Historia del atomo*DEMOCRITODemocrito desarroll la teora atmica del universo, concebida por su mentor, el filsofoLeucipo. Esta teora, al igual que todas las teoras filosficas griegas, no apoya sus postulados mediante experimentos, sino que se explica mediante razonamientos lgicos. La teora atomstica de Demcrito y Leucipo se puede esquematizar as: Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos, incompresibles e invisibles. Los tomos se diferencian solo en forma y tamao, pero no por cualidades internas. Las propiedades de la materia varian segn el agrupamiento de los tomos.Defiende que toda la materia no es ms que una mezcla de elementos originarios que poseen las caractersticas de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeas y, por tanto, impercetibles para los sentidos, a las que Demcrito llam tomos, trmino griego que significa "que no puede cortarse".Epicuro, filsofo posterior que toma esta teora, modifica la filosofa de Democrito cuando le conviene, pues no acepta eldeterminismoque el atomismo conllevaba en su forma original. Por ello, introduce un elemento deazaren el movimiento de los tomos, una desviacin de la cadena de las causas y efectos, con lo que lalibertadqueda asegurada.Losatomicistaspensaban distinto a loseleatas, pues mientras los eleatas no aceptaban el movimiento como realidad, sino como fenmeno, Leucipo y Demcrito parten de que el movimiento existe en s. Habla por primera vez de la fuerza de lainercia. Demcrito pone como realidades primordiales a los tomos y al vaco, o, como diran los eleatas, al ser y al no ser. Para Demcrito, la realidad est compuesta por dos causas (o elementos): (lo que es), representado por lostomoshomogneos e indivisibles, y (lo que no es), representado por el vaco. Este ltimo es unno-ser no-absoluto,aquello que no es tomo, el elemento que permite la pluralidad de partculas diferenciadas y el espacio en el cual se mueven.Demcrito pensaba y postulaba que lostomosson indivisibles, y se distinguen por forma, tamao, orden y posicin. Se cree que la distincin porpeso, fue introducida porEpicuroaos ms tarde o que Demcrito mencion esta cualidad sin desarrollarla demasiado. Gracias a la forma que tiene cada tomo es que pueden ensamblarse aunque nunca fusionarse (siempre subsiste una cantidad mnima de vaco entre ellos que permite su diferenciacin) y formar cuerpos, que volvern a separarse, quedando libres los tomos de nuevo hasta que se junten con otros. Los tomos de un cuerpo se separan cuando colisionan con otro conjunto de tomos; los tomos que quedan libres chocan con otros y se ensamblan o siguen desplazndose hasta volver a encontrar otro cuerpo.Los tomos estuvieron y estarn siempre en movimiento y son eternos. El movimiento de los tomos en el vaco es un rasgo inherente a ellos, un hecho irreductible a su existencia, infinito, eterno e indestructible.10Al formar los tomos, por necesidad, un vrtice o remolino11(dine), sus colisiones, uniones y separaciones forman los diferentes objetos y seres y la realidad con toda su diversidad. Cada objeto que surge en el universo y cada suceso que se produce, sera el resultado de colisiones o reacciones entre tomos. Aunque la cita "todo cuanto existe es fruto del azar y la necesidad" se atribuye a Demcrito, sus escritos enfatizan en la necesidad11,12al contrario de Epicuro que enfatiz en el azar.13El modelo atomista constituye un claro ejemplo de modelo materialista, dado que el azar y las reacciones en cadena son las nicas formas de interpretarlo.Generalmente, una propuesta, antes de adquirir la condicin deley, parte de ser una mera generalizacin emprica que aspira a alcanzar un requisito crucial: ser explicada. Una vez hecho esto, la estadstica inductiva concreta su idea. Sus premisas dejan de albergar la posibilidad de que la conclusin no se cumpla, y de este modo se constituye la ley.Pues bien, en el caso de Demcrito el desarrollo se invirti. Demcrito comenz ofreciendo unaexplicacina una parcela de larealidadla cual no tuvo la oportunidad de observar, ni, en consecuencia, falsar si hubiese cabido; y verificar como cupo en su momento. Elverificacionismono poda ser un requisito esencial