocupado a los seres humanos desde los tiempos más remotos. Algunas de las ideas propuestas a lo largo de la historia, más o menos acertadas, han servido para construir la ciencia química.

Breve historia hasta llegar al átomo. La palabra átomo fue utilizada por Demócrito y Leucipo en el s. V a.C. para explicar la naturaleza y composición de la materia. ¿Cómo podría una materia (cuchillo) penetrar en una (manzana) si no existiesen espacios vacíos? Según un convenio, hay un dulce y una amargo, un caliente y un frío; y según un convenio, hay un orden. En verdad hay átomos y vacío. “Según un convenio, hay un dulce y una amargo, un caliente y un frío; y según un convenio, hay un orden. En verdad hay átomos y vacío”.

Demócrito, filósofo griego que vivió en el siglo IV a. C Demócrito, filósofo griego que vivió en el siglo IV a. C. propuso que, si se dividía la materia en trozos cada vez más pequeños, debería llegarse a una porción que ya no podría dividirse más. A esta porción mínima e indivisible, base de toda la materia, la llamó átomo.

Las ideas de Demócrito no fueron admitidas; la influencia de Aristóteles, otro gran pensador griego, hizo que se impusiese la teoría de los cuatro elementos. Según Aristóteles, la materia estaba formada por cantidades variables de Tierra Agua Aire Fuego

Húmeda Fría Seca Caliente El predominio de uno u otro de estos elementos hacía que la materia fuera: Húmeda Fría Seca Caliente

El modelo que se aceptó y transmitió durante más de 2000 años fue el expuesto por Aristóteles en el s IV a.C. Los tres postulados de Aristóteles fueron: La materia es una mezcla de cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Estos cuatro elementos están sólo en el dominio terrestre o “sublunar”. Más allá existe “éter”.

En el mundo cristiano, la teoría de Aristóteles fue adoptada por los alquimistas, precursores de los científicos, que desarrollaron su actividad durante toda la Edad Media

Los alquimistas de la Edad Media creían que para lograr la transformación de metales como el plomo, sin gran valor, en oro o plata, había que agregar y combinar una cantidad justa de mercurio, a fin de lograr la transmutación. También pensaban que para que esta reacción se produjera tendría que ocurrir en presencia de un catalizador (sustancia que provoca la modificación de ciertos cuerpos sin modificarse ella misma) al que se llamó piedra filosofal. La historia de la alquimia es básicamente la historia de la búsqueda de este catalizador.

Los alquimistas eran personas dedicadas al estudio y transformación de los materiales. Los alquimistas estuvieron rodeados de grandes polémicas, llegando incluso a estar prohibidas sus prácticas. Los alquimistas descubrieron nuevos elementos que incorporaron a los cuatro de Aristóteles. Descubrieron el oro (Au), la plata (Ag), el cobre (Cu), el estaño (Sn), el hierro (Fe), el plomo (Pb), el mercurio (Hg), el azufre (S) y la sal (cloruro sódico, NaCl).

Tuvieron que pasar veinte siglos para que un químico inglés llamado John Dalton retomara las ideas de Demócrito y publicase, en 1808, su famosa teoría atómica: “La materia no es continua, sino que está formada por partículas indivisibles, llamadas átomos, entre las cuales no hay nada (está el vacío). Los átomos se pueden unir para crear combinaciones de átomos que forman los compuestos químicos.”

