T1-3 Nociones y especulaciones sobre el átomo

NOCIONES Y ESPECULACIONES SOBRE LOS ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Entrada blog nº 8 continuación de la 7 del: ensayocosmologico.blogspot.com
En el átomo de los atomistas, no cabían otros elementos que ellos mismos y aquí acababa el concepto de materia. Ésta estaba pues formada por bloques de átomos que combinados de múltiples formas constituían los diferentes elementos que íbamos encontrando en la naturaleza. Igual que un texto escrito y comprensible, está formado por un número determinado de letras debidamente ordenadas. Esta teoría, pero en sentido restringido, sigue siendo cierta. Podemos decir que era premonitoria. Pero el tiempo y la experiencia nos evidenciarían más adelante, que estas uniones no eran sencillas. Por lo contrario, eran bastante complejas y darían muchos quebraderos de cabeza a los científicos, al igual que me los dan a mí en este ensayo. Analicemos más detenidamente este modelo atómico. Tenga en cuenta el lector, que en éste ensayo, mezclo lo científicamente correcto con mis especulaciones. Y es que, como ya indiqué en el preámbulo, de lo que se trata es de pensar por mi/nosotros mismos. La imaginación es libre
Ya hemos dicho que había substancias formadas por varios átomos diferentes y que hemos llamado compuestas. A la parte mínima de ellas la hemos llamado “molécula”. Podemos aceptar, sin rigor, pero sin problemas serios, que la molécula es el átomo de una substancia compuesta, mientras ésta siga teniendo sus propiedades intactas. Hasta aquí todo es comprensible, pero como siempre sucede, plantea muchas incógnitas, que son otras tantas preguntas. Abordaremos someramente algunas de ellas:
a) Cómo puede ser el interior de la materia, es decir, del átomo b) Cómo se unen los átomos. Qué fuerza los mantiene unidos que hemos llamado “cohesión” c) Qué fuerzas mantienen unidos a los distintos átomos de las substancias compuestas que hemos llamado “coherencia”.
Hasta ahora estas fuerzas solo son nombres que no nos dicen nada sobre la naturaleza o propiedades que encierran. Se tardarían siglos hasta encontrar modelos cada vez más completos y coherentes. Labor ésta que aún no ha terminado, pues sigue habiendo muchos misterios hoy día. Veamos cómo podrían ir elaborando algunos modelos, según se detectaban efectos curiosos y extraños en algunos materiales. Ya en la Grecia antigua, el sabio Tales de Mileto (600 años a.d.C) observó, que si frotaba una pastilla de ámbar (resina de la madera) con un paño, cuero u otros materiales, el ámbar atraía a pequeños y ligeros objetos, como pelos, hilos y otros. Cuanto más y más fuerte se frotaba, mayor era la fuerza de atracción. Esto no ocurría antes de frotar, por tanto el roce había imprimido al ámbar una nueva cualidad. Si tratábamos de separar el ámbar frotado, del paño, estos se resistían a separarse, pero al conseguirlo saltaba una chispa visible del ámbar al paño. (Todos hemos tenido la experiencia de tocar determinado material y al separarnos de él saltar una chispa de nuestro dedo al objeto, que llega a ser dolorosa). Algo había substraído el ámbar del paño, que éste lo recuperaba al separarse. Ámbar en griego es Elektron. A este “algo” que saltaba, se le llamó “electrón”. Así pues, el ámbar frotado, quedaba cargado de estos electrones. Los electrones que el ámbar había substraído del paño tras el frotamiento, tenían pues un poder atractivo sobre el que los había perdido. Es decir, el paño. Se combino en decir que el ámbar se cargaba de electrones que le conferían “fuerza negativa”. No es aventurado afirmar que el paño quedaba pues, cargado con fuerza contraria, que se convino en llamarse “fuerza positiva” a la que se le asoció otra partícula igual y contraria llamada “protón”. Algo tenía qué ser Podemos deducir de esto, con cierta lógica, que los materiales, antes de frotarse, tenían ambas partículas: electrones y protones. Así pues, teníamos dos clases de átomos:- Unos-llamémosle -N-cargados con más “electrones” que protones, que le conferían una carga negativa. - Otros-llamémosles-P-cargados con más “protones” que electrones, que le conferían carga positiva. Pero sabemos, que la materia en condiciones normales es neutra. No hay atracciones ni repulsiones en condiciones normales. Se infiere de esto, que ambas materias-en este caso ámbar y paño-tenían las dos clases de átomos. La carga negativa de unos, se debería a que tenían, en determinadas circunstancias, más electrones que protones y viceversa. Se iría descubriendo poco a poco que unas materias tenían tendencia N, es decir, a arrancar electrones y cargarse negativamente y otras de tendencia P, es decir a cederlos, cargándose negativamente. Si se ponían cerca dos materiales N, estos se repelían. Si lo hacíamos con dos P, ocurría lo mismo. Si poníamos uno P delante de uno N se atraían. Esto llevó a considerar que al átomo de Demócrito le faltaba algo y por tanto no era indivisible. El nuevo átomo tenía 2 o 3 componentes: Electrones y protones o Materia-protones y electrones. Para reforzar esta teoría y de nuevo el gran Tales de Mileto-650 años a.d.C. descubrió un material llamado “magnetita”, por haber sido encontrado por primera vez, en la ciudad de “Magnesia-Asia Menor-“Dicho material atraía fuertemente al hierro. Haciendo ensayos, con limaduras de hierro, veríamos que también se producían ambos fenómenos de atracción y repulsión y con más intensidad que los anteriores de frotación. Esto reforzó la teoría de los dos tipos de cargas. Además se constató que las fuerzas de atracción y/o repulsión, eran “mayores a menor distancia y viceversa”. -La distancia pues era un factor importante. A distancias de separación ínfimas, estas fuerzas de repulsión o atracción serían considerablemente fuertes. -Tengamos esto en cuenta para las hipótesis que a continuación haremos.
Tratemos de imaginar una posible respuesta a la: Pregunta a) Cómo puede ser el interior de la materia.
Para ello debemos de partir de una hipótesis con cierta lógica. Si al frotar pastilla de ámbar se carga de electrones, sin importar su tamaño, el átomo, como parte mínima, tendrá la misma cualidad y se cargará de electrones. Además, los electrones estarán libres por la materia, pues pasan de un cuerpo a otro (del ámbar al paño). No sucedía lo mismo con los protones. Los electrones y los protones no podían estar libres y mezclados. De ser así, se neutralizarían entre si y no existiría el fenómeno electromagnético. Lo más lógico me parece, pensar que los electrones estarían libres alrededor de los átomos y los protones estarían anclados dentro de la materia. -Si esto es así, los protones serían la parte constituyente de la materia. O sea: La parte más sólida del átomo serían pues los protones. El átomo lo formaría pues: Una parte sutil energética (electrones) + una parte compacta, o núcleo (Protones) Podemos ir más lejos y considerar que esa materia sólida del átomo, podría perfectamente tener partículas neutras que le añadirían masa (Masa= Cantidad de materia) y no modificarían las propiedades eléctricas del átomo. Si nos equivocamos, no pasa nada, pues los neutrones serán “0”. Con esta lógica, podemos suponer un átomo compuesto de 3 elementos, o partículas: Materia (Átomos)=protones + neutrones + electrones sutiles. Éstos últimos podrían, o no, tener materia. Recopilación de lo dicho: -Átomo = electrones + protones + neutrones. -Protones y neutrones formaría un núcleo sólido. Los electrones, pulularían libres alrededor de los átomos o entre ellos. Así pues, el átomo estaría formado por: -Átomo = 1 núcleo, con protones y neutrones (si existieran) y electrones. Y como la materia en condiciones normales es neutra, la carga positiva serían igual a la negativa, lo cual nos lleva a afirmar que: -Nº de electrones = Nº de protones.
El átomo de Demócrito se derrumbaba y ya no era indivisible.
Pregunta b) Cómo podrían unirse los átomos simples para formar una determinada materia. Especulemos de nuevo:
Veamos fig T1-12

