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. Sirva la presente publicación como abordaje que permita la comprensión de algunas realidades sobre la existencia de los átomos como componente fundamental de la estructura de la materia en sus diferentes estados.
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INTRODUCCIÓN
Los cambios que podemos experimentar en los diferentes materiales que nos rodean, ha resultado una experiencia fascinante desde que tenemos conciencia de estos fenómenos y en especial de aquellos cambios que se generan de forma rápida y con expresiones de calor o luminiscencia, que nos permiten pensar en un proceso interno a lo largo de la transformación.
Un ejemplo de lo anterior, está representado por unos de los fenómenos si se quiere básicos y que consiste en quemar un trozo de madero, podemos observar que a lo largo del proceso se generar calor, se observa la presencia de una llama y al final obtenemos un producto diferente al que denominamos cenizas.
Aparentemente, es una situación cotidiana y sin importancia y en función a ello me gustaría que respondieran internamente el siguiente cuestionamiento:
¿Conoces cómo está formada la materia y cuáles son los principios que la rigen?
Para dar respuesta a esta interrogante, tenemos que apoyarnos en la estructura atómica, específicamente en el uso de los modelos atómicos que nos permitan comprender el fenómeno que se estudia. Para los filósofos, de la era de Platón y Aristóteles, consideraban que la materia era continua y que estaba forma por elementos y a medida que la fundamentación se afianzaba no podían demostrar cual era la constitución de estos elementos por lo cual sus postulados perdían valor.
Fig. 2. Un proceso cotidiano con mucha química de por medio. Autor: adonyig
Por consiguiente y en función a estas aseveraciones, surgen como modelo la teoría atómica de los elementos, la cual trata de explicar científicamente la estructura y composición de la materia, de la cual describiremos aspectos generales a lo largo de este escrito, de modo que nos permita realizar un acercamiento sobre la constitución de los átomos más allá de una posible hipótesis.
LA TEORÍA ATÓMICA DETRÁS DE LA PERCEPCIÓN DE DALTON
Como se mencionó en el apartado previo, a tan solo 305 años antes de Cristo, se pensaba que la materia estaba constituida por elementos, de los cuales no se había podido justificar la estructura interna de estos. Sin embargo, en 1808 el profesor inglés John Dalton, logra dar una justificación validad a los planteamientos anteriores, más allá de poder observar los átomos pudo interpretar que:
1. Los elementos estaban formados por partículas a las cuales llamo átomos, donde cada elemento estaba caracterizado por la sumatoria de las masas de estos.
2. Pudo prever que los elementos están constituido por el mismo tipo de átomos, sin importan la cantidad de masa presente, lo que permite explicar porque existen tantos elementos diferentes.
3. En sus postulados, se establece que los elementos se combinan de acuerdo a las relaciones existentes entre sus masas lo que permitió establecer la ley de las proporciones múltiples, la cual expresa:
“Los elementos pueden combinarse en formas diferentes para formar sustancias distintas, cuyas relaciones en masa son múltiplos de números enteros y pequeños.” [2]
Con respecto a las combinaciones químicas, Dalton logro establecer que los átomos se une en proporciones pequeñas, para generar nuevas sustancias con características diferentes a la de los materiales de partida. En este punto, el científico se dio cuenta que los átomos eran químicamente indestructibles o indivisibles lo que permitió validar la ley de la conservación de la masa. De modo que la masa utilizada en forma de reactivos se recupera al finalizar el proceso en forma de producto.
Fig. 3. Representación atómica. Autor: Gerd Altmann
Sin duda, John Dalton logra aportaciones sustanciales a nivel científico que permitió comprender en funcionamiento de la materia, sin embargo, y lo más impresionante del proceso, es que sus postulados se llevaron a cabo mediante procesos lógicos donde poder visualizar químicamente un átomo era imposible debido a los pocos avances con los cuales se contaban para la época, de allí radica la importancia de sus estudios.
GENERALIDADES DE LOS ÁTOMOS EN FUNCIÓN DE LOS ELECTRONES
En el apartado anterior, describimos algunos postulados realizados por Dalton y los cuales funcionaban muy bien para la época, con la excepción de que no pudo demuestra, cual era la constitución de los átomos. Para ello, nos apoyaremos en los experimentos llevados a cabo por Thomson, físico Ingles que logro inferir que los átomos estabas conformadas por partículas subatómicas a las cuales denomino electrones.
En sus experimentos, Thomson se apoyó del uso de tubos de rayos catódico, los cuales son un bulbo sellado al vacío y provisto de dos filamentos delgados de metal, las cuales se han provisto en forma de cátodo y ánodo. El primero cargado positivamente y el segundo de forma negativa, cuando se aplica una corriente eléctrica a través de los electrones las partículas negativas viajan hacia la carga positiva y viceversa.
Fig. 4. Representación de tubo de rayos catódico de Thomson. Autor: Kurzon
Una de las variaciones realizadas por Thomson fue dejar un agujero a nivel del cátodo, en este punto los rayos catódicos pasan por el agujero y se reflejan en forma de emisiones de luz radiante proceso aplicado en los televisores convencionales.
