Concepciones Filosóficas de Química

Introducción

El siguiente trabajo es una pequeña introducción sobre lo que estudia química y como también física, de la teoría atómica, de cómo surge sus investigaciones sobre ello de filósofos, científicos y químicos que unen todos sus criterios para llegar a una conclusión del estudio del mismo.

Las funciones que posee el átomo y sobre la influencia que tiene en la sociedad. Por qué tanto nos ayuda en lo bueno y en lo malo como por ejemplo: en la creación de paneles solares, centrales nucleares y lo malo con la creación de bombas atómicas que destruyen nuestro alrededor y nuestro medio ambiente, por eso estamos como estamos.

Concepciones Filosóficas

El concepto atómico de la materia surgió aproximadamente hace 450 años a.c., cuando el filósofo griego Leucipo afirmaba que la materia es discontinua porque estaría formada por partículas discretas indivisibles llamadas átomos (en griego "átomo" significa indivisible), que sería el límite de división de la materia.

Demócrito (380 años a.c.), discípulo de Leucipo, sostenía que el elemento último de la realidad es el átomo, partícula eterna, indivisible, invisible y homogénea.

Muchos filósofos clásicos griegos consideraban absurda esta teoría atómica y la rechazaban; entre ellos tenemos a Empédocles, contemporáneo de Demócrito, quien sostenía que todos los materiales están compuestos por cuatro "elementos": tierra, aire, fuego y agua; Aristóteles (300 años a.c.), discípulo de Empédocles, describió los 4 elementos como la combinación de propiedades fundamentales de la materia: sequedad, humedad, calor y frio, así:

Las doctrinas del atomismo se perpetuaron por medio del poema De Rerum Natura, escrito alrededor del año 50 a.c. por el poeta romano Lucrecio.

Unos veinte siglos después (1661), el físico y químico ingles Robert Boyle en su libro "el Químico Escéptico", acepto la existencia del átomo; Isaac Newton, en su obra "Principia" (1867) y "Ópita" (1704), también acepto la teoría atomista de la materia.

Teoría atómica de Dalton

Las leyes ponderales de las combinaciones químicas encontraron una explicación satisfactoria en la teoría atómica formulada por DALTON en 1803 y publicada en 1808. Dalton reinterpreta las leyes ponderales basándose en el concepto de átomo. Establece los siguientes postulados o hipótesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua:

Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales separadas e indestructibles;

Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás cualidades.

Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masas y propiedades

Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus otras propiedades.

Aunque el químico irlandés HIGGINS, en 1789, había sido el primero en aplicar la hipótesis atómica a las reacciones químicas, es Dalton quien le comunica una base más sólida al asociar a los átomos la idea de masa.

Los átomos de DALTON difieren de los átomos imaginados por los filósofos griegos, los cuales los suponían formados por la misma materia primordial aunque difiriendo en forma y tamaño. La hipótesis atómica de los antiguos era una doctrina filosófica aceptada en sus especulaciones científicas por hombres como GALILEO, BOYLE, NEWTON, etc., pero no fue hasta DALTON en que constituye una verdadera teoría científica mediante la cual podían explicarse y coordinarse cuantitativamente los fenómenos observados y las leyes de las combinaciones químicas.

La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecunda en el desarrollo posterior de la Química, pues no fue hasta finales del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de DALTON acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

Modelo atómico de Thomson

Thomson y el electrón:

A finales del siglo XIX, los científicos empezaron a notar comportamientos en la materia que no se podían explicar mediante el modelo atómico propuesto por Dalton, como por ejemplo el experimento realizado por Millikan a mediados del siglo XIX, el cuál consistió en dejar caer una gota de aceite a través de un campo eléctrico en un tubo cerrado al vacío, el cuál determinó que la carga mínima que adquiría la gota de aceite era igual a 1,6×10-19 C, la que junto a otras experiencias de carácter electromagnético daban la idea de que el modelo "esférico indivisible" propuesto por Dalton estaba errado y que había alguna partícula cargada que pudiera ser afectada por cambios en el campo eléctrico.

Tras estos descubrimientos, los científicos empezaron a tratar de darle una explicación a estos fenómenos.