Teoría de Dalton Ley de las proporciones múltiples 1808: Dalton retoma las teorías de Demócrito y Leucipo Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas, e indivisibles llamadas átomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso químico. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad física o química. En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo cambian su distribución. Los compuestos químicos están formados por "átomos de compuesto“, todos iguales entre sí, en proporciones definidas y constantes. Ley de las proporciones múltiples

Las ideas de Dalton fueron perfeccionadas por otros científicos. En 1897, el británico Joseph John Thomson descubrió unas partículas con propiedades sorprendentes: prácticamente no tenían masa y tenían carga eléctrica negativa. Las llamó electrones. Joseph John Thomson (1856 – 1940)

Rayos catódicos. Modelo de Thomson

Descubrimiento del electrón (1897). Al someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos. Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía cinética. La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda. Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

“Los átomos son electrones incrustados en una masa con carga positiva” Teoría de J.J.Thomson Descubre los rayos catódicos en 1897 a partir del tubo de descarga Electrones Carga negativa Thomson propone: “Los átomos son electrones incrustados en una masa con carga positiva”

Experimento de Goldstein Estudia rayos canales y descubre los protones (p+) Protones Carga positiva

Descubrimiento del protón (1914). Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales. La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones. Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón. Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.

En 1911, el físico británico Ernest Rutherford descubrió que el interior de los átomos estaba prácticamente hueco, a excepción de la zona central ocupada por un pequeño núcleo, en el que se concentraba toda la masa del átomo y que, además, tenía carga eléctrica positiva.

Teoría de E. Rutherford (1909) Al disparar contra una lámina de oro, Rutherford encontró que algunos rayos se desviaban de su trayectoria A partir de este descubrimiento Rutherford concluyó que: “El átomo debe poseer un núcleo”, con lo cual se desterraba la teoría de Thomson

Modelo de Rutherford Electrones giran en algun lugar NUCLEO Electrones giran en algun lugar Posteriormente, en 1932, Chadwick descubre el neutrón, con lo cual la idea de átomo se estructura en base a protones y neutrones centrales, mas los electrones dando giros circulares en torno a este núcleo

Descubrimiento del neutrón (1932). Rutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de otra partícula que Careciera de carga eléctrica. Poseyera una masa similar a la del protón. Estuviera situada en el núcleo. En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.

Chadwick: Descubre los neutrones (1932) Estructura interna del neutrón formado por 3 quarks

Niels Bohr propuso un modelo atómico basado en tres postulados: En un átomo el electrón sólo puede tener ciertos estados de movimiento definidos y estacionarios, en cada uno de ellos tiene una energía fija y determinada. En cualquiera de esos estados, el electrón se mueve describiendo órbitas circulares alrededor del núcleo. Un electrón puede saltar de una órbita a otra absorbiendo ( si va hacia una órbita más exterior) o emitiendo (en caso contrario) un cuanto de radiación electromagnética de energía igual a la diferencia existente entre los estados de partida y de llegada

Modelos atómicos a través del tiempo

ÁTOMO MODELO MECANICO-CUANTICO (modelo actual) CORTEZA NÚCLEO MODELO MECANICO - CUÁNTICO

Protones Neutrones Electrones Hoy sabemos que el átomo es divisible, puesto que está formado por partículas más pequeñas, llamadas partículas subatómicas. Estas pueden ser de tres tipos: Protones Neutrones Electrones Los protones y los neutrones están en el núcleo y los electrones están en continuo movimiento formando una “corteza” alrededor del núcleo.

LOS ELECTRONES: Poseen una masa 1.840 veces menor que la del átomo más pequeño (el de hidrógeno) Tienen carga eléctrica negativa Se están moviendo constantemente alrededor del núcleo siguiendo unas “órbitas”

LOS PROTONES: Se encuentran en el núcleo Tienen carga eléctrica positiva Poseen una masa semejante a la del átomo de hidrógeno

LOS NEUTRONES: Constituyen los núcleos de los átomos junto con los protones. No tienen carga eléctrica (son neutros) Poseen una masa prácticamente igual a la del protón

RESUMIENDO: Núcleo 1 u.m.a. Núcleo 1 u.m.a. Corteza 1/1840 u.m.a. Positiva No tiene Negativa PARTÍCULA LOCALIZACIÓN MASA CARGA Protón Neutrón Electrón u.m.a. = unidad de masa atómica (masa de un átomo de hidrógeno)