El Apasionante mundo del Átomo
Jesús Octavio Milán Gil
Por medio de los sentidos, especialmente del tacto y de la vista, nos damos cuenta de que nos rodean muchos objetos de diferente aspecto, que son los cuerpos.
Los cuerpos ocupan un lugar diferente en el espacio y suelen tener distintas formas, lo que nos sirve para especificarlos.
Los cuerpos se distinguen por múltiples propiedades, aparte de su forma y de su volumen en el espacio, y los hay más o menos pesados.
El distinto peso y aspecto de los cuerpos nos obliga a pensar que la diferencia de sus propiedades proviene de su composición o aspecto interior, y que es independiente de su forma exterior y de su volumen.
Leucipo, uno de los filósofos griegos quizá 500 años a.C., explicó a sus discípulos: Todos los cuerpos que forman el universo están formados por átomos inalterables y por el espacio que hay entre ellos.
Maestro ¿Por qué no se nota la presencia de los átomos y de sus espacios entre sí en la superficie de los cuerpos?
Porque el tamaño de los átomos es tan pequeño, así como el espacio que los separa, que ni nuestra vista ni nuestro tacto llegan a percibirlos.
Maestro, según el nombre que das al átomo, indicas que no se puede dividir.
Así es, en efecto: los átomos son indivisibles, uniformes, sólidos, duros e incomprensibles.
Poco tiempo después, el también filósofo griego Demócrito, compartía la opinión de Leucipo, ampliando sus ideas.
La sustancia del átomo es indestructible y lo mismo su movimiento. Un átomo se mueve en tanto no encuentre un obstáculo con el que choque.
Existe lo dulce y lo amargo, lo caliente y lo frío; de acuerdo con lo establecido, hay color, pero... los objetos que nos dan sensaciones se suponen reales y usualmente se consideran como tales, y en verdad no lo son: únicamente son reales los átomos y el vacío.
Las teorías atómicas de Demócrito convertían las percepciones humanas en leves incidentes...
Maestro, ya lo entiendo: todo lo bello es producto de la imaginación; pero la realidad es que vivimos en una cárcel de átomos y espacios...
Sí, desgraciadamente para tí y para muchos griegos, el mundo en que vivimos no es un conjunto de dones de los dioses. Sí aceptara tu filosofía, creería que vivo en un mundo ajeno, independiente e indiferente al hombre.
Cien años después, el respetado y bondadoso filósofo Epicuro sostuvo el atomismo, pero añadió a él la teoría de la desviación espontánea de los átomos en una caída vertical para encontrarse y aglomerarse.
Los átomos deben ser infínitos en número, se lanzan - rápidos como el pensamiento - y se relacionan entre sí formando nuevos mundos.
Todas las teorías de aquellos griegos no se podían comprobar en el laboratorio, pero el poder pensante de sus mentes luminosas llegó hasta las conclusiones de la Física moderna.
A pesar de la genialidad de Epicuro, a veces sus ideas sobre la Física no eran veraces: Los dioses son más hermosos y elevados que nosotros, pero también son producto de la naturaleza; y de esta suerte, se hallan sujetos a las leyes naturales.
Los objetos emiten delgadas películas de imágenes de sí mismos en sus superficies, y estas imágenes viajan en todas direcciones; cuando chocan con nuestros cuerpos producen las sensaciones, y éstas nos dan el conocimiento del mundo.
El poeta latino Lucrecio (primer siglo a.C.), en su poema De la naturaleza de las cosas nos muestra una exposición de la doctrina de Epicuro en versos exámetros.
Llamamos cuerpos a los elementos
y a los compuestos que resultan de ellos:
los elementos son indestructibles,
porque su solidez triunfa del todo.
La extremidad de un átomo es un punto
tan pequeño, que escapa a los sentidos;
debe sin duda carecer de partes:
él es el más pequeño de los cuerpos,
ni estuvo ni estará jamás aislado;
es una parte extrema, que juntada
con otras y otras partes semejantes,
forman así del átomo la esencia.
Si del átomo, pues, los elementos
de existencia carecen separados,
será su unión tan íntima y estrecha,
que no hay fuerza capaz de separarlos.
Después, la doctrina atomista fue duramente combatida por suponerse que era antireligiosa, y en la edad media fue completamente abandonada, hasta que el trotamundo alemán Joaquín Jung, profesor de Hamburgo, la revivió a principios del siglo XVII.
Pero casi simultáneamente a Jung, en París, el físico y matemático Gassendi exponía la teoría atomista ante grupos de discípulos, entre los que contaban Chapelle, Molliere, Hernault, Cyrano de Bergerac y otros notables personajes de aquella época.
