La teoría atómica, es decir, la creencia de que toda la materia está compuesta de elementos pequeños e indivisibles, tiene raíces muy profundas. Sin embargo, no se adoptó científicamente hasta el siglo XIX, cuando un enfoque basado en la evidencia comenzó a revelar cómo se veía el modelo atómico.
Fue en este momento que John Dalton, un químico, meteorólogo y físico inglés, comenzó una serie de experimentos que culminarían con la propuesta de la teoría de las composiciones atómicas, que a partir de entonces se conocería como la teoría atómica de Dalton, que se convertiría en una de las piedras angulares de la física y la química modernas.
Más allá de crear un modelo para las interacciones atómicas, a John Dalton también se le atribuye el desarrollo de leyes para comprender cómo funcionan los gases. Con el tiempo, esto lo llevaría a concluir cosas sobre cómo interactúan los átomos, el peso de los átomos, y a diseñar leyes que establezcan la teoría atómica como disciplina científica.
Las leyes de gas de Dalton:
A Dalton se le ocurrió su teoría de los átomos como resultado de su investigación sobre los gases. Esto comenzó en 1800, cuando Dalton se convirtió en secretario de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester. Mientras estaba allí, Dalton comenzó a presentar una serie de ensayos que describían sus experimentos sobre la constitución de gases mixtos, incluida la presión del vapor y otros vapores a diferentes temperaturas, en la evaporación. y sobre la expansión térmica de gases.
En sus ensayos, Dalton describió experimentos en los que buscaba determinar la presión del vapor en varios puntos entre 0 y 100 ° C (32 y 212 ° F). Basado en sus observaciones de seis líquidos diferentes, Dalton concluyó que la variación de la presión de vapor para todos los líquidos era equivalente, para la misma variación de temperatura y el mismo vapor de cualquier presión dada.
También concluyó que todos los fluidos elásticos bajo la misma presión se expanden igualmente cuando se aplica calor. Además, observó que para cualquier expansión dada de mercurio (es decir, aumento notorio de la temperatura usando un termómetro de mercurio), que la expansión correspondiente del aire es proporcionalmente menor, mayor es la temperatura.
Esto se convirtió en la base de la Ley de Dalton (también conocida como la Ley de Dalton de presiones parciales), que establecía que en una mezcla de gases no reactivos, la presión total ejercida es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.
La teoría atómica de Dalton:
En el curso de esta investigación sobre gases, Dalton también descubrió que ciertos gases solo podían combinarse en ciertas proporciones, incluso si dos compuestos diferentes compartían el mismo elemento común o grupo de elementos.
Estos experimentos se basaron en dos teorías que habían surgido cerca de fines del siglo XVIII y que trataban sobre reacciones químicas. La primera fue la ley de conservación de la masa, formulada por Antoine Lavoisier en 1789, que establece que la masa total en una reacción química permanece constante, es decir, que los reactivos tienen la misma masa que los productos.
La segunda fue la ley de proporciones definidas, probada por primera vez por el químico francés Joseph Louis Proust en 1799. Esta ley establece que si un compuesto se descompone en sus elementos constituyentes, las masas de los constituyentes siempre tendrán las mismas proporciones, independientemente de la cantidad o fuente de la sustancia original.
Al estudiar estas leyes y construir sobre ellas, Dalton desarrolló su ley de múltiples proporciones. Esta ley establece que si dos elementos se pueden combinar para formar una serie de compuestos posibles, entonces las relaciones de las masas del segundo elemento, que se combinan con una masa fija del primer elemento, serán relaciones de números enteros pequeños.
En otras palabras, los elementos se combinan a nivel atómico en proporciones fijas que difieren naturalmente en función de los compuestos que se combinan, debido a sus pesos atómicos únicos. Los hallazgos se convirtieron en la base de las Leyes o el Modelo Atómico de Dalton, que se centra en cinco teoremas básicos. T
El estado en que los elementos, en su estado más puro, consisten en partículas llamadas átomos; que los átomos de un elemento específico son todos iguales, hasta el último átomo; que los átomos de diferentes elementos pueden distinguirse por sus pesos atómicos; que los átomos de los elementos se unen para formar compuestos químicos; y que los átomos no pueden crearse ni destruirse en una reacción química, solo cambia la agrupación.
Dalton también creía que la teoría atómica podría explicar por qué el agua absorbía diferentes gases en diferentes proporciones; por ejemplo, descubrió que el agua absorbía dióxido de carbono mucho mejor que el nitrógeno. Dalton planteó la hipótesis de que esto se debía a las diferencias en masa y complejidad de las partículas respectivas de los gases.
