Aunque la idea original de la palabra átomo no tiene la misma concepción en la actualidad, la palabra ha trascendido todos los experimentos y propiedades que hoy físicos y químicos reconocemos. Los átomos son parte fundamental de todo proceso químico su aceptación fue difícilmente asimilada en virtud de su enorme dificultad para "verlos" o "sentirlos" de acuerdo a nuestro mundo común y experiencia diaria.
Aunque en 1803 el inglés John Dalton describe su teoría atómica sustentada en evidencias experimentales que explican las Leyes de Combinación Química, su aceptación fue reducida, pues los grandes problemas de aquella época podían resolverse sin la ayuda del átomo. A pesar de los avances logrados en el siglo pasado en lo que se refiere al conocimiento de los Pesos Equivalentes; Pesos Atómicos; Pesos Moleculares; o el desarrollo de técnicas de análisis químico, análisis espectral, electrólisis, conductividad, etc., todavía quedaba un hecho inquietante; nadie podía ver los átomos ni detectarlos de alguna manera. Todas las pruebas a favor de los átomos eran indirectas, pero no existía una forma confiable de "ver los átomos".
A pesar de la gran pequeñez de los átomos (1X10-8 cm.) y la enorme cantidad de ellos que hay en cualquier muestra, la gran capacidad de los investigadores para diseñar experimentos así como para construir instrumentos ha llevado a deducir las incógnitas contenidas en el átomo.
1.- ESPECTRÓGRAFO DE MASAS.
El método del espectrógrafo de masas es capaz de dar los pesos atómicos más precisos. Una vez más, el principio del método es simple, pero su ejecución requiere el máximo de cuidado para que tenga éxito, el espectrógrafo de masas consiste de tres partes esencialmente: una fuente de iones gaseosos, una región "al vacío" donde los iones con diferentes masas son forzados a viajar por diferentes caminos, y el detector que registra las trayectorias seguidas por los iones.
La muestra a estudiar es inyectada cerca del filamento que emite electrones y ioniza la muestra por el impacto de electrones contra los átomos o moléculas, los iones positivos pasan por la primera ventana o rejilla y son inmediatamente impulsados hacia un campo magnético perpendicular a la trayectoria de los iones, estos iones siguen una curva determinada por la relación carga/masa del ion, una placa colectora, detrás de la segunda rejilla. Las magnitudes relativas de las señales eléctricas son una medida del número de las diferentes clases de iones positivos que hay en la muestra. Un buen ejemplo lo constituye el gas neón que consta de una mezcla de 3 isótopos:
A pesar de la gran pequeñez de los átomos (1X10-8 cm.) y la enorme cantidad de ellos que hay en cualquier muestra, la gran capacidad de los investigadores para diseñar experimentos así como para construir instrumentos ha llevado a deducir las incógnitas contenidas en el átomo.
1.- ESPECTRÓGRAFO DE MASAS.
El método del espectrógrafo de masas es capaz de dar los pesos atómicos más precisos. Una vez más, el principio del método es simple, pero su ejecución requiere el máximo de cuidado para que tenga éxito, el espectrógrafo de masas consiste de tres partes esencialmente: una fuente de iones gaseosos, una región "al vacío" donde los iones con diferentes masas son forzados a viajar por diferentes caminos, y el detector que registra las trayectorias seguidas por los iones.
La muestra a estudiar es inyectada cerca del filamento que emite electrones y ioniza la muestra por el impacto de electrones contra los átomos o moléculas, los iones positivos pasan por la primera ventana o rejilla y son inmediatamente impulsados hacia un campo magnético perpendicular a la trayectoria de los iones, estos iones siguen una curva determinada por la relación carga/masa del ion, una placa colectora, detrás de la segunda rejilla. Las magnitudes relativas de las señales eléctricas son una medida del número de las diferentes clases de iones positivos que hay en la muestra. Un buen ejemplo lo constituye el gas neón que consta de una mezcla de 3 isótopos:
10Ne-20; 10Ne-21; 10Ne-22
La diferencia fundamental entre los isótopos se encuentra en el número de neutrones que hay en el núcleo. Todos los átomos de neón tienen 10 electrones y 10 protones; el 90.92 % de los átomos tienen 10 neutrones; el 0.26 % tienen 11 neutrones y el 8.82 % tiene 12 neutrones. Como tienen diferente número de neutrones tienen diferente masa atómica; pero todos ellos tienen el mismo número atómico (10). Por eso son átomos de Neón. Otros dispositivos o métodos que nos inducen a pensar en la existencia de los átomos o a "verlos" son: el movimiento browniano; el radiómetro; los espectros de emisión atómica, el microscopio electrónico y el microscopio de barrido de tunelaje.