Gassendi era un gran expositor de sus teorías y lograba interesar a sus oyentes... Toda materia está hecha de partículas sólidas (átomos), cada una con forma determinada. Estas pueden combinarse unas con otras formando grupos característicos (moléculas).
Años después, el eminente químico y físico islandés Robert Boyle (fundador de la Royal Society de Londres), lanzó la idea de los cuerpos simples y de los elementos químicos.
Toda la materia está compuesta de átomos rígidos e indestructibles, similares en substancia, pero diferentes en tamaño y forma...se mueven en todas direcciones a través del vacío.
Boyle experimentó con recipientes en los que se hacía el vacío... Por las experiencias en el vacío supo que las sustancias no ardían y que los animales morían por la dificultad para respirar, pero en el recipiente aún quedaba buena parte del aire que contenía.
Las conclusiones de Boyle fueron importantisimas para la ciencia, pues dedujo la presencia del oxígeno en el aire. El aire no es una sustancia simple, sino una mezcla de ellas, y lo que extingue la llama y mata al animal cuando disminuye en cantidad, es el principio activo.
El genio de la Física Isaac Newton, también supuso la existencia de los átomos, y decía...
Me parece probable que Dios, en un principio, formó la materia en sólidas, impenetrables y moviles partículas.
Tiempo despues, Newton escribió sus observaciones: Las partículas son incomparablemente más duras que todos los cuerpos compuestos por ellas, tanto que nunca podrán desgastarse ni romperse. Ningún poder ordinario es capaz de dividir lo que Dios hizo en la creación primordial.
Luego, el extraño y huraño genio Enrique Cavendish dio un paso más en el atomismo, anunció en 1766 el descubrimiento de un gas que llamó aire inflamable, y que era el hidrógeno, lo obtuvo poniendo limaduras metálicas en contacto con ácidos.
Así el atomista Cavendish murió como había vivido... de una manera extraña, pero antes dijo: Voy a morir... mi cuerpo perderá las propiedades y el aspecto que ahora tiene, y se convertirá en átomos que no desaparecerán nunca.
Indudablemente, Cavendish dejó en este mundo sus átomos; pero, además, dejó más de un millón de libras esterlinas, producto de los ahorros de una vida austera dedicada a la ciencia.
El genial químico francés Lavoisier, realizó en 1770 experimentos en los que calcinaba metales que aumentaban de masa.
Lavoisier supuso que el metal, al calcinarse, extrae del aire algunas sustancias, cuando tuvo en cuenta su suposición advirtió que la masa no había variado, entonces escribió... La cantidad de sustancias que se forman es igual a la cantidad de las que reaccionan, de modo que nada se crea ni se destruye.
¡Lavoisier había demostrado la realidad de la teoría del átomo! He descubierto que la cantidad de materia permanece invariable a través de cualquier reacción a la que se someta, porque los átomos permanecen invariables ante cualquier reacción química.
Cuando Leucipo y Demócrito propusieron por vez primera la noción de átomo, lo concibieron como la partícula última e indivisible de la materia. Dalton, unos dos mil años después, mantuvo esa opinión.
Los átomos de Dalton eran, claro está, demasiado pequeños como para verse, incluso al microscopio; la observación directa era impensable. Parecía necesario suponer que, por definición, el átomo no tenía estructura interna. ´Si el átomo podía dividirse en entidades aun menores, ¿no serían entonces dichas entidades menores que los verdaderos átomos?
A través del siglo XIX persistió esta concepción del átomo como partícula carente de fisonomía, carente de estructura e indivisible. Cuando esta teoría se vino finalmente abajo, fue como consecuencia de una línea de experimentación que no era en absoluto de naturaleza química. Muy al contrario, sucedió mediante estudios de la corriente eléctrica.
En 1822, el físico inglés Humphry Davy realizó un experimento eléctrico. Observó por primera vez la luminosidad de una descarga eléctrica que anunció el estado radiante de la materia, y que fue el inicio del estudio de las radiaciones catódicas.
El 24 de febrero de 1896, el sabio Becquerel presentó a la Academia de Ciencias de París un trabajo en el que describió la radiactividad, indicando que sin duda el uranio emitía radiaciones invisibles, capaces de atravesar cuerpos opacos y de impresionar una placa fotográfica, así como también la de descargar un electroscopio cargado eléctricamente.
Los asistentes se impresionaron. ¡Había nacido la Física Atómica! Uno de los asistentes comento... La naturaleza nos ha mostrado una puerta más para conocer la naturaleza del átomo.
La primera tentativa para describir la estructura del átomo la realizó J.J. Thomson, que lo imaginó como un budin con pasas, donde las pasas son los electrones y el resto la parte positiva. Pero Ernest Rutherford elaboró después un modelo muy distinto, que suponía al átomo como un núcleo central cargado positivamente, alrededor del cual se movían los electrones como un sistema planetario.