De hecho, fue esta misma observación la que se cree que fue la primera vez que Dalton insinuó la supuesta existencia de átomos. En el documento que abordó la absorción de gas en el agua, que se publicó por primera vez en 1805, escribió:
“¿Por qué el agua no admite la mayor parte de cada tipo de gas por igual? Esta pregunta la he considerado debidamente, y aunque no soy capaz de satisfacerme por completo, estoy casi convencido de que la circunstancia depende del peso y el número de partículas finales de los diversos gases..”
Dalton propuso que cada elemento químico está compuesto por átomos de un tipo único y único, y aunque no pueden ser alterados o destruidos por medios químicos, pueden combinarse para formar estructuras más complejas (es decir, compuestos químicos). Esto marcó la primera teoría verdaderamente científica del átomo, ya que Dalton llegó a sus conclusiones mediante la experimentación y el examen de los resultados de manera empírica.
Dalton y pesos atómicos:
Dalton también comenzó a estudiar los pesos atómicos en función de las relaciones de masa en las que se combinaron, tomando el átomo de hidrógeno como estándar. Sin embargo, Dalton estaba limitado por la crudeza de sus instrumentos de laboratorio y el hecho de que no concibió que los átomos de ciertos elementos existen en forma molecular, como el oxígeno puro (O2).
También creía que el compuesto más simple entre dos elementos es siempre un átomo cada uno. Esto se ilustra mejor en cómo pensó que la fórmula química del agua era HO, no H2O.
En 1803, Dalton presentó oralmente su primera lista de pesos atómicos relativos para una serie de sustancias. Este documento fue publicado en 1805, pero no discutió allí exactamente cómo obtuvo estas cifras. En 1807, su método fue revelado por su conocido Thomas Thomson, en la tercera edición del libro de texto de Thomson, Un sistema de quimica. Finalmente, Dalton publicó una cuenta completa en su propio libro de texto, Un nuevo sistema de filosofía química, en 1808 y 1810.
Defectos científicos:
La falla principal en la teoría de Dalton, es decir, la existencia de moléculas y átomos, fue corregida en principio en 1811 por Amedeo Avogadro. Avogadro propuso que volúmenes iguales de dos gases cualesquiera, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. En otras palabras, la masa de las partículas de un gas no afecta el volumen que ocupa.
La ley de Avogadro le permitió deducir la naturaleza diatómica de numerosos gases al estudiar los volúmenes a los que reaccionaron. Por lo tanto, Avogadro pudo ofrecer estimaciones más precisas de la masa atómica de oxígeno y otros elementos, e hizo una clara distinción entre moléculas y átomos. Por desgracia, estos y otros descubrimientos contradicen y refinan las teorías de Dalton.
Por ejemplo, los científicos descubrieron que el átomo, que alguna vez se pensó que era la parte más pequeña de la materia, puede subdividirse en partículas elementales aún más pequeñas. Y mientras que Dalton concibió como átomos como una entidad única sin separación entre las cargas positivas, negativas y neutras, los experimentos posteriores de J.J. Thomson, Ernest Rutherford y Neils Bohr revelaron una estructura más compleja para el átomo.
Estas teorías fueron luego validadas por observaciones hechas con el microscopio electrónico. También sabemos que el peso atómico es un producto de la estructura de los átomos mismos. Por lo tanto, el modelo atómico de Dalton, en su forma más pura, ahora solo se considera válido para reacciones químicas. Sin embargo, esto no disminuye la contribución de Dalton a la ciencia moderna.
Antes de su tiempo, el átomo era poco más que una construcción filosófica transmitida desde la antigüedad clásica. El innovador trabajo de Dalton no solo hizo realidad la teoría, sino que condujo a muchos otros descubrimientos, como la teoría de la relatividad de Einstein y la teoría cuántica de Planck, dos campos de estudio que forman la base de nuestra comprensión moderna del cosmos.
Hemos escrito muchos artículos interesantes sobre teoría atómica aquí en la revista Space. Aquí hay uno sobre la cantidad de átomos en el universo, ¿cuáles son las partes del átomo ?, ¿quién fue Demócrito ?, el modelo atómico de Bohr y cuál es el modelo de pudín de ciruela.
Si desea obtener más información sobre el modelo de Dalton, consulte el artículo de la Universidad Central de Queensland sobre el modelo atómico de Dalton.
Astronomy Cast ha grabado muchos episodios interesantes sobre el tema. Échales un vistazo - Episodio 138: Mecánica cuántica, Episodio 378: Rutherford y átomos, y Episodio 392: El modelo estándar - Introducción.
