Y todo estaba hecho de átomos

1. De los alquimistas a los químicos
2. Demasiados átomos: la tabla periódica de Mendeleev
3. Aparece el electrón

De los alquimistas a los químicos

El conocimiento obtenido por los griegos y compilado por Aristóteles fue conservado y extendido durante la Edad Media, en gran parte por las civilizaciones árabes. Los alquimistas intentaron dar un uso bastante particular a la concepción de los cuatro elementos fundamentales. Si todo está compuesto por combinaciones de ellos, debe ser posible no sólo descomponer cualquier sustancia en sus componentes elementales sino además obtener cualquier compuesto de manera semejante. Y el interés principal de los alquimistas estaba en la producción de oro a partir de componentes menos costosos. Si bien nunca lograron su objetivo, su contribución fue fundamental para el desarrollo de la ciencia moderna. En su búsqueda descubrieron y aislaron numerosas sustancias como plata, azufre, plomo, níquel, etcétera. Ninguna de estas, al igual que el oro, podía ser descompuesta en componentes más elementales, al menos utilizando las técnicas disponibles en la época. En 1661 Robert Boyle definió a esas sustancias indivisibles como elementos, en la primera definición moderna de los componentes básicos de la materia. Así nacía la química, que a principios del siglo XIX contaba con el descubrimiento de varias decenas de elementos y había alcanzado gran precisión en sus mediciones.
Basado en estas observaciones John Dalton postuló la teoría atómica según la cual existe una cantidad mínima de materia, los átomos, a los cuales pudo asignarles una masa y algunas propiedades. Y mientras de la mano de Avogadro y colegas nacía el concepto de molécula como agrupamiento de distintos átomos, se seguían hallando nuevos elementos.

Demasiados átomos: la tabla periódica de Mendeleev

Hacia fines de la década del sesenta (del 1800) habían sido descubiertos cerca de 80 elementos químicos. La situación era por un lado muy satisfactoria: todas las sustancias vivas y objetos inertes que se encuentran en la naturaleza se comprenden como formadas por moléculas más o menos complicadas, a su vez formadas por combinaciones distintas de átomos. Las propiedades básicas de los objetos dependen no sólo de cuáles son los elementos que los forman sino de la disposición de estos dentro de la estructura de la materia. Los sólidos, por ejemplo, tienen la propiedad que les da nombre debido a la fuerte interacción de las moléculas que los forman, dispuestas en una red muy estable.

De manera que con menos de una centena de elementos básicos es posible comprender la formación de una infinidad de diversas sustancias. Sin embargo había fuertes razones para desconfiar de la “elementalidad” de los átomos hallados. Por un lado una centena es un número demasiado grande para aceptar su existencia como elementos fundamentales. Este es un concepto más abstracto pero bien afianzado en la comunidad científica, el objetivo máximo de la investigación en esta área de la ciencia es la búsqueda de unos muy pocos (de ser posible sólo uno) componentes elementales de la materia.

Por otro lado, los átomos descubiertos tenían propiedades químicas muy fuertemente relacionadas que llevaron a organizarlos por familias con las mismas características. La obra cumbre de este ordenamiento fue propuesta por Mendeleev, en su célebre tabla periódica de los elementos, que no sólo sirvió para agruparlos sino también para predecir la existencia de elementos aún no observados. Esta periodicidad de la naturaleza no podía ser casual y debía tener origen en la existencia de una estructura más fundamental aún que los átomos. Mendeleev nunca comprendió la estructura del átomo, pero su trabajo fue esencial al estimular la investigación para descubrirlo.

Aparece el electrón

Si bien diversas observaciones clamaban por la interpretación de la estructura del átomo, no había hacia fines del siglo XIX ninguna evidencia directa de su existencia. El paso fundamental se llevó a cabo en 1897 cuando Joseph Thomson descubrió al electrón, al observar que aplicando una diferencia de potencial a los átomos era posible arrancarles componentes unas dos mil veces más livianas que la masa del átomo de hidrógeno y con carga eléctrica negativa. Thomson y Millikan midieron ambas propiedades con suficiente precisión para establecer la naturaleza subatómica del electrón. Cien años después, aún lo consideramos como una partícula elemental, y con un tamaño (en caso de tenerlo) menor a los 10^-18 m.

El mismo Thomson, ante la evidencia encontrada, propuso el primer modelo para la estructura atómica: el modelo del “pan dulce”. Según este, el átomo estaba formado por una masa de carga positiva uniformemente distribuida sobre el volumen atómico con electrones incorporados dentro de esta como las “pasas de uva”. Con este simple modelo se podían explicar algunas propiedades de los elementos, como la conducción eléctrica al “arrancar” electrones de un material, pero no las características principales de la radiación emitida por los átomos.