Mediante una prueba ideada por él, observando las partículas emanadas de una sustancia radiactiva, comprobó que aquellas eran notablemente desviadas, hecho que podía ser explicado por la teoría de Rutherford, pero no por la de Thomson.
La ciencia avanzó vertiginosamente y así como se descubrió en el siglo XIX que detrás de la jaula de los huesos había un fino tejido de células vivas y que los puntos luminosos que brillaban en las lejanas galaxias eran soles enormes y estrellas dobles. La ciencia también está penetrando en el interior del átomo, que ha perdido la etimología de su nombre, y ya no quiere decir sin corte o división.
En 1952, el físico danés Niels Bohr propuso un modelo de átomo que es como un sistema solar y dió las leyes según las cuales se mueven sus planetas, que son los electrones. Los inconvenientes del modelo de Bohr consisten en la velocidad con que se supone se mueven los planetas - electrones. Según Bohr, en cada segundo los electrones dan 1015 vueltas alrededor del núcleo.
El modelo atómico de Bohr hace pensar en la enorme velocidad de miles de kilómetros por segundo con que deberían viajar los planetas - electrones. ¿Hay algo que pueda rodar a esa velocidad en un espacio que sólo se alcanza a ver con millones de aumentos?
En 1940, el físico Schorodinger, de Viena, supuso algo importante... A esa velocidad, cualquier ente movil se debe volatilizar para formar una onda. Pero esas ondas no pueden ser moviles, sino formas vibratorias estacionarias, y no puede saberse la dirección en que se mueven. En el lenguaje gráfico humano no podemos describir una melodia con palabras, ni tenemos conceptos para indicar los fenómenos que acontecen en un átomo.
De una manera incorrecta diremos que el átomo, según Schorodinger, es una nube vibratoria de enorme energía. Los electrones están en las interferencias y las órbitas son como halos.
Apenas conocemos de vista el átomo y naturalmente, no nos hemos asomado a su interior, en cada cucharilla llena de té se calcula que hay 50 trillones de átomos... imaginemos que en la torre de catedral está el núcleo de un átomo y que las palomas son los electrones, si la primera paloma se aleja y vuela en círculos alrededor de la torre a 8 kilometros de distancia, si la segunda lo hace a unos 64 kilómetros, o sea 8 x 8, y la tercera a 8 x 8 x 8 kilómetros de distancia y así sucesivamente, si hubiera 60 palomas volando cada una más alejada de la torre, esa sería la proporción de masa y espacio de un átomo.
Si usted explica a un amigo cómo rebotan los átomos, y le dice: los átomos no chocan unos con otros cuando alcanzan el campo energético de otro, sino que rebotan y se apartan. Si adoptamos nuestra escala humana, rebotaríamos a distancias como de la Tierra a la Luna.
Si pregunta ¿con qué frecuencia por segundo rebotan los átomos? Contestariamos: con una frecuencia de decenas de millones por segundo y no hay nadie que se lo pueda imaginar.
Volvamos a un modelo de átomo más comprensible que el de Schrodinger. En el centro del átomo flota el núcleo, que es como el hueso de un durazno. Todo esto es pura imaginación, como todo lo que pensamos del interior del átomo. Al núcleo del átomo no lo podemos fotografiar, porque sólo se puede retratar aquello que envía a ondas luminosas.
El núcleo atómico es mil veces más pequeño que lo que sería necesario para que emitiese la vibración visible más corta. Las fuerzas que se ejercen entre el núcleo y el electrón son de naturaleza eléctrica, y la carga eléctrica del electrón es negativa mientras que, la fuerza opuesta mediante la cual lo atrae el núcleo, es positiva. Por cada electrón que gira, en el núcleo hay un corpúsculo llamado protón, que tiene carga positiva.
El protón pesa aproximadamente 2000 veces más que el electrón pero no es más grande. Los protones están asociados a los neutrones sin cargas eléctricas, y entre los protones y neutrones hay otros corpúsculos llamados mesones o alternantes.
Estos mesones tienen importancia porque cambian alternando las atracciones entre los protones y los neutrones, manteniéndolos unidos. Estos cambios se realizan a una velocidad de 5x1017 por segundo, y debe ser el acontecimiento más rápido y constante que se produce en nuestro universo.