Como dos átomos de la misma materia tienen cargas iguales de electrones y protones, en vez de unirse deberían repelerse, según la Fig. 12. Pero esto no sucede. Al contrario, la materia permanece rígidamente unida. Esto puede explicarse imaginando que los electrones se repartan entre los dos átomos, o más, y giren alrededor de ellos, en vez de enfrentarse y repelerse, formando una malla que sirva de red, trampa o enlace, que impediría escapar a los protones del núcleo, que también se repelen. -Ta dijimos, que los átomos, estarían sometidos a las tres fuerzas ya comentadas: -De atracción, según la ley natural intuida por los atomistas. -De atracción por el vacío de los intersticios entre ellos. -De repulsión, por lo dicho anteriormente. De ello podemos deducir que un trozo de materia estable, que es el estado normal de los objetos, los átomos deberían de estar pues, sometidos a fuerzas internas de unión, de naturaleza desconocida, pues de lo contrario, se disgregarían por la repulsión o se aplastarían por la atracción. Pero vemos que no ocurre ni lo uno con los objetos. Éstos tienen forma, peso, volumen estables, si nada externo actúa sobre ellos (presión, fuerza, temperatura….etc.) que los modifique. Ejemplo: Una bola de hierro, no se disgrega por sí sola, si no que es fuertemente compacta. Se nos plantea otra seria pregunta, como: b-1) ¿Cómo se mantienen los protones unidos dentro del núcleo material, siendo que se repelen por tener todos la misma carga positiva?
Vamos a arriesgar dos posibles explicaciones en la Fig. T1-12

-En una, podríamos imaginar los átomos compartiendo sus electrones, girando estos alocadamente alrededor del hipotético núcleo, para formar una malla impenetrable. -También podemos suponer que, los protones, para permanecer unidos y no salir del núcleo por su repulsión, podrían estar unidos por cuerdas de naturaleza desconocida que neutralizaría su repulsión.

