James Chadwick Teoría atómica

Los científicos de hoy imaginan que los átomos están compuestos de núcleos diminutos, pesados ​​y cargados positivamente, rodeados por nubes de electrones extremadamente ligeros y cargados negativamente. Este modelo se remonta a la década de 1920, pero tiene su origen en la antigua Grecia. El filósofo Demócrito propuso la existencia de átomos en torno al 400 a. de C. Nadie realmente tomó la idea con ningún fervor hasta que el físico inglés John Dalton presentó su teoría atómica a principios del siglo XIX. El modelo de Dalton estaba incompleto, pero se mantuvo básicamente sin cambios durante la mayor parte del siglo XIX.

una serie de investigaciones sobre el modelo atómico se produjo a fines del siglo XIX y hasta bien entrado el siglo XX, que culminó en el modelo de Schrodinger del átomo, que se conoce como el modelo de nube. Poco después de que el físico Erwin Schrodinger lo introdujera en 1926, James Chadwick, otro físico inglés, añadió una pieza crucial a la imagen. Chadwick es responsable de descubrir la existencia del neutrón, la partícula neutra que comparte el núcleo con el protón cargado positivamente.

El descubrimiento de Chadwick obligó a una revisión del modelo de nube, y los científicos a veces se refieren a la versión revisada como el modelo atómico de James Chadwick. El descubrimiento le ganó a Chadwick el premio Nobel de física de 1935, e hizo posible el desarrollo de la bomba atómica. chadwick participó en el proyecto súper secreto de Manhattan, que culminó con el despliegue de bombas nucleares en hiroshima y nagasaki. la bomba contribuyó a la rendición de Japón (muchos historiadores creen que Japón se habría rendido de todos modos) y el final de la Segunda Guerra Mundial. Chadwick murió en 1974.

jj thompson descubrió el electrón utilizando tubos de rayos catódicos en la década de 1890, y el físico británico ernest rutherford, el llamado padre de la física nuclear, descubrió el protón en 1919. Rutherford especuló que los electrones y los protones podrían combinarse para producir una partícula neutral con aproximadamente la La misma masa que un protón, y los científicos creían que tal partícula existía por varias razones. por ejemplo, se sabía que el núcleo de helio tiene un número atómico de 2 pero un número de masa de 4, lo que significa que contenía algún tipo de masa de misterio neutra. Sin embargo, nadie había observado un neutrón ni probado que existiera.

Chadwick estaba particularmente interesado en un experimento realizado por frédéric e irène joliot-curie, que había bombardeado una muestra de berilio con radiación alfa. notaron que el bombardeo produjo una radiación desconocida, y cuando permitieron que golpeara una muestra de cera de parafina, observaron que se arrojaban protones de alta energía del material.

insatisfecho con la explicación de que la radiación estaba hecha de fotones de alta energía, Chadwick duplicó el experimento y llegó a la conclusión de que la radiación tenía que estar compuesta de partículas pesadas sin carga. Al bombardear otros materiales, incluyendo helio, nitrógeno y litio, Chadwick pudo determinar que la masa de cada partícula era un poco más que la de un protón.

Chadwick publicó su artículo "La existencia de un neutrón" en mayo de 1932. Para 1934, otros investigadores habían determinado que el neutrón era en realidad una partícula elemental y no una combinación de protones y electrones.

la concepción moderna del átomo conserva la mayoría de las características del modelo planetario establecido por rutherford, pero con importantes modificaciones introducidas por chadwick y el físico danés neils bohr.

Fue bohr quien incorporó el concepto de órbitas discretas a las que se limitaban los electrones. Basó esto en principios cuánticos que eran nuevos en ese momento pero que se han establecido como realidades científicas. Según el modelo de Bohr, los electrones ocupan órbitas discretas, y cuando se mueven a otra órbita, emiten o absorben no en cantidades continuas, sino en haces de energía, llamados quanta.

Al incorporar el trabajo de bohr y chadwick, la imagen moderna del átomo se ve así: la mayor parte del átomo es un espacio vacío. Los electrones cargados negativamente orbitan un núcleo pequeño pero pesado compuesto de protones y neutrones. debido a que la teoría cuántica, que se basa en el principio de incertidumbre, considera que los electrones son tanto ondas como partículas, no se pueden ubicar definitivamente. solo se puede hablar de la probabilidad de que un electrón esté en una posición particular, por lo que los electrones forman una nube de probabilidad alrededor del núcleo.

El número de neutrones en el núcleo suele ser el mismo que el número de protones, pero puede ser diferente. Los átomos de un elemento que tienen un número diferente de neutrones se llaman isótopos de ese elemento. la mayoría de los elementos tienen uno o más isótopos, y algunos tienen varios. el estaño, por ejemplo, tiene 10 isótopos estables y al menos el doble de inestables, lo que le otorga una masa atómica promedio significativamente diferente al doble de su número atómico. Si el descubrimiento de neutrones de James Chadwick nunca hubiera ocurrido, sería imposible explicar la existencia de isótopos.

El descubrimiento de Chadwick del neutrón condujo directamente al desarrollo de la bomba atómica. Debido a que los neutrones no tienen carga, pueden penetrar más profundamente en los núcleos de los átomos que los protones. El bombardeo de neutrones de los núcleos atómicos se convirtió en un método importante para obtener información sobre las características de los núcleos.

sin embargo, a los científicos no les llevó mucho tiempo descubrir que bombardear el super-pesado uranio-235 con neutrones era una manera de separar los núcleos y liberar una enorme cantidad de energía. La fisión del uranio produce más neutrones de alta energía que rompen otros átomos de uranio, y el resultado es una reacción en cadena incontrolable. Una vez que se supo esto, solo fue cuestión de desarrollar una manera de iniciar la reacción de fisión a pedido en una envoltura entregable. El hombre gordo y el niño pequeño, las bombas que destruyeron hiroshima y nagasaki, fueron el resultado del esfuerzo de guerra secreto conocido como el proyecto de Manhattan que se realizó para hacer precisamente eso.

La teoría atómica chadwick también hace posible comprender la radioactividad. Algunos minerales naturales, al igual que los artificiales, emiten radiación espontáneamente, y la razón tiene que ver con el número relativo de protones y neutrones en el núcleo. un núcleo es más estable cuando tiene un número igual, y se vuelve inestable cuando tiene más de uno que otro. En un esfuerzo por recuperar la estabilidad, un núcleo inestable arroja energía en forma de radiación alfa, beta o gamma. La radiación alfa está compuesta de partículas pesadas, cada una de las cuales consta de dos protones y dos neutrones. La radiación beta consiste en electrones y radiación gamma de fotones.

Como parte del estudio de los núcleos y la radiactividad, los científicos han diseccionado más los protones y los neutrones para descubrir que ellos mismos están compuestos de partículas más pequeñas llamadas quarks. la fuerza que mantiene a los protones y neutrones unidos en el núcleo se denomina fuerza fuerte, y la que mantiene unidos a los quarks se conoce como fuerza de color. La fuerza fuerte es un subproducto de la fuerza del color, que a su vez depende del intercambio de gluones, que son otro tipo de partícula elemental.

La comprensión hecha posible por el modelo atómico de James Chadwick ha llevado al mundo a la era nuclear, pero la puerta a un mundo mucho más misterioso e intrincado está completamente abierta. por ejemplo, los científicos pueden algún día probar que todo el universo, incluidos los núcleos atómicos y los quarks a partir de los cuales están hechos, está compuesto por cadenas infinitesimales de energía vibratoria. Lo que sea que descubran, lo harán de pie sobre los hombros de pioneros como Chadwick.