Con el descubrimiento del neutrón en 1932 por James Chadwick se completó la concepción básica del átomo. Pero de acuerdo con las nuevas teorías, los científicos empezaron a describir partículas de las que nunca se había oído hablar y que debían existir en el átomo. Así nacio, en el curso de la cuarta década del siglo XX, una nueva rama de la física dedicada a lo que se llamó partículas elementales. Se ha hecho notar que este nombre es impropio, pues sólo hay dos cosas seguras en este campo: las partículas elementales no son elementales, sino muy complicadas, y no todas las partículas son partículas, sino que algunas actúan como ondas de energía desprovistas de masa.
La primera de estas partículas que se encontró era idéntica al electrón, pero tenía carga positiva. Fué descubierta en 1932 por Carlos D. Anderson del Instituto Tecnológico de California, durante sus estudios sobre rayos cósmicos y le llamó positrón. El encontró que algunos átomos golpeados por rayos cósmicos emiten una partícula que actúa como el electrón, pero tiene carga positiva. Usted comprenderá por qué el positrón no se descubrió antes cuando sepa que la duración total de su vida no es más que de un milmillonésimo de segundo.
En 1935 Ideki Yukawa de la Universidad de Kyoto, predijo otra partícula: el mesón. Según él, constituía el enlace energético, el pegamento que mantiene unidas las partículas dentro del núcleo. El mesón también fue descubierto por Carlos D. Anderson como resultado de sus investigaciones sobre los rayos cósmicos y ulteriormente se encontró que hay dos tipos de mesones: el mesón pesado o Py y el ligero o My.
En 1931, el físico austriaco Wolfgang Pauli, predijo que algunos elementos debían emitir otra particula exenta de masa y capaz de neutralizar la energía que parecía desaparecer durante la radiactividad. Solo en 1956 se encontró en las emisiones de un reactor nuclear gigante y se le llamó neutrino.
Cuando se produce una colisión entre un positrón y un electrón, ambos desaparecen y se libera energía. Por esto, al positrón se le llama también antielectrón. Esto condujo a pensar que tal vez cada partícula tiene una antipartícula, suposición que se ha confirmado en la actualidad. En total se han encontrado en el interior del átomo más de 30 partículas y antipartículas.
Estos conocimientos sobre la estructura de los átomos pueden ayudarnos a comprender acontecimientos tales como el descubrimiento de los rayos X, la radiactividad y, el más importante de todos, la liberación de la energía atómica.
En alguna ocasión nos hemos preguntado ¿por qué estallan las bombas atómicas? Porque el hombre parte del núcleo de uranio 235, o el de plutonio 239, y les da una reacción en cadena de tipo explosivo, con liberación de enormes cantidades de energía.
Para que se produzca una reacción en cadena, es necesario que la masa de material fisionable alcance un determinado valor llamado masa crítica. Para realizar una explosión se divide la masa de material fisionable en varias partes que se reunen sólo en el momento de la explosión.
Las instalaciones de Oak Ridge, en Tennesse fueron construidas durante la Segunda Guerra Mundial para producir la bomba atómica americana.
La primera bomba de fisión estallo en el desierto de Nuevo México el 16 de julio de 1945.
La segunda estalló el 6 de agosto de 1945, sobre la ciudad japonesa de Hiroshima, matando a 92,133 personas e hiriendo a 100,000, estalló con uranio 235, a 300 metros del suelo y tuvo una potencia de 20,000 toneladas de T.N.T.
El 9 de agosto de 1945, estalló otra bomba de fisión de plutonio en Nagashaki, muriendo 39,000 y los heridos fueron 25,000. El hecho de que causara esta bomba menos muerte, se debe a que estalló en el suelo.
La bomba atómica está formada por una fuente de neutrones y por un explosivo nuclear que no alcanza la masa crítica rodeada por un explosivo convencional, todo ello dentro de una fuerte cubierta metálica. La detonación del explosivo nuclear que al aumentar su densidad alcanza la masa crítica y los neutrones emitidos por la fuente neutrónica, producen una reacción en cadena que hace explosión.
El Havannah, botado en 1959 en los Estados Unidos, fué el primer barco que usó para su propulsión la energía nuclear, generada por un reactor de agua a presión.
El avance en el estudio del átomo no sólo representa progreso físico y moral para la humanidad; también representa peligro: Los reactores nucleares envenenan las aguas y acaban con la pesca. Las radiaciones contaminantes de las explosiones atómicas producen perturbaciones en las células humanas y provocan el cáncer. Los vaivenes de una paz precaria que ahora se mantiene difícilmente, pueden llevar a una guerra atómica y por consiguiente, a la extinción de la humanidad.
Quizá los supervivientes tuvieran que comenzar como nuestros antepasados paleolíticos, pero en un mundo en ruinas.
Posiblemente la guerra atómica que nos amenaza pueda ser detenida si pensamos en aquellosniños de Hiroshima que llenaron los hospitales durante muchos años.
Muy Buen Éxito