Pero: -b-2) ¿Porqué los electrones no son absorbidos por el núcleo, al ser ambos de cargas contrarias? Para tratar de comprender esto, podemos fijarnos en una cuerda con una piedra atada a un extremo y el otro agarrado a nuestra muñeca que la hace girar. Si la cuerda no impulsa suficientemente el giro, la piedra se derrumba. Pero si no es así, la piedra girará, tensando la cuerda y querrá escapar en trayectoria tangente al giro, según nuestra experiencia. Pero la cuerda se lo impide, de tal manera que continuará girando mientras el impulso de nuestra muñeca continúe. Fig. T1-14 -Si suponemos que el electrón es esa piedra y el tiro de la cuerda es la atracción de los protones, tenemos ya una posible explicación a la pregunta --------------------------------------------------------------------------------------FIG. T1-14

Pregunta c) -Qué fuerza une a los átomos de distintas materias, para formar una substancia compuesta (moléculas). Ésta, a priori, es más sencilla de responder, pues si una materia N-negativa- se enfrenta a una P-positiva, se atraerán y se unirán para formar una nueva substancia-molécula. El compuesto resultante lo podríamos designar como: Substancia NP o mejor dicho: NxPy, pues ya era sabido que para formar un compuesto, se necesitaban unas determinadas proporciones de cada componente: La fórmula general sería: NxPyQz……etc. Pues los compuestos pueden estar formados por varias substancias diferentes N, P, Q, R…..
Los subíndices x, y, z……..nos indicarían las proporciones en que interviene cada componente.

NOTA: Tendría que llegar el siglo XIX para que Dalton y Bercelius, establecieran una nomenclatura para cada átomo y molécula. Descubrieron cientos de substancias, tomando para la nomenclatura la inicial del nombre del elemento en latín, como ya hemos visto
En las Figuras T1-13 --- T1 -15

Me permito hacer especulaciones (basadas en mis reflexiones) sobre lo dicho hasta ahora. Según estos modelos, los átomos deberían tener fuertes y rápidas oscilaciones en todas direcciones, ya que la atracción de los electrones, debido al cambio rápido de distancias a las cargas positivas del núcleo, modificaría el equilibrio de fuerzas. El átomo sería una especie de oscilador.
Aclaración: En estas figuras, he optado por formas curvas, pues observando el Universo, vemos que predominan las formas curvas y esféricas. En estas figuras he colocado los protones dentro de la materia sólida. La razón es que, si los electrones del experimento del ámbar se repartían por el exterior de los trocitos de éste y por reducción, alrededor de los átomos, la materia sólida estaría concentrada en un núcleo dentro del cual estarían confinados los protones. Lo supongo así, pues si estuvieran mezclados y sin orden, fuese dentro o fuera del átomo, lo más probable es que se destruyeran o anularan unos a otros, rompiendo nuestros razonamientos hasta ahora. No tendríamos efectos electromagnéticos.
La materia en general, es estable. No vemos habitualmente, en el mundo común que se atraigan los cuerpos eléctricamente. Así pues, para mantener este estado neutro en condiciones normales, el átomo debería de estaría lleno de tantos protones como electrones. Damos un salto de siglos, y presentamos el:
ÁTOMO DE BOHR RUHTERFORD: Fig T1-17

Siglos después, (Final del XIX principios del XX) se definiría y formularía científicamente un modelo átómico, debido en principio a los estudios y experimentos de Niels Bohr y Rutherford. En este modelo, los “átomos” estarían constituidos por: -Un núcleo en su centro (como el sol lo es en el sistema solar), formado por partículas con 1u/ de carga eléctrica positiva cada una (+) que se les denomina “protones”más otras partículas sin carga que se les llamó, por este motivo “neutrones”. -Alrededor de este núcleo, girarían unas exiguas partículas con 1u/ de carga negativa cada una (-) que ya les habíamos llamado electrones (como los planetas giran alrededor del Sol). “La carga negativa del electrón es igual a la carga positiva del protón”, por tanto: Para que un elemento sea estable (eléctricamente neutro) debe de tener el mismo nº de electrones que de protones.
Muchas sorpresas y avances surgirían a partir de este momento. El átomo aun sería mucho más divisible de lo que podíamos imaginar, pero esto lo dejamos para otro tema. De momento doy por terminado el Tema-1 del Libro-1- ensayocosmológico.blogspot.com-J.B.H