a la hora de dar credibilidad a su explicacin y confeccionarla como ley, y Demcrito era consciente de ello:"La mente del hombre estara formada por tomos esfricos livianos, suaves, refinados10y el cuerpo, por tomos ms pesados. Las percepciones sensibles, tales como la audicin o la visin, son explicables por la interaccin entre los tomos de los efluvios que parten de la cosa percibida y los tomos del receptor. Esto ltimo justifica la relatividad de las sensaciones.""El conocimiento verdadero y profundo es el de los tomos y el vaco, pues son ellos los que generan las apariencias, lo que percibimos, lo superficial."10Las deducciones de Demcrito y los otros filsofos se realizaban desde lalgica, el pensamiento racional, relegaba la relevancia delempirismoa un ltimo plano, y depositaba escasa fe en la experiencia sensorial, es decir la que apreciaba por los sentidos. En su teora delatomismo, explica muy bien el por qu: en el atomismo Demcrito defenda que la materia est compuesta por dos elementos: lo que es, representado por los tomos homogneos e indivisibles; y lo que no es, el vaco, lo que permite que esos tomos adquieran formas, tamaos, rdenes y posiciones, y constituyan as la totalidad de la physis. Demcrito explicaba las percepciones sensibles tales como la audicin o la visin, con la interaccin entre los tomos que emanan desde el objeto percibido hasta los organismos receptores. Esto ltimo es lo que prueba con fuerza la relatividad de las sensaciones.

*DALTONEn 1800, Dalton se convirti en secretario de la Sociedad Literaria y Filosfica de Mnchester, y al ao siguiente dio una serie de conferencias, bajo el ttuloEnsayos experimentales, sobre la constitucin de las mezclas gases; sobre la presin de vapor de agua y otros vapores a diferentes temperaturas, tanto en el vaco como en aire; en evaporacin, y acerca de la expansin trmica de los gases. Estos cuatro artculos fueron publicados en lasMemoriasde la Lit & Phil correspondientes a 1802.El segundo de estos ensayos comienza con una observacin sorprendente:Apenas pueden caber dudas acerca de la reductibilidad de fluidos elsticos de cualquier tipo en lquidos, y no debemos perder la esperanza de conseguirlo aplicando bajas temperaturas y adicionalmente fuertes presiones sobre los gases sin mezclar.Despus de describir los experimentos para determinar lapresin de vaporde agua en varios puntos entre 0 y 100C (32 y 212F), Dalton lleg a la conclusin a partir de las observaciones de la presin de vapor de seis lquidos diferentes, que la variacin de la presin de vapor para todos los lquidos es equivalente, para la misma variacin de la temperatura, determinados a partir de vapor de cualquier presin.5En el cuarto ensayo, Dalton anota:No veo ninguna razn por la que no podamos concluir que todos los fluidos compresibles bajo la misma presin se expanden igualmente por el calor y que para cualquier expansin de mercurio, la correspondiente expansin del aire es proporcionalmente algo menos, a mayor temperatura. Parece, por tanto, es ms probable que las leyes generales de respecto de la cantidad absoluta y la naturaleza del calor sean derivadas de los fluidos elsticos ms que de otras sustancias.Pesos atmicosDalton fue el primero en publicar una tabla depesos atmicosrelativos. Seis elementos aparecen en esta tabla: hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, carbono, azufre y fsforo, atribuyendo convencionalmente al tomo de hidrgeno el peso de una unidad. Dalton no proporciona ninguna indicacin en este primer artculo de cmo haba realizado sus clculos, sin embargo en una entrada de su cuaderno de laboratorio fechada el 6 de septiembre 1803, aparece una lista en la que se establecen los pesos relativos de los tomos de una serie de elementos, que se derivan del anlisis delagua,amoniaco,dixido de carbonoy otros compuestos ya realizados por los qumicos de la poca.Parece, entonces, que al enfrentarse con el problema de calcular el dimetro relativo de los tomos, que tena la conviccin de que eran los componentes bsicos de todos los gases, utiliz los resultados de anlisis qumicos. A partir de la suposicin de que la combinacin se realiza siempre en la forma ms sencilla posible, lleg a la idea de que la combinacin qumica se lleva a cabo entre partculas de diferentes pesos, y es este enfoque experimental lo que diferencia su teora de las especulaciones de losfilsofos atomistasde la antigedad, comoDemcritoyLucrecio.