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EL SECRETO DE LOS ÁTOMOS

Sabemos que todos los cuerpos están formados por moléculas. También hemos aprendido que los cuerpos pueden ser simples o compuestos, según que en su constitución intervengan moléculas simples o compuestas, es decir, moléculas formadas por átomos de dos o más elementos. Pero, ¿cómo está hecho un átomo? La producción de electrones idénticos, emitidos por los metales calientes, por la acción de los rayos ultravioletas sobre los metales, por algunas reacciones químicas, etc., reveló que los electrones son constituyentes comunes de toda la materia, y condujo a la hipótesis de que los átomos estaban constituidos por cargas eléctricas positivas y negativas en cantidades iguales. Esto era necesario, pues de no ser así el átomo no sería neutro. El químico y físico inglés Ernest Rutherford pensó, de ser aquélla la constitución del átomo, que si dirigía un haz de partículas alfa sobre una delgadísima lámina metálica, al atravesarla serían desviadas, sea por repulsión de las cargas positivas de los átomos del metal, sea por atracción de las cargas negativas de los mismos. Las partículas alfa son corpúsculos de helio cargados positivamente o, con más exactitud, son núcleos de helio, es decir, átomos de helio que han perdido sus dos electrones negativos planetarios.

Al realizar la experiencia, Rutherford comprobó que la mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse, o con pequeñas desviaciones, pero que otras eran desviadas en ángulos muy grandes, de noventa o más grados. Esto le dio la solución del problema. En efecto, como las desviaciones grandes de las partículas alfa sólo las pueden producir cargas cuya masa sea muy grande con respecto a los corpúsculos de helio, y no las pueden producir los electrones negativos cuya masa es 7.000 veces, aproximadamente, menor que la de los corpúsculos de helio, Rutherford llegó a la conclusión de que un átomo es algo así como un minúsculo sistema planetario, en cuyo centro, como un sol, se halla el núcleo, que tiene casi toda la masa del átomo, y cuya carga es positiva. Alrededor de este núcleo, de un radio menor que 0,000000000001 cm, y a gran distancia del mismo, comparando ésta con el tamaño de las partículas, están los electrones negativos o negatrones.

Veamos ahora, de acuerdo con las investigaciones de Rutherford y de otros físicos, entre los cuales debe recordarse al danés Nils Bohr, cómo está hecho el átomo de hidrógeno, que es el más simple. En el átomo de hidrógeno el núcleo está constituido por un protón, que contiene casi toda la masa y, además, una carga eléctrica positiva. Alrededor de él y como si se desplazase por la superficie de una esfera cuyo centro es el protón, gira un electrón negativo, cuya masa es 1.800 veces, aproximadamente, menor que la del protón. Eléctricamente este átomo es neutro, pues hay equilibrio de cargas eléctricas.

Para tener una idea del tamaño que poseen los átomos, supongamos que pudiéramos formar una hilera con ellos, colocándolos uno a continuación del otro; pues bien, para que dicha hilera tuviese la longitud de 1 milímetro, tendríamos que colocar más de 10.000.000 de átomos. En cuanto al tamaño de los electrones digamos que, si realizamos la misma tarea que hicimos con los átomos, tendríamos que colocar 5.000.000.000.000 de electrones para ocupar el espacio de 1 milímetro.

Hemos visto cómo es un átomo de hidrógeno; pero, ¿qué sucederá con los que son más complicados? La Naturaleza ha seguido reglas sencillas para construir los demás. Así, ha ido agregando protones en la parte central o núcleo. Y como el átomo debe ser neutro, por cada protón que pone en el núcleo, agrega un electrón más girando alrededor. Si alguna vez hemos cortado una cebolla por la mitad, habremos notado que está formada por una parte central, compacta, y una serie de capas que la rodean. Los electrones que rodean al núcleo, en los átomos más complicados, están dispuestos formando verdaderas capas alrededor de éste. En el átomo de helio, cuyo núcleo tiene dos protones, hay dos electrones girando en una misma capa. Luego sigue el átomo de litio, que tiene tres protones; este elemento tiene sus tres electrones ubicados de la siguiente manera: en la capa interna dos, como en el átomo de helio, y en la capa que sigue el electrón restante.

Así como en un hotel hay habitaciones que pueden alojar a dos personas, otras a cuatro, etc., también los átomos guardan ciertas normas, que cumplen estrictamente, con respecto a la cantidad de electrones que pueden ubicarse en cada capa. En la capa que se halla más próxima al núcleo, o sea la más interna, solamente caben dos electrones; en la capa siguiente pueden girar ocho; en la tercera capa caben dieciocho; en la cuarta, el número de electrones que pueden encontrar ubicación es de treinta y dos. Y así continúa, siguiendo en forma creciente.

