EL ÁTOMO Y SUS PARTICULAS SUBATÓMICAS Las primeras

1.1. EL ÁTOMO Y SUS PARTICULAS SUBATÓMICAS
Las primeras ideas acerca de la estructura de la materia surgieron hace
aproximadamente 2500 años, cuando los filósofos griegos, utilizando la observación y
el razonamiento puro, reflexionaron sobre la naturaleza de las cosas. Afirmaron que la
materia estaba constituida por cuatro elementos fundamentales agua, tierra, fuego y
aire, relacionados con sus propiedades caliente, frio, seco y húmedo.
Húmedo + caliente = Fuego
Seco + caliente = fuego
Materia
Húmedo´+ frío = agua
Seco + frío = Tierra
Los años pasaron y surgió entonces la doctrina del atomismo que reflejó el pensamiento delos
sabios griegos Leucipo y Demócrito. Las ideas principales de esta doctrina son:
La materia está constituida por pequeñísimas partículas sólidas, invisibles e indivisibles
llamadas Atomos
Los átomos son indestructibles, por lo que son eternos
Los átomos se encuentran en constante movimiento y separados unos de otros por
espacios vacíos
Existen diferentes tipos de átomos según cada tipo de materia
La asociación y organización de los átomos influye en las propiedades de la materia.
La teoría atomista se enfrentó a fuertes críticas porque no respondía a preguntas como
¿Qué mantiene unidos a los átomos?
SE DESCUBRE UNA ESTRELLA: EL ELECTRÓN
A mediados del siglo XIX, los científicos comenzaron a estudiar las descargas eléctricas a
través de tubos parcialmente evacuados (tubos a los que se les había extraído por
bombeo casi todo el aire). Un alto voltaje produce radiación dentro del tubo. Esta
radiación recibió el nombre de rayos catódicos porque se originaba en el electrodo
negativo, o cátodo. Aunque los rayos en sí son invisibles, su movimiento puede detectarse
porque hacen que ciertos materiales, incluido el vidrio, despidan rayos de luz
fluorescente.
En la ausencia de campos magnéticos o eléctricos, los rayos catódicos viajan en línea
recta. Sin embargo, los campos magnéticos y eléctricos "doblan" los rayos, es decir, los
desvían tal como se esperaría que lo hicieran partículas con carga negativa. Más aún, una
placa metálica expuesta a rayos catódicos adquiere una carga negativa. Estas
observaciones de las propiedades de los rayos catódicos sugirieron a los científicos que la
radiación consiste en una corriente de partículas con carga negativa, que ahora llamamos
electrones. Además, se descubrió que los rayos catódicos emitidos por cátodos de
diferentes materiales eran iguales. Todas estas observaciones dieron pie a la conclusión
de que los electrones son un componente fundamental de la materia.
En 1897 el físico británico J.J.Thomson (1856 – 1940) calculó la relación entre la carga
eléctrica y la masa de un electrón empleando un tubo de rayos catódicos Midiendo de
forma cuidadosa y cuantitativa los efectos de los campos magnéticos y eléctricos sobre el
movimiento de los rayos catódicos, Thomson determinó que la relación es de 1,76·108
culombios por gramo (el culombio, C, es la unidad SI de carga eléctrica).
Al conocerse la relación carga-masa del electrón, un científico que pudiera medir ya sea la
carga o la masa del electrón podría calcular fácilmente la otra magnitud. En 1909 Robert
Millikan (1868 – 1953) logró determinar experimentalmente que la carga del electrón era
de 1,60·10-19 C y, a partir de ese valor y de la relación carga-masa de Thomson, que su
masa era de 9,10·10-31 Kg.
DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN
En el año 1896, tuvo inicio la historia nuclear, con el descubrimiento de la radioactividad a
manos del físico francés Henri Becquerel, que identificó el uranio. Algún tiempo más
tarde, el matrimonio Marie y Pierre Curie, identificaron otros dos elementos radioactivos,
el polonio y el radio. En 1911, el físico neozelandés Ernest Rutherford formuló la teoría de
la estructura atómica.
A través de esta teoría puede ser evidenciada la dificultad existente de obtener una
reacción entre núcleos, debido a la fuerza de repulsión eléctrica. En tanto el propio
Rutherford en 1919, realizó una experiencia de desintegración utilizando la emisión de
partículas alfa de alta energía y de esta forma consiguió por la primera vez, obtener la
reacción de fisión nuclear.
En las reacciones similares a las de Rutherford, fue observada la existencia de otra
partícula que solo vino a ser descubierta por J.Chadwick en 1932, el neutrón.
Con el descubrimiento del neutrón, el modelo básico de la estructura atómica estaba
completo. Luego de su descubrimiento los neutrones fueron muy estudiados y puede
observarse que el neutrón tiene gran facilidad para penetrar los núcleos y
desestabilizarlos. Por esto los neutrones rápidos no tienen la misma eficiencia, lo que llevó
al físico italiano, Enrico Fermi, a desarrollar en 1934 un método eficaz de frenar los
neutrones rápidos, haciéndolos atravesar una sustancia que contenía elementos livianos,
como el agua y la parafina.
Desde este período hasta el año 1938, varias reacciones nucleares fueron observadas. En
este mismo año, el investigador alemán Otto Hahn y Fritz Strassman, consiguieron calcular
la energía desprendida en la reacción de fusión, En esta misma época en el año de 1939,
otros dos investigadores alemanes, Lise Mietner y Otto R. FRISCO, revelaron que la fusión
nuclear era una fuente de energía altamente concentrada y verificaron que existía la
posibilidad de obtener grandes cantidades de energía.
Este descubrimiento fue comunicado al investigador Niels Bohr, que lo expuso en los
Estados Unidos para un auditorio donde se encontraba Albert Einstein entre otros
investigadores.
En el mismo mes, Niels Bohr se encontró con Enrico Fermi, que sugirió que los neutrones
deberían ser liberados en esta reacción Y si realmente esto sucediese y más de un neutrón
fuese liberado, estos podrían ser utilizados para provocar nuevas reacciones y de esta
forma obtener una reacción en cadena.
Debido a este acontecimiento y las experiencias realizadas aliadas a las nuevas teorías de
la mecánica y electrodinámica cuántica y también de la teoría de la relatividad, fue creada
una nueva rama de conocimiento de la naturaleza llamada física nuclear, que tuvo inicio
con el descubrimiento del neutrón en 1932.