Como resultado de esta experimentación Thomson, logro concluir que los rayos son partículas diminutas que se caracterizan por tener carga negativa (electrones), de modo que las partículas con carga positiva son consideradas como protones y las neutra las denominamos neutrones.
Hasta el momento hemos transitados desde la lógica a la experimentación en busca de determinar u observar la conformación de la materia y en función a este sendero podemos establecer que la materia es la convergencias de partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones) que permiten la formación de átomos y cuando estos se unen forman los elementos que conocemos.
REPRESENTACIÓN ATÓMICA MEDIANTE LA TÉCNICA DEL TUNELAJE
A lo largo de esta publicación hemos abordado un conjunto de características que nos permiten pensar en el funcionamiento y estructura de la materia, donde se han aplicados procesos lógicos y experimentales que permitan explicar el funcionamiento de esta. Si bien es cierto, desde su aparición la teoría atómica, esta se ha convertido en la columna vertebrar de la química, ya que permite describir y explicar todos los fenómenos que se llevan a cabo en esta ciencia.
Sin embargo, debido a los procesos que hemos descritos hasta el momento es válido preguntarnos, ¿Como sabemos que los átomos son reales? Si hasta el momento no hemos logrado establecer un criterio certero que nos permite expresar a ciencia cierta la estructura atómica.
Es por ello, que para lograr responder esta incertidumbre utilizaremos como apoyo un avance tecnológico que ha revolucionado el mundo de la química y de los que hacemos vida en ella, el mismo se denomina microscopio de barrido de efecto túnel, dicho equipo nos brinda la posibilidad de ver átomos de forma individual y estudiar el comportamiento y características de este.
Su creación se atribuye a la corporación IBM quienes han logrado que el equipo aumente 10 millones de veces los componentes que se analizan, generando una visión optima de los átomos presentes en las sustancias químicas.
El funcionamiento del equipo en líneas generales, se debe a una delgada sonda de tungsteno cuyo punta tiene un diámetro de unos 2 átomos. Esta sonda, al estar cerca de la muestra es cargada con un pequeño voltaje que interacciones con las partículas subatómicas del material objeto de estudio, fenómeno que se conoce como túnel (o tunelado) de electrones.
Fig. 5. Representación del funcionamiento microscopio de barrido de efecto túnel. Autor: Michael Schmid and Grzegorz Pietrzak
Debido a la sensibilidad del proceso y de la corriente emitida, el equipo realiza un mapeo en dos dimensiones de la trayectoria de la sonda. De esta forma, si se mueve la sonda hacia delante y atrás en una serie de trayectorias paralelas muy cercanas, es posible construir una imagen en tres dimensiones de la superficie.
Es necesario resaltar, que la imagen arrojada por el microscopio de efecto túnel, es totalmente diferente a las imágenes que solemos percibir mediante nuestros ojos. Esta se fundamenta en la reflexión de la luz sobre un objeto, la cual llega a la retina y se convierten en señales eléctricas que nuestro cerebro se encarga de procesar.
Por su parte, la imagen obtenida mediante el tutelado es una gráfica de datos de forma tridimensional generada y procesada mediante un computador, la cual se apoya en el flujo eléctrico para simular la profundidad de los objetos, de modo que su funcionalidad depende de los átomos y las moléculas presentes en la superficie de la muestra.
Material audiovisual. Representación del funcionamiento microscopio de barrido de efecto túnel. Autor: Jubobroff
APORTES DE LA TEMÁTICA
Mediante esta publicación y el estudio descriptivo desarrollado, pudimos establecer componentes básicos, acerca de la teoría atómica que permiten comprender el funcionamiento y estructura de la materia, al mismo tiempo logramos entender y describir el funcionamiento del microscopio de efecto túnel, el cual nos ha permitido visualizar el comportamiento atómico de las sustancias consideradas como objeto de estudio.
BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
[1] Alba Graciela Ávila Bernal y Ruy Sebastián Bonilla Osorio Estudio de superficies usando un microscopio de efecto túnel (STM). REVISTA INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN 122 VOL. 29 No. 3, DICIEMBRE DE 2009 (121-127.Artículo: Acceso Online
[2] Chang, R. (2010). Química. Decima edición. McGraw-hill Interamericana editores. ISBN: 978-607-15-0307-7.
[3] Katz Miguel John Dalton y la Teoría Atómica. Epistemología e Historia de la Química – Curso 2011. Artículo: Acceso Online
[4] McMURRY E., John y Fay C., Robert. (2008). Química general. Quinta edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009 ISBN: 978-970-26 1286-5.
[5] Ralph, H. Petrucci, William S. Harwood, E. Geoffrey Herring. (2003). QUIMICA GENERAL. Octava edición. PEARSON EDUCACIÓN. S.A., Madrid.
[6] WADE,LEROY. (2011). . QUÍMICA ORGÁNICA. VOLUMEN 2. SÉPTIMA EDICIÓN. PEARSON EDUCACIÓN, MÉXICO, 2011 ISBN: 978-607-32.()793•5. ÁREA: CIENCIAS
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