[citarequerida]La extensin de esta idea a las sustancias en general necesariamente lo llev a formular laley de las proporciones mltiples, que fue brillantemente confirmada de forma experimental. Cabe sealar que en un documento sobre la proporcin de los gases o fluidos elsticos que constituyen la atmsfera, ledo por l en noviembre de 1802, la ley de las proporciones mltiples parece ser anticipada en las palabras: Los elementos de oxgeno pueden combinarse con un cierta proporcin de gas nitroso o con el doble de esa parte, pero no por cantidad intermedia, pero hay razones para sospechar que esta frase fue aadida algn tiempo despus de la lectura del documento, que no fue publicado hasta 1805.En su obraUn nuevo sistema de filosofa qumica(1808) los compuestos fueron enumerados como binarios, ternarios, cuaternarios, etc, en funcin del nmero de tomos que el compuesto tena en su forma ms simple, la forma emprica.Plante la hiptesis de que la estructura de los compuestos siempre responde a proporciones que se pueden expresar con nmeros enteros. Por lo tanto, un tomo del elemento X con la combinacin de un tomo del elemento Y es un compuesto binario. Por otra parte, un tomo del elemento X con la combinacin de dos elementos de Y o viceversa, es un compuesto ternario. Aunque no siempre, muchas de los primeras formulaciones de compuestos realizadas por Dalton enUn nuevo sistema de filosofa qumicaresultaron exactas y son las que se usan en la actualidad.Dalton utiliza sus propios smbolos para representar visualmente la estructura atmica de los compuestos. As lo hizo enUn nuevo sistema de filosofa qumicadonde Dalton utiliz esa simbologa para listar los elementos y compuestos ms comunes.Los cinco puntos principales de la teora atmica de Dalton1. Los elementos estn hechos de partculas diminutas llamadas tomos.2. Todos los tomos de un determinado elemento son idnticos.3. Los tomos de un elemento son diferentes de las de cualquier otro elemento, los tomos de elementos diferentes se pueden distinguir unos de otros por sus respectivos pesos atmicos relativos.4. Los tomos de un elemento se combinan con los tomos de otros elementos para formar compuestos qumicos, Un compuesto dado siempre tiene el mismo nmero relativo de tipos de tomos.5. Los tomos no se pueden crear ni dividir en partculas ms pequeas, ni se destruyen en el proceso qumico. Una reaccin qumica simplemente cambia la forma en que los tomos se agrupan.Dalton propuso adicionalemente un principio de mxima simplicidad que encontr resistencia para ser aceptado, ya que no poda ser confirmado de forma independiente:Cuando los tomos se combinan siempre en la misma proporcin, ... se debe presumir que forman una unin binaria, a menos que haya una razn de peso para suponer lo contrario.Esto no era ms que una suposicin derivada de la fe en la simplicidad de la naturaleza. No haba pruebas a disposicin de los cientficos para deducir cuntos tomos de cada elemento se combinan para formar molculas de compuestos. Pero esta o alguna regla de cualquier otro tipo era absolutamente necesaria para el desarrollo cualquier teora incipiente, ya que era necesario presuponer una frmula molecular para calcular los pesos atmicos relativos. En cualquier caso, a Dalton este principio de mxima simplicidad le hizo suponer equivocadamente que la frmula del agua era OH y la del amoniaco NH.A pesar de la incertidumbre en el corazn de la teora atmica de Dalton, los principios de la teora sobrevivieron. Sin duda, la conviccin de que los tomos no se pueden subdividir, crear, o dividirse en partculas ms pequeas cuando se combinan, separan o reorganizan en las reacciones qumicas es incompatible con la existencia de fusin nuclear y fisin nuclear, pero estos procesos son reacciones nucleares y no reacciones qumicas. Adems, la idea de que todos los tomos de un elemento son idnticos en sus propiedades fsicas y qumicas no es exacta: como ahora sabemos los diferentesistoposde un elemento tienen diferentes pesos. A pesar de todo, Dalton haba creado una teora enormemente potente y fructfera. De hecho, la innovacin de Dalton fue tan importante para el futuro de la ciencia como lo sera la misma fundamentacin de la qumica moderna realizada porLavoisier.Postulados de DaltonDalton explic su teora formulando una serie de enunciados simples:11. Lamateriaest formada porpartculasmuy pequeas llamadastomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.2. Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen su propiopesoy cualidades propias. Los tomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.3. Los tomos permanecen sin divisin, an cuando se combinen en lasreacciones qumicas.4. Los tomos, al combinarse para formarcompuestosguardan relaciones simples.5. Los tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar ms de un compuesto.6. Los compuestos qumicos se forman al unirse tomos de dos o ms elementos distintos.xitos del modelo El modelo atmico de Dalton explicaba por qu lassustanciasse combinaban qumicamente entre s slo en ciertasproporciones. Adems el modelo aclaraba que an existiendo una gran variedad de sustancias, estas podan ser explicadas en trminos de una cantidad ms bien pequea de constituyentes elementales oelementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de laqumica orgnicadelsiglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teora combinatoria.

*MENDELEEVEl sistema peridico es la ordenacin de todos los elementos qumicos, naturales, o creados artificialmente.A medida que se perfeccionaron los mtodos de bsqueda, el nmero de elementos qumicos conocidos fue creciendo sin cesar y surgi la necesidad de ordenarlos de alguna manera. Se realizaron varios intentos, pero el intento decisivo lo realiz un cientfico ruso, Mendelyev, que cre lo que hoy se denomina sistema peridico.Mendelyev orden los elementos segn su masa atmica, situando en una misma columna los que tuvieran algo en comn. Al ordenarlos, se dej llevar por dos grandes intuiciones; alter el orden de masas cuando era necesario para ordenarlos segn sus propiedades y se atrevi a dejar huecos, postulando la existencia de elementos desconocidos hasta ahora.En 1869, el rusoDmitri Ivnovich Mendelyevpublic su primera Tabla Peridica enAlemania. Un ao despus lo hizoJulius Lothar Meyer, que bas su clasificacin peridica en la periodicidad de los volmenes atmicos en funcin de lamasa atmicade los elementos.Por sta fecha ya eran conocidos 63elementosde los 90 que existen en la naturaleza. La clasificacin la llevaron a cabo los dos qumicos de acuerdo con los criterios siguientes: Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atmicas. Situaron en el mismo grupo elementos que tenan propiedades comunes como lavalencia. La primera clasificacin peridica de Mendelyev no tuvo buena acogida al principio. Despus de varias modificaciones public en el ao 1872 una nueva Tabla Peridica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada una, que al cabo de los aos se llamaron familia A y B. En su nueva tabla consigna las frmulas generales de loshidrurosyxidosde cada grupo y por tanto, implcitamente, lasvalenciasde esos elementos. Esta tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo ms, el grupo cero, constituido por losgas nobledescubiertos durante esos aos en el aire. El qumico ruso no acept en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos no tenan cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad qumica (valencia cero), se les asign el grupo cero, la Tabla Peridica qued ms completa. El gran mrito de Mendelyev consisti en pronosticar la existencia de elementos. Dej casillas vacas para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizara aos despus. Incluso pronostic las propiedades de algunos de ellos: elgalio(Ga), al que llam ekaaluminio por estar situado debajo delaluminio; elgermanio(Ge), al que llam ekasilicio; elescandio(Sc); y eltecnecio(Tc), que, aislado qumicamente a partir de restos de unsincrotrnen1937, se convirti en el primer elemento producido de forma predominantemente artificial.

