LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO.

CAPÍTULO 1. LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO.

Para entender a cabalidad cómo funciona el organismo humano, cuáles son las causas de

las enfermedades, cómo combatirlas y sobre todo prevenirlas, es necesario tener conocimientos

de Química ya que todas las formas de vida, desde las más simples, dependen de los centenares

de reacciones químicas, reguladas con absoluta precisión, que tienen lugar en las células.

En la vida diaria estamos acostumbrados a interactuar con sustancias que tienen

determinadas propiedades: un clavo de hierro se oxida fácilmente a la intemperie, la sal común y

el azúcar son sólidos blancos que se disuelven con facilidad en el agua, pero con diferentes

sabores, el aceite y el vinagre no se mezclan entre sí y así muchos otros ejemplos.

La explicación a las propiedades de las sustancias está precisamente en el tipo de átomos

que las constituyen y cómo están unidos. La inmensa cantidad de sustancias que existen, la

mayoría de ellas sintetizadas por el hombre gracias al desarrollo científico y tecnológico, están

constituidas por un número relativamente pequeño de tipos de átomos: los elementos químicos.

Es decir, las propiedades de las sustancias y sus aplicaciones en la práctica o las funciones

que desempeñan en el organismo, dependen de cuáles átomos y cómo estos están unidos entre sí.

Conocer, pues, qué son los átomos, cómo están constituidos, en que se diferencian unos

de otros, cuáles son sus propiedades, nos permitirá entender las propiedades físicas y químicas de

las sustancias.

1.1 Breve recuento histórico acerca del desarrollo de la teoría atómica.

Desde tiempos muy remotos el hombre se preocupó por entender y explicar, entre otras

cosas, cómo estaba constituido el mundo que lo rodeaba. Los filósofos de la antigüedad

intentaron dar esta explicación desde diferentes puntos de vista. Demócrito, filósofo griego

materialista (460-370 a.n.e.) fue el primero en emplear el término átomo (del griego sin división)

para plantear sus ideas acerca de que todo estaba constituido por partículas extremadamente

pequeñas e indivisibles, con determinada forma, y que estaban en continuo movimiento.

Sin embargo, estas ideas fueron reemplazadas por las del filósofo idealista griego

Aristóteles (384-322 a.n.e) quien negó la existencia de los átomos e introdujo la concepción de

que todas las sustancias provenían de la combinación de cuatro elementos materiales: el fuego, el

aire, el agua y la tierra que podían convertirse unos en otros.

Las ideas de Aristóteles prevalecieron prácticamente durante casi 2000 años y sirvieron

como base teórica al período inicial de desarrollo de la Química conocido como Alquimia (300

a.n.e.-1650) y que tuvo como objetivos obtener la piedra filosofal capaz de obtener oro mediante

la transformación de otros metales como el plomo y el mercurio y el elixir de la vida, que hiciera

al hombre inmortal.

En los siglos XVI y XVII prosperó la Iatroquímica, (una rama de la alquimia) dedicada a

la preparación de medicinas a partir de sustancias químicas Su representante más significativo fue

el médico suizo Theophrastus von Hohenheim, conocido como Paracelso. La Iatroquímica es

considerada la precursora de la farmacología.

Por supuesto que los alquimistas no lograron sus objetivos sin embargo, posibilitaron el

desarrollo de muchas técnicas y operaciones del laboratorio químico empleadas hasta nuestros

días y obtuvieron un gran número de sustancias nuevas como el ácido sulfúrico, el ácido

clorhídrico, los hidróxidos de sodio y de potasio, etc.

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A principios del siglo XVII las ideas atomistas volvieron a resurgir debido, entre otros

factores, al fracaso de los alquimistas y al perfeccionamiento de los métodos experimentales y

sobre todo los cuantitativos para estudiar y entender las propiedades y el comportamiento de las

sustancias.

A finales del siglo XVIII había sido descubierto el hecho de que durante las reacciones

químicas se conserva la masa y se había estudiado la composición cuantitativa de muchas

sustancias.

Todos estos avances permitieron corroborar la idea de la existencia de los átomos lo que

llevó a John Dalton (químico, matemático y filósofo inglés) en los años 1803-1808 a plantear que

los elementos estaban constituidos por átomos que tenían una forma, una masa y determinadas

propiedades en dependencia del elemento que se tratara y que durante las reacciones químicas

ocurría solo la separación, combinación o reestructuración de los átomos, ya que estos ni se crean

ni se destruyen. Dalton propuso además que las sustancias compuestas eran el resultado de la

combinación de átomos de diferentes elementos en proporciones definidas. La teoría atómica de

Dalton tuvo un papel decisivo en el desarrollo de la química moderna, aunque algunos de sus

planteamientos fueron posteriormente modificados.

