Atom.—(Gr. corte; a privativo, y tiempo, cortar; indivisible). Principalmente, la partícula de materia más pequeña que pueda existir; la división última y más pequeña de la materia; en física, a veces la partícula más pequeña a la que teóricamente se puede reducir una sustancia; en química, la partícula más pequeña de materia que puede existir en combinación con otros átomos formando o constituyendo moléculas. Los filósofos antiguos sostenían dos doctrinas opuestas sobre la constitución de la materia. Una era que la materia era infinitamente divisible sin perder sus propiedades distintivas e individuales. Esta es la doctrina de la continuidad u homeomería. Anaxágoras es considerado el fundador de esta visión de la constitución de las cosas. Según él, ninguna sustancia, como la madera o el agua, mediante ningún proceso de subdivisión, por muy lejos que pueda ser transportada, puede convertirse en otra cosa que una masa de madera o agua. La subdivisión infinita no alcanzaría su límite de divisibilidad. Demócrito y otros sostuvieron que había partículas últimas de materia que eran indivisibles y que se llamaban átomos. Ésta es la doctrina de la atomicidad, sostenida por Epicuro y ampliada por Lucrecio en su “De Rerum Natura”. Los primeros atomistas sostenían que los átomos no estaban en contacto, pero que existían vacíos entre ellos, afirmando que de otro modo el movimiento sería imposible. Entre los modernos, Descartes y Spinoza se adhirieron a la continuidad. Leibnitz defendió la atomicidad y Boscovich llegó al último extremo de la teoría y definió a los átomos como centros de fuerza, negándoles el atributo de impenetrabilidad.
MOLÉCULA Y ÁTOMO.—La ciencia moderna sostiene que la materia no es infinitamente divisible; que hay una partícula última de cada sustancia. Si esta partícula se rompe, esa forma particular de materia será destruida. Esta partícula es la molécula. Está compuesto por otra división de la materia llamada átomo. Generalmente, probablemente siempre, una molécula está formada por varios átomos. Los átomos se unen para formar moléculas y no pueden existir excepto como constituyentes de moléculas. Si una molécula de cualquier sustancia se rompiera, la sustancia dejaría de existir y sus átomos constituyentes pasarían a formarse o entrar en alguna otra molécula o moléculas. Existe una tendencia a considerar la molécula de la ciencia moderna como idéntica al átomo de los antiguos filósofos; pero la teoría atómica moderna ha dado a la molécula un estatus diferente al del átomo antiguo. Átomo, tal como se usa en las ciencias naturales, tiene un significado específico basado en la teoría de la química. Este significado ha sido modificado por trabajos recientes en el campo de la radiactividad, pero lo siguiente servirá como definición. Es la partícula más pequeña de un elemento que puede existir en un compuesto. Un átomo no puede existir solo como tal. Los átomos se combinan entre sí para formar moléculas. La molécula es la partícula de materia más pequeña que puede existir sin perder sus propiedades distintivas. Se corresponde bastante estrechamente con el antiguo átomo epicúreo. El átomo moderno es una concepción enteramente nueva. La química enseña que las miles de formas de materia que existen en la Tierra, de variedad casi infinita, pueden descomponerse en unas ochenta sustancias, inalterables por procesos químicos y que poseen espectros definidos. Estas sustancias se llaman elementos. Los metales, hierro, oro, plata y otros, azufre y carbono, son ejemplos familiares de elementos. La masa de un elemento se forma a partir de una colección de moléculas. Cada molécula de un elemento por regla general está compuesta por dos átomos. Los elementos se combinan para formar sustancias compuestas de varios números de átomos en la molécula. El agua es un ejemplo de sustancia compuesta o compuesto químico. Su molécula contiene tres átomos; dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Si se mezclara una cantidad de estos dos elementos, el resultado sería una mezcla mecánica de las moléculas de los dos. Pero si se hiciera actuar el calor, o alguna otra causa adecuada, se produciría una acción química y las moléculas, al dividirse, combinarían átomo con átomo. Parte de una molécula de oxígeno (un átomo) se combinaría con parte de dos moléculas de hidrógeno (dos átomos). El resultado sería la producción de una cantidad de moléculas de agua. Cada molécula de agua contiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. La división de las moléculas elementales en átomos es sincrónica con su combinación en moléculas, de modo que un átomo nunca existe solo. Las moléculas de los elementos oxígeno e hidrógeno han desaparecido y en su lugar hay moléculas de agua.
