Desde que el alumnado entra en contacto con la Física y la Química empieza a encontrarse con palabrejas como protón, electrón, átomo, catión, anión, isótopo, ácido, base, etc. Los profesores solemos hacer hincapié en el concepto dejando al origen de la palabra un papel secundario o anecdótico. Pero en clase siempre hay algún alumno que pregunta ¿y por qué se llama así? En muchas ocasiones, los profesores tragamos saliva porque realmente no sabemos su significado e incluso nunca nos hemos preguntado el origen de ciertos nombres.

Lo interesante es que en muchas ocasiones los significados de las palabras nos aportan mucho sobre el concepto, por lo que no se queda en mera curiosidad sino que nos ayuda a entender y aprender mejor el concepto, además de aprender algo de historia de la ciencia. En otras ocasiones, el nombre no nos dice gran cosa porque simplemente se pone en honor a un científico, como el elemento químico Einstenio (de Einstein), o a nombre de lugares, como el Francio (de Francia).

En este primer post de la serie voy a hablar de dos palabras que aparecen mucho cuando empezamos a estudiar física y química: átomo e isótopo.

Átomo.

Resulta curioso que seguramente la palabra más nombrada en una clase de química sea la que su significado original esté más desfasado. La imagen que a casi todo el mundo le viene a la cabeza cuando piensa en el átomo es la que creó, en 1904, un físico japonés llamado Hantaro Nagaoka. El modelo lo hizo parecido al  planeta Saturno por eso se llamó modelo saturniano.

Imagen 1: Hantaro Nagaoka

Este modelo contrastó con el que proponía J.J. Thomson que era más parecido a esto:

Imagen 2: Modelo atómico de Thomson

Ninguno de esto modelos corresponde al modelo de átomo actual ni al que se pensaba cuando se propuso su existencia.

El concepto de átomo es muy antiguo, ya que filósofos como Leucipo (450 a. de C.) y Demócrito (aprox. 470-380 a. de C.). propusieron la teoría atómica (no hay que olvidar que no apelaron a la experimentación, al igual que todos los filósofos de la época). En el debate de sobre la divisibilidad de la materia había dos posturas: la materia se puede dividir indefinidamente o hay un momento en que la materia ya no se puede dividir más. Lo lógico es pensar lo primero ya que si suponemos que tenemos un pedacito aunque sea muy, muy pequeño de materia siempre podré, aunque sea teóricamente, dividirlo por la mitad. Pero Leucipo y Demócrito defendieron lo contrario: que había unos componentes que formaban la materia que no podían dividirse más. A estos componentes los llamaron átomos que significa «sin partes» o «indivisible».

Como he indicado anteriormente, para muchos filósofos, y especialmente para Aristóteles, la idea de partícula de materia no divisible en otras menores resultaba paradójica, y no la aceptaron. Sin embargo el atomismo nunca murió del todo. Epicuro (342-270 a. de C) lo incorporó a su idea y pensamiento y el poeta Lucrecio expuso la teoría atómica en su poema titulado De Rerum Natura («Sobre la naturaleza de las cosas»).

Tuvimos que esperar hasta el siglo XVIII-XIX para que la idea de átomo resurgiera otra vez con fuerza. Esto fue debido al surgimiento de la química y a la necesidad de explicar las leyes ponderales. Así surgió la teoría atómica de Dalton. Pero hay que recordar que aunque se hablaba de la idea del átomo en química y en física, muchos grandes científicos no creían en ella realmente. Fue a partir de 1905, cuando Albert Einstein publicó su artículo «Sobre el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario» (ver artículo original), que la existencia del átomo empezó a tomar forma definitiva en la mente de todos los científicos.

Pero el significado del concepto de átomo antiguo quedó desfasado cuando se descubrió el electrón (la primera partícula subatómica descubierta) por J.J: Thomson en 1897.

Por tanto, del significado de la palabra «átomo» no podemos aprender algo sobre el átomo actual pero sí de su historia.

Isótopo.

Los isótopos son los átomos del mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por tanto, difieren en número másico. Para entender mejor esto hay que saber ciertas cosas básicas:

El átomo está formado por neutrones y protones, que están situados en el núcleo, y electrones que giran a su alrededor (según el modelo atómico de Rutherford y Bohr).

Un átomo se identifica por su número de protones. Es decir, el hidrógeno tiene 1 protón, el helio 2, el litio 3…el carbono 6… Cada átomo distinto tiene un número de protones determinado y no otro.

Aunque el número de protones sea fijo para un mismo elemento, puede variar el número de electrones y neutrones. Si varía el número de electrones se forman aniones o cationes. Si varía el número de neutrones se forman isótopos de ese mismo elemento. En ambos casos se trata del mismo elemento químico.

El descubrimiento de los isótopos se produjo en parte por pura necesidad. Los avances de la física atómica llevaron al descubrimiento de una serie de elementos, como el Ra, Po, Rn y Ac, que ocuparon fácilmente su correspondiente lugar en la tabla periódica. Pero, parte de ellos, se descubrieron en poco tiempo unos treinta y tanto elementos presuntamente nuevos. Estas nuevas especies recibieron nombre provisionales como emanación del torio, emanación del radio, actinio X, uranio X, torio X, etc., para los elementos que parecían producirlas. Las X denotaban especies desconocidas, que en la mayoría de los casos resultaron ser isótopos de otros elementos. Por ejemplo, el uranio X se comprobó más tarde que era un isótopo del torio. Algunos autores como van der Broek trataron de acomodar los nuevos «elementos» ampliando la tabla. Otros encajaron a la fuerza varias de estas nuevas especies exóticas en un mismo lugar de la tabla. Pero en 1907 el radioquímico estadounidense Herbert McCoy concluyó que el «radio torio es totalmente inseparable del torio mediante procesos químicos». Esta observación se repitió para muchas otras pares de sustancias. La cabal interpretación de tales observaciones fue obra de Frederick Soddy (1877- 1956).

Imagen 3: Frederick Soddy

Para Soddy la inseparabilidad química significaba que se trataba de dos o más formas del mismo elemento. En 1913 acuñó el término «isótopo» para designar a dos o más átomos del mismo elemento, químicamente inseparables, pero de peso atómico diferente. Es decir, que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica. Y de ahí viene su nombre:

isos (igual) + topos (lugar).

Referencias:

• Asimov, I., Cruz, A., & Villena, M. I. (1975). Breve historia de la química. Alianza.
• Bryson, B., & Álvarez, J. M. (2006). Una breve historia de casi todo. RBA.
• Scerri, E. (2013). La tabla periódica: una breve introducción. Alianza.
• Diccionario etimológico: http://etimologias.dechile.net/
• Imagen 1: philsci-archive.pitt.edu
• Imagen 2: quimica.laguia2000.com
• Imagen 3: https://es.wikipedia.org/wiki/Frederick_Soddy

Esta entrada participa en la LIII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog quimidicesnews de @quimidicesnews.