Las dudas acerca de la indivisibilidad del átomo comenzaron a rondar las mentes de los

científicos con los descubrimientos relacionados con la electricidad que tuvieron lugar en las

primeras décadas del siglo XIX. En los años 1822-33 Michael Faraday realizó una serie de

experimentos de descomposición de algunas sustancias mediante la electricidad (proceso

conocido como electrólisis) que llevaron a George Stoney en 1874 a sugerir que las unidades de

carga eléctrica estaban asociadas a los átomos y a proponer en 1891 que estas unidades se

llamaran electrones. Otros experimentos relacionados con el paso de la corriente eléctrica a través

de los gases proporcionaron más evidencias acerca de la existencia del electrón y por tanto de la

divisibilidad del átomo.

En el año 1859 fueron descubiertos los llamados rayos catódicos al hacer pasar una

corriente eléctrica en un tubo prácticamente al vacío. Estos rayos fueron estudiados y se

determinó que eran haces de partículas cargadas negativamente que se movían a una gran

velocidad y que fueron nombradas electrones.

Estudiando los rayos catódicos en 1895 Wilhelm Röntgen1 descubrió que cuando estos

rayos incidían sobre el vidrio y los metales se emitían unos rayos capaces de penetrar la materia,

que oscurecían las placas fotográficas y que no tenían carga. Por desconocer la naturaleza de

estos rayos los llamó Rayos X que tienen aún en nuestros días una gran aplicación en la

medicina.

El descubrimiento de la emisión de determinadas radiaciones de manera espontánea por

algunos átomos (fenómeno conocido como radiactividad) en 1896 por el científico Henri

Becquerel contribuyó a la confirmación de las ideas acerca de la existencia de las partículas

subatómicas. Además, estas sustancias radiactivas comenzaron a emplearse para “bombardear”

con esas radiaciones a otras sustancias y estudiar la forma en que interactuaban con ellas.

En 1897 el físico británico Joseph J. Thompson estudiando la desviación de los rayos

catódicos en los campos eléctrico y magnético determinó la relación entre la masa y la carga del

electrón. Por este descubrimiento este científico obtuvo en el año 1906 el Premio Nóbel de Física.

Más tarde, en 1917 R. A. Millikan2 determinó experimentalmente la carga del electrón lo que

posibilitó además calcular su masa.

1 Wilhelm Röntgen (1845-1923). Físico alemán que recibió el Premio Nóbel de Física en 1901.

2 Robert Andrews Millikan(1865-1953). Físico estadounidense que obtuvo el Premio Nóbel de Física en 1923.

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Thompson a partir de estos hechos que dejaban claro que los átomos contienen electrones

y que son neutros, propuso su modelo atómico conocido como “pudín de pasas” en el cual el

átomo era una esfera positiva en la que los electrones estaban insertados, cual pasas en un pudín.

En 1910 Ernest Rutherford3, discípulo de Thompson, realizó una serie de experimentos

tratando de confirmar el modelo propuesto por su maestro. Sin embargo, los resultados obtenidos

echaron por tierra el modelo atómico de Thompson. Rutherford propuso en su lugar que el átomo

está constituido por un núcleo, que ocupa una parte muy pequeña en comparación con el volumen

total del átomo, en el que se concentran las cargas positivas y los electrones se mueven alrededor

del núcleo. Este científico sugirió en 1920 que en el núcleo además de los protones debían existir

partículas no cargadas y de masa semejante a la del protón a las que llamó neutrones. Los

neutrones fueron descubiertos en 1932 por James Chadwick.

Al profundizar en el estudio de este modelo y tratar de describir el movimiento de los

electrones surgieron nuevas dificultades. De acuerdo con los planteamientos de la Física Clásica

(aplicada a los objetos del macromundo) el electrón, como cualquier carga moviéndose debía

irradiar energía constantemente. Esto traería consigo que a medida que perdiera energía debía irse

acercando al núcleo hasta precipitarse contra él, por lo que el átomo no sería un sistema estable,

lo que no concordaba con la realidad. Además

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