Veamos en un ejemplo la distribución de electrones en el átomo de cobre; su primera capa tiene dos, la segunda ocho, la tercera dieciocho y la cuarta uno. Vemos, entonces, que este átomo tiene tres capas completas y una incompleta.

Supongamos que en un hotel solamente se encuentran disponibles habitaciones con capacidad cada una para dos personas; una familia compuesta por tres personas ocupará dos habitaciones, una en forma completa, mientras que de otra quedará un lugar sin ocupar. Si en tales circunstancias llega a dicho hotel una persona sola, puede, si lo desea, reunirse con la familia anterior y ocupar el lugar libre de que ella dispone. Cuando los átomos se unen para formar una molécula, también comparten una misma capa, ocupando todos los lugares libres.

Vamos a dar como ejemplo la molécula de sal común, que está formada por un átomo de cloro y uno de sodio. El cloro tiene la siguiente distribución de electrones: las dos primeras capas completas y en la tercera siete electrones. A su vez el sodio posee, también, las dos primeras capas completas, pero en la tercera sólo posee un electrón. Entonces, estos elementos pueden reunir los electrones de sus capas externas, que suman ocho, y formar una capa en común.

De lo expuesto deducimos fácilmente que aquellos átomos que tengan todas sus capas completas, no podrán unirse con los demás elementos. Tales son los llamados gases nobles.

Hemos visto hasta aquí lo que ocurre en las capas electrónicas; vamos a penetrar ahora en el interior del átomo para ver qué sucede en el núcleo. Ya sabemos que en él están ubicadas las cargas positivas que equilibran a las cargas negativas externas. Pero en el núcleo, los protones están apretados y concentrados formando un verdadero racimo: ¿qué sucede entonces cuando dos protones están muy cerca? Dijimos al comienzo que, cuando un protón y un electrón están libres, se atraen; ahora podemos completar esto agregando que dos cargas de igual nombre se repelen. Entonces, si tenemos dos protones próximos, tratarán de alejarse uno del otro. ¿Cómo se arregla entonces el átomo cuando, como por ejemplo en el uranio, tiene que conciliar noventa y dos protones que están apretados uno contra otro? Para evitar que ocurra una explosión del núcleo la Naturaleza se vale de una partícula neutra, algo así como una persona imparcial, que hace las veces de conciliador. Tal partícula es el neutrón. Efectivamente, en el núcleo atómico, junto con los protones están los neutrones. Y es evidente que cuanto mayor sea el número de protones, mayor será el de neutrones. Veamos algunos ejemplos de núcleos atómicos. El helio tiene dos protones y dos neutrones; el litio tiene tres protones y cuatro neutrones; así, siguiendo, podemos llegar al uranio, que tiene 92 protones y 146 neutrones. Si tenemos un conjunto de perlas de nácar y con el objeto de hacer un racimo las unimos por medio de otras de menor valor, estas últimas sólo servirán para dar mayor peso o mejor estabilidad al conjunto, pero su número no modificará el verdadero valor del racimo, que sin duda estará fijado por el de las perlas de nácar. En el núcleo atómico, el número de neutrones de un elemento puede ser modificado sin que por ello se alteren las propiedades químicas del elemento. Lo que sí se modifica es el peso atómico, debido a que el neutrón es una partícula tan pesada como el protón. Vemos entonces que el peso atómico de un elemento no es algo que identifique el elemento; sin embargo durante mucho tiempo se creyó lo contrario, y por tal razón se construyó una tabla ordenando los átomos de acuerdo con el peso atómico. Se descubrió luego que un mismo elemento puede tener varios pesos atómicos, pero como ellos tenían un sólo lugar en la tabla, entonces se los denominó isótopos, que significa igual lugar. Son isótopos aquellos átomos de un mismo elemento que tienen distinto peso atómico. ¿Y, quién modifica el peso del elemento? El neutrón.

Veamos algunos ejemplos: el hidrógeno tiene tres isótopos, de pesos 1, 2 y 3. El núcleo del primero tiene un protón; el núcleo del segundo tiene un protón y un neutrón; y el del tercero tiene un protón y dos neutrones. Lo que se mantiene constante es que en los tres hay un protón. Veamos ahora el helio: este elemento tiene también tres isótopos, de pesos 3, 4 y 6. El primero tiene dos protones y un neutrón; el segundo tiene dos protones y dos neutrones; y el tercero dos protones y cuatro neutrones. Aquí lo que caracteriza al elemento son los dos protones.

En la actualidad se conocen más de mil isótopos, que prestan enormes servicios al hombre en las investigaciones relacionadas con la medicina, la industria y la agricultura.

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