INVARIABILIDAD DE LA COMPOSICIÓN.—La invariabilidad de la composición en peso de los compuestos químicos es una ley fundamental de la química. Así, el agua en todas las circunstancias está compuesta por un 88.88% de oxígeno y un 11.11% de hidrógeno. Esto establece una relación entre los pesos de los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula de agua, que es de 1:8. El oxígeno y el hidrógeno son gaseosos en condiciones normales. Si se descompone el agua y se recogen y miden los gases, siempre habrá dos volúmenes de hidrógeno por uno de oxígeno. Esto ilustra otra ley fundamental: la invariabilidad de la composición por volumen gaseoso de los compuestos químicos. De la composición en volumen del agua se considera que su molécula está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, suponiendo que en un volumen dado de cualquier gas exista el mismo número de moléculas. Como hay dos átomos en las moléculas de ambos elementos, lo anterior se puede expresar de una manera más popular así: los átomos de hidrógeno y oxígeno ocupan el mismo espacio. La relación mencionada anteriormente, de 1:8, es por tanto la relación entre dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. De ello se deduce que la proporción de un átomo de hidrógeno a un átomo de oxígeno es 1:16. Los números 1 y 16 así determinados son los pesos atómicos del hidrógeno y el oxígeno respectivamente. Estrictamente hablando, no son pesos en absoluto, sólo números que expresan la relación de pesos. Los pesos atómicos se determinan para todos los elementos, basándose en varias consideraciones, como las descritas para los átomos de oxígeno e hidrógeno. Así el término átomo Indica no sólo los constituyentes de las moléculas, sino que tiene un significado cuantitativo, la parte proporcional del elemento que forma parte de los compuestos. La suma de los pesos de los átomos de una molécula es el peso molecular de la sustancia. Así, el peso molecular del agua es la suma de los pesos de dos átomos de hidrógeno, que son dos, y de un átomo de oxígeno, que es dieciséis, un total de dieciocho. Si dividimos el peso molecular de un compuesto por el peso atómico de los átomos de cualquier elemento en su molécula, nos dará la proporción del elemento en el compuesto. Tomando de nuevo el agua, si dividimos su peso molecular, 18, por el peso de los átomos de hidrógeno en su molécula, 2, obtenemos la fracción 2/18 que expresa la proporción de hidrógeno en el agua. El mismo proceso da la proporción de oxígeno en el agua como 16/18.
Cada elemento tiene su propio peso atómico y la invariabilidad de la composición química en peso se explica por la invariabilidad de los pesos atómicos de los elementos. En todos los libros de texto de química se dan tablas de los pesos atómicos de los elementos. Las relaciones de los pesos atómicos entre sí son varias. El átomo de menor peso es el átomo de hidrógeno. Generalmente se toma como uno, que es casi su valor exacto si se toma el oxígeno como dieciséis. Sobre esta base, una cuarta parte de los demás elementos tendrán pesos atómicos que son números enteros. Esto indica una notable simplicidad en la relación de pesos, que se lleva a cabo por el estrecho acercamiento del resto de los elementos a la misma condición, en cuanto a sus pesos atómicos. El rango de pesos atómicos es estrecho. La del hidrógeno es 1.008; la del uranio, 238.3. Este último es el más pesado de todos. Entre estos se encuentran todos los demás pesos atómicos. Muchos de los elementos se parecen entre sí en sus relaciones químicas. Podría parecer que los más cercanos entre sí en peso atómico deberían tener propiedades similares. Este no es el caso. Si se escriben los elementos en el orden de sus pesos atómicos, comenzando por el más ligero y terminando por el más pesado, se encontrará que la posición de un elemento en la serie indicará con bastante claridad sus propiedades. Se encontrará que los elementos están ordenados en la lista de manera que cualquier elemento estará relacionado en cuanto a sus propiedades químicas con el elemento que se encuentra a ocho lugares de él. Esta relación puede expresarse así: las propiedades de un elemento son una función periódica de su peso atómico.
TABLA DE MENDELEEFF.—Esta relación se llama Mendeleeff. Ley, de uno de los dos químicos que lo desarrollaron de forma independiente. Como antes se dijo, los elementos pueden escribirse en el orden de sus pesos atómicos, pero en ocho columnas verticales. A lo largo de la línea superior se escriben los ocho elementos de pesos atómicos más ligeros en el orden de sus pesos, seguidos en la segunda línea por los ocho siguientes, también en el orden de sus pesos atómicos. Obviamente, esta disposición, cuando se lleva a cabo, separa los elementos con ocho pesos atómicos, formando columnas verticales. Se encontrará que todos los elementos de cualquier columna vertical tienen propiedades químicas similares. Cuando Mendeleeff distinguió su tabla, se supuso que aún quedaban varios elementos por descubrir. La tabla también mostraba claramente ciertas relaciones numéricas de los pesos atómicos. Estos, junto con otros factores, provocaron que dejara espacios en blanco en su tabla, que ninguno de los elementos conocidos podía llenar. Para estos lugares se supusieron elementos hipotéticos, cuyas propiedades generales y pesos atómicos fueron declarados por él. Uno a uno se han ido descubriendo estos elementos, de modo que la teoría de Mendeleeff Ley predijo la existencia de elementos que luego serían descubiertos. Estos descubrimientos de elementos predichos constituyen uno de los mayores triunfos de la ciencia química. Hasta hace muy poco tiempo, el átomo era tratado como la división más pequeña de la materia, aunque durante mucho tiempo se ha considerado posible la posibilidad de la transmutación de los elementos de alguna manera, o en algún grado. Se conjeturó que todos los elementos podrían estar compuestos de una sola sustancia, para lo cual se acuñó el nombre de protilo, que significa primer material. Esto parecía entrar en conflicto con la definición aceptada del átomo, ya que protilo indicaba algo anterior o anterior a él. La idea quedó en suspenso, ya que había poco terreno para construir una teoría que la incluyera. Descubrimientos recientes han resucitado esta teoría que nunca se abandonó del todo; El protilo parece haber sido descubierto y el átomo ha dejado de ocupar su lugar como división última de la materia.
