De leyenda en leyenda, ¿existen realmente los átomos?

 

Profesor | Hu Weiping, Profesor, Departamento de Química y Bioquímica, Universidad Chung Cheng
Artículos consolidados y escritos | Lai Jiayi
Fuente de la imagen: pixabay

El concepto de átomo partió de un punto de vista filosófico y gradualmente se convirtió en una ciencia en la que todos creían. Pero hoy, todavía tenemos que preguntarnos: ¿la materia realmente está hecha de átomos?

Es posible que hayamos estudiado los átomos en nuestra época escolar y estamos convencidos de ello, pero este concepto ha recorrido un largo camino. La gente de la antigüedad nunca estudió química, pero desde que supieron cómo usar el fuego en la Edad de Piedra, la vida ha sido inseparable de la química. Extienda la tabla periódica familiar y marque cada elemento con la fecha de descubrimiento, y sabrá que algunos se han descubierto desde la antigüedad. Así que los químicos no existían en los tiempos modernos, nuestros antepasados ​​realmente contaban. Es solo que no pensaron demasiado en ese momento, y tuvieron que esperar hasta que sus niveles de vida alcanzaran cierto nivel antes de mirar hacia atrás y preguntarse cuáles son las partículas básicas de materia.

● Progreso científico y teoría atómica

Hace más de 400 años, Demócrito propuso la teoría atómica más antigua, que creía que la materia está compuesta de partículas que no se pueden dividir. Los filósofos griegos Sócrates, Platón y Aris de la Edad Media propusieron la teoría de los cuatro elementos; en el otro lado de China, utilizaron la teoría de los cinco elementos del oro, la madera, el agua, el fuego y la tierra para explicar la composición de la materia, pero todas estas teorías No hay una base fáctica muy sólida.

Cuando la gente quiere saber por qué algunas sustancias arden y otras no, el médico alemán Becher y el químico Stahl promovieron sucesivamente la teoría del flogisto. Creen que el flogisto es rico en sustancias fácilmente combustibles. Después de la combustión, el flogisto se descarga al aire y la ceniza restante es la sustancia sin flogisto, por lo que no se quema.

A medida que los científicos estudian los gases, el concepto de flogisto está siendo desafiado lentamente. Kevin Disey descubrió el hidrógeno en 1766, y el hidrógeno y el oxígeno mezclados explotarán. Si se mezclan hidrógeno y oxígeno en una proporción de 2: 1, se puede producir agua. Entonces, desde Aristóteles, se sospechó el concepto de que el agua es un elemento. Más tarde, el químico francés Lavaje, conocido como el padre de la química moderna, hizo la primera tabla de elementos modernos, derrocando por completo la teoría de los cuatro elementos, y propuso la teoría de la combustión para derrocar la teoría del flogisto, indicando que la reacción de combustión es una combinación con oxígeno.

La ley de composición definida de Proust, la ley de la presión y temperatura del gas y la combinación de volumen para Lussac, la ley de las relaciones múltiples de Dalton y Avogajue propusieron la misma temperatura, presión, mismo volumen y número de moléculas hasta 1869. Hasta el momento en que Drev hizo la tabla periódica, todavía estaba atrapado en el descubrimiento de elementos y el concepto de átomos, sin discutir la estructura de los átomos en profundidad. Hasta finales del siglo XIX, el físico alemán Roentgen descubrió los rayos X mientras estudiaba los tubos de rayos catódicos. Más tarde, Bécquer en Francia descubrió que el mineral de uranio aún podía sensibilizar la película incluso si no estaba expuesta a la luz solar. Los Curie descubrieron que la radiactividad del mineral de uranio solo estaba relacionada con la cantidad de uranio, no con el entorno químico. Creen que esta radiactividad proviene del interior del átomo, lo que también implica que el átomo no es la partícula más básica.

