Lo que sigue es una breve lista de referencias históricas y descubrimientos que han dado forma a nuestras ideas respecto de los átomos y los núcleos. Esta complementa el plan de lecciones Lsun7erg.htm, anexada a la sección S-7 "La Energía del Sol" de "De Astrónomos a Astronaves".

• La noción de la existencia de átomos comenzó a raíz de un problema fundamental en la química (#1): ¿porqué (digamos) un gramo de hidrógeno siempre se combinaba con 8 gramos de oxígeno, nunca más, nunca menos? Porque cada molécula del compuesto resultante -agua- siempre contenía un número fijo de átomos de cada tipo. Mediante la comparación de diferentes reacciones, Dalton concluyó que (por ejemplo) 2 átomos de hidrógeno se combinaban con uno de oxígeno, para crear H₂O.

• Avogadro (#2, #5), mientras tanto, en Italia, notó una relación sencilla entre el volumen y el peso de los gases. Las cantidades que químicamente parecían combinarse de manera natural -1gr. de hidrógeno, 16 gr. de oxígeno, 35,5 de cloro, etc-, tenían el mismo volumen, y Avogadro propuso que contenían el mismo número de moléculas o átomos.

  (él también propuso que los átomos en los gases regularmente se combinan en pares, para crear moléculas tales como H₂, O₂ y Cl₂, explicando algunos factores extraños de 2. Nosotros por lo tanto debemos de hablar acerca del número de moléculas en 2gr. de hidrógeno, 32 gr. de oxígeno, 71 gr. de cloro, etc. Ese número es ahora conocido como el número de Avogadro, y es verdaderamente enorme).

  El trabajo de Avogadro fue menospreciado por muchos años, mientras tanto los químicos batallaban para entender de qué manera se combinaban los átomos. En una conferencia de químicos en 1860, Cannizzaro (#5) dirigió de nuevo su atención hacia los resultados de Avogadro, y después de eso el progreso fué rápido.

• Mientras tanto, se acumulaban pistas sugiriendo que los átomos portaban cargas eléctricas. Humphrey Davy (#3) utilizó una corriente eléctrica para separar elementos nuevos de sales fundidas (un proceso llamado electrólisis). Obtuvo sodio y luego potasio, ambos metales blandos, los cuales se quemaban con violencia.

• Faraday, quien comenzó como asistente de Davy, derivó en 1833 las leyes de la electrólisis (#4), las cuales sugerían que en una solución acuosa (y también en sal fundida) cada átomo o fragmento molecular tenía una carga eléctrica fija.

• Otros investigadores estudiaron el flujo de electricidad en los gases raros, bajo la influencia de altos voltajes (las lámparas fluorescentes son un desarrollo de tales experimentos). Se hizo evidente que dichas corrientes eran transportadas por partículas positivas y negativas contenidas en el gas. Joseph ("J.J.") Thompson aisló un tipo, una partícula negativa muy ligera, le midió sus propiedades y lo nombró electrón (#7).

• Los gases conductores también contenían "iones" positivos (vagabundos) los cuales fueron también estudiados por J.J. Thompson. Dichos iones ("partículas alfa," en realidad, núcleos de helio) fueron también emitidos por elementos altamente radiactivos, descubiertos en 1895 (#6).

• Comenzando en 1910, Robert Millikan, del Instituto de Tecnología de California, midió con exactitud la carga del electrón (#9), mediante la aspersión de pequeñas gotas de aceite desde un atomizador en una región de fuerzas eléctricas, entre dos placas horizontales paralelas. Algunas de las gotas se cargaban eléctricamente mediante la fricción o la radiactividad, normalmente con no más de 1 a 2 electrones, y caían más lentamente en el campo de visión de un microscopio (horizontal). Mediante ajustes de voltaje, Millikan las pudo detener, de manera que las cargas eléctricas exactamente balanceaban el peso. Esa fuerza pudo ser derivada del voltaje y el tiempo en que caían libremente, gobernada principalmente por la resistencia del aire.
          Lo único que quedaba desconocido era la carga eléctrica, la cual ahora podía ser calculada. Comparando esto con los resultados de Faraday, se podía obtener el "número de Avogadro", o sea, el número de (digamos) átomos de hidrógeno en un gramo, un número enormemente largo. ¡El tamaño de los átomos fue por fin determinado de manera clara! Para ver el reporte de Millikan de 1913 respecto a su descubrimiento, vea aquí.

• Ernest Rutherford, nacido en Nueva Zelandia, demostró en 1911 que las partículas alfa estaban algunas veces muy dispersas por las cargas positivas del átomo, de una forma que solo podía ser explicada si dichas cargas fueran concentradas en un volumen muy pequeño, prácticamente un punto en el espacio. Por lo tanto, sugirió que cada átomo tenía un núcleo compacto, con electrones negativos flotando alrededor de él (#8).

  La imagen de Rutherford sugería que el núcleo era como un Sol en miniatura, con electrones orbitando alrededor de él, como planetas. Si las leyes de Newton fueran válidas a nivel atómico, y bien pudiera haber sido el caso, pero posteriormente las investigaciones mostraron que en la escala atómica las leyes de Newton cambian a otras formas. Mediante estas nuevas leyes de "mecánica cuántica," los electrones no se mueven en órbitas precisamente definidas, pero son distribuídos en el espacio de una forma que la probabilidad de encontrarlos en algún lugar, tenga que ser realizada mediante cálculos. De manera similar, a los átomos energizados se les permite existir en tan solo uno de varios niveles de energía.

• Pero persistía un problema: los núcleos eran muy pesados. Los núcleos de helio tenían el doble de carga que un protón pero 4 veces la masa. Por un tiempo los científicos se preguntaron si los núcleos de helio contenían 4 protones y 2 electrones. Entonces en 1932 Chadwick descubrió el neutrón y fue cuando se entendió que los núcleos de helio contenían 2 protones, 2 neutrones y ningún electrón. Una forma de fuerza nuclear ("la fuerza nuclear débil") controlaba la relación entre neutrones y protones.

• En 1938 Hans Bethe propuso que el Sol obtenía su energía mediante la fusión de los átomos de hidrógeno para formar helio. También mostró como la fusión podía ocurrir mediante procesos cíclicos, involucrando núcleos de carbón y nitrógeno; los núcleos de carbón y nitrógeno se recuperan y el único cambio es que 4 átomos de hidrógeno se combinan para producir helio. En la actualidad, se cree que el ciclo de Bethe opera principalmente en las estrellas ligeramente más calientes que el sol.

  De Regreso al Plan de Lecciones Lsun7erg.htm.