CORPUSCULOS.—La teoría más reciente sostiene que el átomo es compuesto y está formado por partículas aún más pequeñas, llamadas corpúsculos. En lo que respecta a los procesos ordinarios de la química, el átomo permanece como estaba. Pero las investigaciones en el campo de la radiactividad, en gran parte física y en parte química, demuestran que el átomo, formado por corpúsculos como se dijo anteriormente, depende para su peso atómico del número de corpúsculos que contiene, y estos corpúsculos son todos idénticos en naturaleza. . En estos corpúsculos tenemos el primer material, o protilo. De ello se deduce que la única diferencia entre átomos de diferentes elementos está en el número de corpúsculos que contienen. Cualquier proceso que cambiara el número de corpúsculos en los átomos de un elemento cambiaría el elemento en otro, llevando a cabo así la transmutación de elementos. Hasta ahora se acepta como efectuada una transmutación. Los experimentos con radiactividad van a demostrar que algunos elementos, en particular el radio, proyectan al espacio partículas de dimensiones inconcebibles. Estas partículas tienen a veces la mitad de la velocidad de la luz. Se llaman corpúsculos. El corpúsculo se define a veces como una partícula de electricidad negativa, lo cual, en el estado actual del conocimiento eléctrico, es una definición muy imperfecta. Todos están electrificados negativamente y, por tanto, se repelen entre sí. La condición de equilibrio de grupos de tales partículas, si se mantienen cerca unas de otras por otra fuerza externa, ha sido investigada por el Prof. J. J. Thomson y sus investigaciones sientan las bases para una teoría de la constitución de los átomos. Así, supongamos que un átomo consta de varios corpúsculos, que no se tocan entre sí, todos electrificados negativamente de modo que se repelen entre sí y mantenidos dentro de los límites del átomo por lo que podría denominarse una capa de fuerza de atracción. El profesor Thomson demuestra que tales partículas, en las condiciones descritas anteriormente, se organizan en grupos de distinta disposición, dependiendo estos últimos de su número. Si el número de partículas de un grupo aumenta progresivamente, se producirá una recurrencia periódica de agrupamientos. Supongamos un grupo de cinco partículas. Estos formarán un grupo de forma definida. Si se agregan más partículas al grupo, las primeras adiciones harán que el grupo de cinco desaparezca, tomando otros grupos su lugar, hasta que el número llegue a quince, cuando reaparecerá el grupo original de cinco, rodeado por las otras diez partículas. Al añadir más partículas, el grupo cinco y diez desaparecen, para ser sucedidos por otros, hasta llegar al número de treinta. En este punto reaparecen el grupo original de cinco y el grupo de diez, con un nuevo grupo de quince. La misma recurrencia de agrupamientos se produce con cuarenta y siete y sesenta y siete partículas. Esto da las líneas generales de una explicación de la ley periódica. Si se toma cualquier número de partículas, éstas mostrarán agrupaciones características del número y sujetas a reapariciones periódicas a medida que el número aumenta. Esta reaparición de agrupaciones es exactamente comparable a los fenómenos de la ley periódica. Es la reaparición de propiedades similares a intervalos periódicos. La teoría corpuscular también explica la variación de los elementos en el peso atómico. Se supone que todos los corpúsculos son iguales, de modo que el peso de un átomo dependería de cuántos corpúsculos se necesitaran para formarlo. Así, un átomo de oxígeno contendría dieciséis veces más corpúsculos que un átomo de hidrógeno, y pesaría sólo una decimosexta parte. El peso de un átomo de hidrógeno se ha calculado aproximadamente expresado por el decimal, 34 precedido por trece cifras, de un gramo. Esto significa que treinta y cuatro mil millones de millones de átomos de hidrógeno pesarían en conjunto un gramo. Estos cálculos se basan en la determinación de la carga eléctrica de los corpúsculos. Los corpúsculos se calculan en aproximadamente una milésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno. El profesor Oliver Lodge hace la siguiente comparación: si una iglesia de tamaño normal representara un átomo, mil granos de arena que se precipitaran por su interior a enorme velocidad representarían sus corpúsculos constituyentes. Cuando los átomos se unen para formar moléculas, se dice que se saturan entre sí. Los elementos varían en el poder saturante de sus átomos. El poder saturante se llama atomicidad o valencia. Algunos elementos tienen valencia uno y se denominan mónadas. Una mónada puede saturar una mónada. Otros se denominan díadas y tienen una valencia de dos; se requieren dos mónadas para saturar una díada, mientras que una díada puede saturar a otra díada.
T. O'CONOR SLOANE