2.- MOVIMIENTO BROWNIANO
En 1827 el Botánico inglés Robert Brown observo con un microscopio el movimiento azaroso de los granos de polen suspendidos en agua. En 1860 Maxwell desarrolla la teoría estadística para explicar el comportamiento de los gases y Einstein en 1905 a la luz de esta teoría describe matemáticamente el movimiento browniano y pone de relieve la existencia real de pequeñisimas partículas que golpean de manera desigual la superficie del polen dándole su movimiento azaroso.
3.- RADIÓMETRO
A finales del siglo XIX el inglés William Crookes diseño un aparato que consiste de un bulbo de vidrio a baja presión que contiene una serie de hojas metálicas que forman un rehilete; una de sus caras se encuentra ennegrecida y la otra plateada o abrillantada. Cuando la luz es dirigida sobre las láminas, más energía se absorbe por el lado obscuro, activando las moléculas con un aumento de energía cinética. Entonces las moléculas golpearan preferentemente una de las caras y el rehilete empezara a girar. El instrumento es así sensible a la intensidad de la luz y nos introduce al estudio de los gases y el movimiento molecular.
4.- ESPECTROS DE EMISIÓN ATÓMICA
Cuando un tubo de descarga (conteniendo algún elemento en estado gaseoso) se le expone a una fuente de alta energía (5000 V a 3 mA) los átomos empiezan a emitir luz debido a las excitaciones electrónicas, la frecuencia de la luz emitida es característica de los niveles de energía del átomo en observación. Para ser observado un espectro de emisión atómico se utiliza un prisma de vidrio o bien una rejilla de difracción.
5.- IMÁGENES POR MICROSCOPIO ELECTRÓNICO
Ver directamente a los átomos es posible ahora gracias a los modernos microscopios electrónicos de alta resolución que pueden aumentar el tamaño de la imagen hasta 10 millones de veces. En este instrumento se utiliza el carácter ondulatorio de los electrones. Para ello los electrones emitidos por un filamento son acelerados y dirigidos por un conjunto de lentes electromagnéticas alineadas. La observación se efectúa directamente en una placa fotográfica o en una pantalla de televisión.
6.- EL MICROSCOPIO DE BARRIDO POR TUNELAJE
Los Químicos y Físicos tienen una amplia evidencia de la existencia de los átomos antes de que fuera posible la microscopia electrónica y de la microscopia de barrido por tunelaje. Ellos son capaces de “ver” los átomos a través de una amplia variedad de fenómenos, pero decir que ellos han visto los átomos tiene un significado especial. Lo habían visto `por la técnica de difracción de rayos X que es una manifestación de muchos átomos y un dibujo compuesto debido a la dispersión de los rayos X sobre varios planos de un cristal. Pero los Químicos y Físicos siempre han soñado sobre la posibilidad de ver los átomos individualmente de manera directa, es decir, ser capaces de producir imágenes con una correspondencia directa de la posición real de la muestra, este sueño se empezó a hacer realidad en 1950, en principio un esfuerzo espectacular reportado por Erwin Muller al usar un microscopio de campo ionico que él invento, el cual hace posible la imagen de átomos individuales en la superficie del cristal. El desarrollo final se debe a Gerd Binning y Henrich Rohrer de los laboratorios de investigación de la IBM de Suiza, recibiendo por esto el premio Nóbel de Física en 1986.
