Las teorías atómicas son teorías sobre la naturaleza de la materia que la materia está compuesta de unidades discretas llamadas átomos ha reemplazado las antiguas creencias de que la materia se puede descomponer en divisiones infinitamente pequeñas.
Los filósofos de la antigüedad crearon la teoría atomista . Los principales creadores son: en India Kanada autor del Vaisheshika Sutra , en Grecia Leucipo , Demócrito y Epicuro , y finalmente en Roma Lucrecia autora de De natura rerum .
A partir del XIX ° siglo, John Dalton desarrolló su teoría atómica en la que propone que cada elemento está constituido por átomos de un solo tipo, y estos átomos son inmutables e indestructibles, pero se puede combinar en estructuras más complejas. Los historiadores no saben cómo llegó Dalton a esta conclusión, salvo que esta teoría le permitió explicar varios fenómenos químicos que él y sus contemporáneos estaban estudiando en ese momento.
La primera fue la ley de conservación de la masa, formulada por Antoine Lavoisier en 1789, que dice que la masa total de una reacción química permanece constante (es decir, los reactivos tienen la misma masa que los productos). De esto Dalton concluye que la materia es fundamentalmente indestructible.
La segunda fue la ley de las proporciones definidas, probada por Joseph Louis Proust en 1799. Esta ley dice que si un compuesto químico se descompone en sus constituyentes, las masas de los constituyentes tendrán las mismas proporciones, independientemente de la cantidad o la fuente. de la sustancia original. Proust sintetizó el carbonato de cobre (II) mediante varios métodos y observó que en cada caso los ingredientes se combinaban en las mismas proporciones que obtuvo al descomponer el carbonato de cobre natural.
Proust estudió los óxidos de estaño y descubrió que sus masas consistían en 88,1% de estaño y 11,9% de oxígeno, o 78,7% de estaño y 21,3% de oxígeno (óxido de estaño II y dióxido de estaño). Dalton señaló que los porcentajes de sus 100 g de estaño reaccionan con 13,5 go 27 g de oxígeno: 13,5 y 27 forman una proporción de 1: 2. También se cree que Dalton estudió el monóxido de nitrógeno (NO) y el oxígeno gaseoso (O 2 ). En una combinación, formaron N 2 O 3 , pero cuando duplicó la cantidad de oxígeno (una proporción de 1: 2), obtuvo dióxido de nitrógeno (NO 2 ).
4NO + O 2 → 2N 2 O 3
4NO + 2O 2 → 4NO 2
Estas proporciones eran siempre números enteros pequeños: la ley de las proporciones múltiples . Dalton descubrió que una teoría atómica de la naturaleza explicaba bien este fenómeno.
Dalton también usó su teoría para explicar por qué el agua absorbe diferentes gases en diferentes proporciones (por ejemplo, el agua absorbe mejor el dióxido de carbono que el nitrógeno ). Propuso que esto ocurre debido a las diferentes masas y tamaños de las partículas de estos gases (las moléculas de dióxido de carbono son más pesadas y más grandes que las del gas nitrógeno).
En 1803, Dalton publicó su lista de masas atómicas para varias sustancias. Calculó estas masas gracias a las masas relativas con las que se combinaron, tomando el hidrógeno como unidad base. Sin embargo, Dalton no entendió que con ciertos elementos los átomos existen como moléculas. Por ejemplo, el oxígeno gaseoso es en realidad oxígeno O 2 y no O. También creía que el compuesto más simple formado por la reacción de dos elementos tiene solo un átomo de cada especie (por ejemplo, él creía que la fórmula para el agua era HO y no H 2 O). Además, su equipo era impreciso. Por tanto, su lista estaba equivocada. De hecho, estimó, por ejemplo, que el oxígeno es 5,5 veces más masivo que el hidrógeno, mientras que es 16 veces más masivo que el hidrógeno.
El error de Dalton fue corregido en 1811 por Amedeo Avogadro . Avogadro propuso que dos volúmenes iguales de dos gases diferentes, a la misma temperatura y presión, tienen el mismo número de partículas (en otras palabras, la masa de las partículas no afecta el volumen). Este descubrimiento le permitió deducir la naturaleza diatómica de muchos elementos mediante el estudio de las proporciones en las que estos gases se combinan con otros elementos. Por ejemplo: si dos litros de hidrógeno se combinan con un litro de oxígeno para formar dos litros de agua en vapor (a temperatura y presión constantes), significa que las moléculas de oxígeno se dividen en dos para formar con 1 hidrógeno dos moléculas de agua. Por lo tanto, Avogadro proporciona estimaciones más correctas para varios elementos. Debido a este error, la escuela atomista fue impugnada por la escuela equivalente (notaciones equivalentes basadas en combinaciones de razones de peso, razones de volumen o equivalentes de sustitución) de Marcellin Berthelot y William Hyde Wollaston , hasta la publicación en 1913 de Jean Perrin , Les Atomes .
En 1815, William Prout muestra que la masa de los átomos de los elementos conocidos es proporcional a la masa de un volumen estándar de estos elementos en forma gaseosa, encuentra que las masas medidas de los átomos conocidos es un múltiplo de la masa del hidrógeno, y concluye que "el hidrógeno es la sustancia primordial, de la cual se formarían todos los átomos" . Posteriormente, esta hipótesis pierde terreno cuando mediciones más precisas muestran que, de hecho, no es así.
En 1827, Robert Brown observó que las partículas de polen que flotaban en el agua se movían sin motivo aparente. En 1905 Albert Einstein demostró que este fenómeno, conocido como movimiento browniano , se debía a las moléculas de agua que chocaban constantemente con estas partículas. Su modelo matemático fue validado en 1908 por Jean Perrin . Este resultado demostró directamente la existencia de moléculas y átomos.
Cuando se aceptó el modelo de Dalton, los científicos creían que los átomos eran las partículas fundamentales de la materia hasta 1897 , cuando JJ Thomson descubrió el electrón realizando experimentos con rayos catódicos . Un tubo de Crookes es un tubo de vidrio sellado que contiene dos electrodos separados por vacío. Cuando se aplica un potencial eléctrico entre los dos electrodos, se producen rayos catódicos. Estos rayos producen un punto de luz en el otro extremo del tubo. Los científicos de esa época sabían que los rayos catódicos podían ser desviados por un campo magnético ; Thomson descubrió que también podrían ser desviados por un campo eléctrico . Concluyó que estos rayos estaban compuestos por partículas cargadas negativamente.
Thomson pensó que estas partículas procedían de los átomos del electrodo. Si los átomos están compuestos por estas partículas, significa que los átomos son divisibles. Para explicar la carga neutra de los átomos, Thomson propuso que estas partículas negativas se distribuyeran en una nube uniforme de carga positiva.
En 1911, Charles Barkla demostró que, en el caso de los átomos ligeros, un átomo contiene aproximadamente la mitad de electrones que su peso atómico expresado como múltiplo de la masa del hidrógeno, con la excepción del propio hidrógeno.
Más tarde, descubrimos la noción de neutrones y protones y luego de partículas elementales . Este fue el comienzo de la física de partículas .
movimiento browniano