La más importante fue la realizada por Thomson a finales del siglo XIX e inicios del XX, la cual consistió en la utilización de un tubo llamado "tubo de rayos catódicos" (Imagen 2), el cual consistía en dos electrodos unidos a una fuente de alto voltaje, conectados en un tubo cerrado al vacío. Al hacer pasar corriente eléctrica desde la fuente de poder al ánodo (electrodo negativo) se veía que un haz luminoso se dirigía desde el ánodo hacia el cátodo (electrodo positivo).

Imagen 2: Tubo de rayos catódicos

A este rayo se le llamó rayo catódico y fue el estudiado por Thomson, el cuál sometió a este rayo a un campo electromagnético, observando que el rayo se desviaba de su línea recta hacia el extremo positivo del campo, lo que sumado al conocimiento de que cargas opuestas se atraen le dio como conclusión que el rayo catódico estaba compuesto por partículas negativas provenientes del ánodo, a las cuales les llamó electrones.

Tras este descubrimiento, Thomson formuló un nuevo modelo atómico que fue denominado "pastel de pasas" (representado aproximadamente en la Imágen 3), el cuál consistía en que los electrones se encontraban incrustados en una esfera cargada positivamente con la misma intensidad de carga (ésta fue la primera vez que se propuso la electro-neutralidad del átomo), además Thomson pudo establecer que la razón entre carga del electrón (que fue descubierta por Millikan, explicado anteriormente) y su masa era igual a 1,756×108.

Imagen 3: Las pelotitas blancas representan a los electrones y la pelota roja representa la partícula positiva.

Modelo atómico de Rutherford

En 1910, Ernest Rutherford, un físico neozelandés, quiso poner a prueba el modelo atómico postulado por Sir Joseph Thomson, el cual consistió en que hacer pasar un rayo de partículas alfa (partículas cargadas positivamente) a través de una lámina de oro extremadamente delgada. Este experimento se muestra de una manera muy sencilla en la Imagen 4. Los resultados obtenidos, llevaron a Rutherford a plantear su propio modelo atómico, el cual se muestra en la Imagen 5. Las principales conclusiones que se obtuvieron fueron:

El átomo es mayormente vacío, lo que explicaría el porque la mayoría de las partículas atravesaron la lámina de oro sin sufrir desviación.

El átomo posee un centro denso, que abarca la totalidad de la masa. Además, este centro, llamado núcleo, está cargado positivamente, razón por la cual, las partículas alfa al acercarse a él sufrían desviaciones (cargas iguales se repelen).

Debido a que el átomo es eléctricamente neutro, los electrones deben estar rodeando al núcleo, girando en órbitas circulares alrededor de él, tal y como lo hacen los planetas alrededor del Sol. La cantidad de electrones es igual y de signo contrario a la carga ubicada en el núcleo.

Ahora, bien, ¿por qué no era válido el modelo del "pastel de pasas" para explicar los resultados obtenidos? La respuesta está en que el modelo que regía hasta ese entonces consideraba al átomo como una esfera compacta, dentro de la cual tenía incrustados a los electrones. Si ese modelo hubiese sido correcto, las partículas alfa tendrían que haber rebotado en la lámina de oro, ya que ocurriría el mismo efecto de cuando uno hacer chocar dos bolitas, pero el hecho de que la mayoría atravesara la lámina de oro, indica que esa concepción atómica estaba errada.

Imagen 4: Experimento de la lámina de oro

Imagen 5: Modelo atómico Planetario de Rutherford

En 1886, Eugen Goldstein descubrió que si se le hacían agujeros al ánodo de un tubo de rayos catódicos, era posible ver otras emanaciones que se dirigían desde el cátodo hacía en ánodo, cuando se hacía pasar una corriente eléctrica. Descubrió que estos rayos (a los que llamó rayos canales) tenían carga positiva y que su masa dependía del gas que estuviera en el tubo. A estas cargas se les denominó protones. Como estas partículas están cargadas con el mismo signo, debiesen repelerse, pero están todas colocadas en el núcleo, entonces ¿cómo es esto posible? Rutherford pensó que debiese existir otra partícula que sirviera de "pegamento" que mantuviera estable el núcleo.

Al inicio de la década de 1930, James Chadwick, quien fuese alumno de Rutherford, descubrió la presencia de una partícula sin carga, de masa aproximadamente igual a la del protón, la cúal fue llamada neutrón, comprobando la hipótesis de su profesor sobre la existencia de dicha partícula.