Cuando se descubrieron los rayos X, Tomson descubrió los electrones. Creía que el rayo catódico es una especie de partícula, y su masa es 1.000 veces más pequeña que el átomo de hidrógeno más ligero conocido en ese momento, por lo que el átomo se puede dividir. Estableció el modelo del pudín de ciruela, pensando que el interior del átomo es un estado mixto de electricidad positiva y negativa. De 1908 a 1913, Rutherford derrocó el modelo de pudín con partículas alfa golpeando una lámina de oro. Demostró que la masa del átomo estaba concentrada en un núcleo muy pequeño, cargado positivamente con electrones rodeando el exterior, por lo que propuso un modelo planetario. .

Cuando la gente sabe que todavía hay protones y neutrones en los átomos, continúa con más preguntas: ¿pueden seguir divididos? Posteriormente se descubrió que los protones y neutrones no son las partículas más básicas, sino que están compuestas por partículas más básicas, los quarks. Por tanto, según el último punto de vista, podemos ver que los electrones se mueven constantemente alrededor del núcleo, el núcleo contiene protones y neutrones, y los protones y neutrones están compuestos por tres quarks.

El desarrollo de la teoría cuántica ha cambiado gradualmente la visión de la gente sobre los átomos. En la década de 1920, físicos como Bonn, Heisenberg, Dirac y Schrodinger propusieron teorías cuánticas de diferentes formas. Originalmente pensamos que los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero la teoría cuántica moderna cree que la «trayectoria» de los electrones en el átomo no tiene sentido. Solo podemos conocer la distribución de probabilidad de los electrones en diferentes lugares. Debido a que el átomo es demasiado pequeño, no se puede ver directamente a simple vista con instrumentos ópticos. Las llamadas imágenes de átomos son todas interpretaciones de la imagen asumiendo la existencia de átomos. Los átomos y las moléculas no tienen fronteras. El significado de tamaño y forma proviene de la interacción con otras sustancias o luz. Si se coloca un solo átomo en el universo, se puede decir que su rango es infinito.

● ¿De dónde provienen los átomos en la naturaleza? ¿Toda la materia está realmente hecha de átomos?

¿El átomo fue creado por el Big Bang hace 13,8 mil millones de años? ¿O fue hecho por el sol? ¿O los elementos de la tierra se descompusieron lentamente? La respuesta es ambas. En los primeros días, se pensaba que toda la materia se formó en el momento del Big Bang, pero 30 minutos después de la creación del universo, todas las reacciones nucleares cesaron.En ese momento, el núcleo contenía solo 75% de hidrógeno y 25% de helio. Aproximadamente 400.000 años después, los electrones comenzaron a formar átomos neutros con núcleos atómicos. Dos o tres mil millones de años después, se producirán estrellas.

Una reacción de fusión nuclear tiene lugar dentro del sol, fusionando cuatro protones en un núcleo de helio, tres de helio en un núcleo de carbono y carbono y helio en un núcleo de oxígeno. Las estrellas de gran masa pueden formar sodio, magnesio, silicio, fósforo, azufre, calcio, hasta que los núcleos de hierro, níquel, etc., y las explosiones de supernovas al final de la vida de estas estrellas pueden producir muchos elementos más pesados ​​que el hierro. Algunas enanas blancas pueden absorber el material de la estrella compañera y producir metales de transición 3D después de otra explosión de supernova; las colisiones y explosiones entre estrellas de neutrones pueden producir elementos preciosos como oro, plata y platino.

Desde la década de 1970, ha habido cada vez más evidencia de que hay materia oscura invisible pero masiva en el universo. No tienen ningún efecto con la luz. Las observaciones de la nave espacial Planck en 2013 mostraron que la materia oscura es más de cinco veces más grande que la materia generalmente compuesta de átomos. Aunque los científicos actualmente no saben qué es esta materia oscura, pueden estar seguros de que no están hechos de átomos. Parece que la investigación de los seres humanos sobre la composición del universo todavía tendrá un viaje espléndido como el proceso de descubrimiento atómico esperando que lo explore.


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