CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA

CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA

La materia y su estructura siempre han sido un tema de estudio para la humanidad, ya que de alguna manera en la explicación de la estructura de la materia estaba también la explicación del origen del universo. Por ello, los científicos utilizan equipos e instrumentos que les permiten ver- en algunos casos-o deducir-en otros- la constitución intima de la materia.

Cinco siglos antes de Cristo, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto, que tales partículas, fueran indivisibles. Es así, como Demócrito formula la teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamó átomos (del griego átomos: indivisible).

En 1803 el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.

Hacia finales del siglo XIX, se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1906. Posteriormente, Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetas alrededor del Sol. Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones.

El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos

INICIOS DE LA TEORÍA ATÓMICA

El afán del hombre por entender el mundo le ha acompañado a lo largo de toda su historia. Ya en el siglo V a. de C. surgió en Mileto (antigua colonia griega ubicada en lo que hoy es Turquía) la denominada escuela atomista. Fundada por Leucipo, afirmaban que la materia no podía dividirse indefinidamente, llegando un momento en el que ésta sería tan pequeña que no pudiese fragmentarse más. Demócrito, discípulo de Leucipo sería el que más tarde se referiría a esas partículas como átomos (del griego no-divisible).

Las ideas de la escuela atomista se basaban en supuestos teóricos, pensamientos sin fundamento experimental pero que dentro de su limitación servían muy bien a su propósito. Sus principales hipótesis eran:

 Estos átomos, son corpúsculos, invisibles por su pequeñez, su número es infinito y se mueven continuamente en el vacío.

 Su existencia es eterna y son incorruptibles.

 Sólo difieren entre sí por su tamaño, forma y peso.

Desgraciadamente, años después Aristóteles tomó las ideas de otro contemporáneo de Demócrito, Empédocles, y rechazó la teoría atomista haciendo que cayese en el olvido durante mucho tiempo y sustituyéndola por la idea de que la materia estaba constituida por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego; que combinados daban lugar a todas las clases de materia.

Con estas ideas en los primeros talleres o laboratorios en los inicios de la era cristiana, en Alejandría, surgió la Alquimia que intentaba conseguir la transmutación de todos los metales en oro y encontrar la “piedra filosofal”. En el transcurso de estas investigaciones se descubrieron muchas Sustancias y elementos químicos. Los alquimistas más destacados fueron: San Alberto Magno, Sir Roger Bacon, Paracelso y Van Helmont.

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON

Antecedentes

Durante los siglos XVII y XVIII y tras el descubrimiento del oxigeno, el hidrógeno y el nitrógeno surgieron diversas leyes experimentales como son la ley de conservación de la masa de Lavoisier, la de las proporciones definidas elaborada por Proust y la de las proporciones múltiples realizada por John Dalton que llevaron a Dalton en 1808 a retomar las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito y publicar su teoría atómica basada cuatro postulados.

POSTULADOS DE LA TEORÍA:

1. Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas, e indivisibles llamadas átomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso químico.

2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad física o química.

3. En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo cambian su distribución.

4. Cuando dos o más átomos de diferentes elementos se combinan entre si para formar un mismo compuesto lo hacen siempre en proporciones de masas definidas y constantes.

De la teoría atómica de Dalton surgen las siguientes definiciones:

• Un Átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.

• Un Elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales.

• Un Compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en proporciones fijas

MODELO ATÓMICO DE THOMPSON

Antecedentes

De sus experiencias Thompson dedujo que los rayos catódicos eran partículas negativas (provenientes de los átomos) que se desplazaban en línea recta y que eran independientes del gas que hubiera en el tubo (los electrones). Thomson comprobó que los electrones tienen una relación carga masa de 1,759 • 1010 C/g por lo que la mayor parte de la masa del átomo no se encuentra en los electrones. Todo lo anterior lleva a Thomson a hacerse varias preguntas:

• Si la materia es neutra, además de electrones debe haber carga positiva en los átomos, pero ¿cómo se encuentran dentro del átomo?

• Si los electrones tienen masa tan pequeña, ¿dónde se encuentra la mayor parte de la masa de los átomos?

• ¿Porqué las partículas que se obtenían de los átomos eran siempre electrones y nunca partículas con carga positiva?

POSTULADOS DE LA TEORÍA:

1. El átomo es eléctricamente neutro. La carga negativa la aportan los electrones y la positiva los protones.

2. La parte positiva al contener casi toda la masa del átomo debería ocupar casi todo el volumen del átomo y los electrones deberían estar como incrustados al azar en esa masa (parecido a las pasas de un budin).

El modelo atómico de Thomson fue muy aceptado por un tiempo ya que explicaba:

• La producción de iones. Los electrones se arrancan con facilidad, de manera que el número de protones queda siempre fijo. Por lo tanto el átomo queda cargado positivamente si pierde un electrón y negativamente si gana un electrón.

• Además explica la electrización dado que el exceso o defecto de electrones que tenga un cuerpo será el responsable de su carga negativa o positiva. El bolígrafo de plástico cede electrones al jersey y queda cargado negativamente.

RAYOS X Y RADIOACTIVIDAD EXPERIMENTO DE NELLS RUTHERFORD

POSTULADOS DE LA TEORÍA:

El modelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:

 El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.

 Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.

 La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro y por lo tanto el número de protones y de electrones en un átomo neutro debe ser el mismo.

 Entre el núcleo y la corteza hay un gran espacio vacío.

Experimento Rutherford

El experimento de Rutherford, también llamado "experimento de la lámina de oro", fue realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909, bajo la dirección de Ernest Rutherford en los Laboratorios de Física de la Universidad de Manchester. Los resultados obtenidos y el posterior análisis tuvieron como consecuencia la rectificación del modelo atómico de Thomson (modelo atómico del panqué con pasas) y la propuesta de un modelo nuclear para el átomo.

El experimento consistió en "bombardear" con un haz de partículas alfa una fina lámina de metal y observar cómo las láminas de diferentes metales afectaban a la trayectoria de dichos rayos.

Las partículas alfa se obtenían de la desintegración de una sustancia radiactiva, el polonio. Para obtener un fino haz se colocó el polonio en una caja de plomo, el plomo detiene todas las partículas, menos las que salen por un pequeño orificio practicado en la caja. Perpendicular a la trayectoria del haz se interponía la lámina de metal. Y, para la detección de trayectoria de las partículas, se empleó una pantalla con sulfuro de zinc que produce pequeños destellos cada vez que una partícula alfa choca con él.

Según el modelo de Thompson, las partículas alfa atravesarían la lámina

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