Modelo atómico de Bohr

El modelo atómico planteado por Rutherford tenía ciertas falencias que hacían dudar de su veracidad, como por ejemplo, que, según la física clásica, un cuerpo con carga en movimiento liberaría energía, por lo cual el electrón iría perdiendo energía en su movimiento circular alrededor del núcleo, lo que conllevaría a que, en un determinado momento, la fuerza de atracción electrostática entre el núcleo y el electrón provocaría que éste último se precipitara contra el núcleo destruyendo el átomo.

Para solucionar este problema, Niels Bohr, aplico la teoría cuántica de Max Planck, la cual decía que la energía estaba "cuantizada", es decir, que absorbía o liberaba pequeños paquetes de energía, llamados cuantos, al modelo planetario de Rutherford, generando un nuevo modelo atómico, denominado modelo atómico estacionario, el cual decía que:

La energía del electrón está cuantizada.

El electrón se mueve alrededor del núcleo en un nivel de energía estacionario, en donde, mientras se encuentre en él, no perderá ni ganará energía. Este nivel se encontrará lo más cercano al núcleo que le sea posible.

Cuando un electrón gana energía, salta del nivel estacionario a un nivel de mayor energía. Cuando el electrón vuelva a su nivel basal o estacionario liberará la energía sobrante en forma de luz.

Las órbitas donde se encuentran los electrones son circulares.

Bohr definió las órbitas con letras que iban desde la K en adelante, siendo K la órbita de menor energía, tal y como lo muestra la Imagen 6.

Lamentablemente este modelo solo sirvió para los átomos del tipo hidrogenoides, siendo muy deficiente para los átomos poli electrónicos (solo pudo determinar la cantidad máxima de electrones por nivel con la fórmula 2n^2 [considerando que K = 1, L = 2, M = 3 y N = 4.]).

Imagen 6: Modelo de Bohr

Teoría atómica moderna

Toda materia del Universo está formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Son muy pequeñas, tanto que es imposible verlas ni fotografiarlas. Para que te des una idea de su tamaño, en un punto de la pantalla de tu computadora podrían caber aproximadamente dos mil millones de átomos.

La teoría atómica moderna es muy compleja y difícil de entender para quien no conoce los conceptos básicos de química y física. La química es la rama de la ciencia encargada de su estudio, aunque en algunos aspectos del comportamiento de los átomos interviene la física. La teoría atómica moderna ha tardado más de un cuarto de siglo en llegar a ser lo que es hoy en día: una herramienta muy valiosa para todo tipo de aplicaciones.

Gracias a la teoría atómica es posible la construcción de centrales nucleares, que aunque no son del todo ecológicas, significan una alternativa para la obtención de energía eléctrica mucho más viable en relación a otros métodos de obtención.

Desgraciadamente, también se ha usado esta tecnología para fabricar bombas atómicas, y lo peor de todo no es que estas bombas existan en los depósitos militares, sino que ya se han usado en la guerra o en pruebas nucleares, con los resultados desastrosos que todos conocemos.

Básicamente la teoría atómica moderna utiliza ciertos isótopos que son átomos con diferencias de neutrones en los núcleos atómicos. Esto los transforma en elementos inestables, y se puede obtener una inmensa energía a partir de ellos cuando se transforman en átomos estables.

La tecnología atómica es importantísima para la ciencia y significa un gran avance de la humanidad. Las implicaciones que ha tenido la teoría atómica, tanto para la ciencia como para las aplicaciones que ha facilitado, la transforman en una de las teorías más importantes en toda la historia de la ciencia.

Conclusión

Ya realizado el trabajo nos dimos cuenta de la evolución de las teorías de la atómica o átomo que surgen hasta la teoría atómica moderna, ya que fueron muchos estudios para comprender sobre la función del átomo y sus propiedades.

Ya que fue un avance muy provechoso que nos facilita en la producción energía eléctrica y otros, pero también tiene su lado opuesto como ya dicho de la creación de bombas atómicas que destruyen nuestro medio.

Bibliografía

http://www.buenastareas.com/ensayos/Concepciones-Filosoficas/7398850.html

http://encina.pntic.mec.es/~jsaf0002/p32.htm#Teoría atómica de Dalton

http://es-puraquimica.weebly.com/thomson.html

http://es-puraquimica.weebly.com/rutherford.html

http://es-puraquimica.weebly.com/bohr.html

http://www.ojocientifico.com/2011/04/29/teoria-atomica-moderna

Autor:

Ventura Ralac