Este microscopio consiste de una aguja de tungsteno, tan delgada como la amplitud de un átomo, cuando esta aguja se acerca a la superficie de los átomos se aplica un pequeño voltaje, el tunelaje de los electrones se produce en virtud del paso de electrones de la aguja de tungsteno a la nube electrónica de los átomos donde se quiere obtener su imagen, por ajuste de la posición de la aguja de tungsteno se mueve a través de la superficie, mientras una corriente de tunelaje es mantenida, cuando esto sucede, la posición de los átomos son realmente medidos dando un dibujo de la superficie atómica.
En 1827 el Botánico inglés Robert Brown observo con un microscopio el movimiento azaroso de los granos de polen suspendidos en agua. En 1860 Maxwell desarrolla la teoría estadística para explicar el comportamiento de los gases y Einstein en 1905 a la luz de esta teoría describe matemáticamente el movimiento browniano y pone de relieve la existencia real de pequeñisimas partículas que golpean de manera desigual la superficie del polen dándole su movimiento azaroso.
3.- RADIÓMETRO
A finales del siglo XIX el inglés William Crookes diseño un aparato que consiste de un bulbo de vidrio a baja presión que contiene una serie de hojas metálicas que forman un rehilete; una de sus caras se encuentra ennegrecida y la otra plateada o abrillantada. Cuando la luz es dirigida sobre las láminas, más energía se absorbe por el lado obscuro, activando las moléculas con un aumento de energía cinética. Entonces las moléculas golpearan preferentemente una de las caras y el rehilete empezara a girar. El instrumento es así sensible a la intensidad de la luz y nos introduce al estudio de los gases y el movimiento molecular.
4.- ESPECTROS DE EMISIÓN ATÓMICA
Cuando un tubo de descarga (conteniendo algún elemento en estado gaseoso) se le expone a una fuente de alta energía (5000 V a 3 mA) los átomos empiezan a emitir luz debido a las excitaciones electrónicas, la frecuencia de la luz emitida es característica de los niveles de energía del átomo en observación. Para ser observado un espectro de emisión atómico se utiliza un prisma de vidrio o bien una rejilla de difracción.
5.- IMÁGENES POR MICROSCOPIO ELECTRÓNICO
Ver directamente a los átomos es posible ahora gracias a los modernos microscopios electrónicos de alta resolución que pueden aumentar el tamaño de la imagen hasta 10 millones de veces. En este instrumento se utiliza el carácter ondulatorio de los electrones. Para ello los electrones emitidos por un filamento son acelerados y dirigidos por un conjunto de lentes electromagnéticas alineadas. La observación se efectúa directamente en una placa fotográfica o en una pantalla de televisión.
6.- EL MICROSCOPIO DE BARRIDO POR TUNELAJE
Los Químicos y Físicos tienen una amplia evidencia de la existencia de los átomos antes de que fuera posible la microscopia electrónica y de la microscopia de barrido por tunelaje. Ellos son capaces de “ver” los átomos a través de una amplia variedad de fenómenos, pero decir que ellos han visto los átomos tiene un significado especial. Lo habían visto `por la técnica de difracción de rayos X que es una manifestación de muchos átomos y un dibujo compuesto debido a la dispersión de los rayos X sobre varios planos de un cristal. Pero los Químicos y Físicos siempre han soñado sobre la posibilidad de ver los átomos individualmente de manera directa, es decir, ser capaces de producir imágenes con una correspondencia directa de la posición real de la muestra, este sueño se empezó a hacer realidad en 1950, en principio un esfuerzo espectacular reportado por Erwin Muller al usar un microscopio de campo ionico que él invento, el cual hace posible la imagen de átomos individuales en la superficie del cristal. El desarrollo final se debe a Gerd Binning y Henrich Rohrer de los laboratorios de investigación de la IBM de Suiza, recibiendo por esto el premio Nóbel de Física en 1986.
Este microscopio consiste de una aguja de tungsteno, tan delgada como la amplitud de un átomo, cuando esta aguja se acerca a la superficie de los átomos se aplica un pequeño voltaje, el tunelaje de los electrones se produce en virtud del paso de electrones de la aguja de tungsteno a la nube electrónica de los átomos donde se quiere obtener su imagen, por ajuste de la posición de la aguja de tungsteno se mueve a través de la superficie, mientras una corriente de tunelaje es mantenida, cuando esto sucede, la posición de los átomos son realmente medidos dando un dibujo de la superficie atómica.
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