La nocin de nmero atmico y la mecnica cuntica La tabla peridica de Mendelyev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las dcadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementosradioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existan para compaginar el criterio de ordenacin por peso atmico creciente y la agrupacin por familias con propiedades qumicas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en las parejas telurioyodo, argnpotasio y cobaltonquel, en las que se hace necesario alterar el criterio de pesos atmicos crecientes en favor de la agrupacin en familias con propiedades qumicas semejantes. Durante algn tiempo, esta cuestin no pudo resolverse satisfactoriamente hasta queHenry Moseley(18671919) realiz un estudio sobre losespectrosderayos Xen 1913. Moseley comprob que al representar laraz cuadradade lafrecuenciade laradiacinen funcin del nmero de orden en el sistema peridico se obtena una recta, lo cual permita pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de laestructura atmica. Hoy sabemos que esa propiedad es elnmero atmico(Z) o nmero decargas positivasdelncleo. La explicacin que aceptamos actualmente de la "ley peridica" descubierta por los qumicos de mediados del siglo pasado surgi tras los desarrollos tericos producidos en el primer tercio delsiglo XX. En el primer tercio del siglo XX se construy lamecnica cuntica. Gracias a estas investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenacin de loselementosen el sistema peridico est relacionada con la estructura electrnica de los tomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades qumicas.

* THOMSONTambin, Thomson examin los rayos positivos y, en 1911, descubri la manera de utilizarlos para separar tomos de diferente masa. El objetivo se consigui desviando los rayos positivos en campos elctricos y magnticos (espectrometra de masas). As descubri que el nen tiene dosistopos(el nen-20 y el nen-22).En la esquina inferior derecha de esta placa fotogrfica hay marcas para los dos istopos del nen: nen - 20 y nen - 22. En 1913, como parte de su exploracin en la composicin de losrayos canales, Thomson canaliz una corriente de nen ionizado mediante un campo magntico y un campo elctrico y midi su desviacin colocando una placa fotogrfica en el camino del rayo. Thomson observ dos parches de luz sobre la placa fotogrfica (ver imagen a la derecha), lo que supone dos parbolas de desviacin. Thomson lleg a la conclusin de que el gas nen se compone de dos tipos de tomos de diferentes masas atmicas (nen-20 y nen-22).Elmodelo atmico de Thomson, es una teora sobre la estructuraatmicapropuesta en 1904 porJoseph John Thomson, descubridor delelectrn1en 1897, mucho antes del descubrimiento delprotny delneutrn. En dicho modelo, eltomoest compuesto porelectronesde carga negativa en un tomo positivo, como unbudin de pasas.2Se pensaba que los electrones se distribuan uniformemente alrededor del tomo. En otras ocasiones, en lugar de una sopa de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva.Dicho modelo fue rebatido tras elexperimento de Rutherford,3cuando se descubri el ncleo del tomo. El modelo siguiente fue elmodelo atmico de Rutherford.4

*RUTHERFORDAntes de la propuesta de Rutherford, los fsicos aceptaban que lascargas elctricasen el tomo tenan una distribucin ms o menos uniforme. Rutherford trat de ver cmo era la dispersin de laspartculas alfapor parte de los tomos de una lmina de oro muy delgada. Los ngulos resultantes de la desviacin de las partculas supuestamente aportaran informacin sobre cmo era la distribucin de carga en los tomos. Era de esperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente segn elmodelo atmico de Thomson, la mayora de las partculas atravesaran la delgada lmina sufriendo slo ligersimas deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayora de las partculas alfa, un nmero importante de estas sufran deflexiones de cerca de 180, es decir, prcticamente salan rebotadas en direccin opuesta a la incidente.Rutherford pens que esta fraccin de partculas rebotadas en direccin opuesta poda ser explicada si se supona la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el tomo. Lamecnica newtonianaen conjuncin con laley de Coulombpredice que el ngulo de deflexin de una partcula alfa relativamente liviana por parte de un tomo de oro ms pesado, depende del "parmetro de impacto" o distancia entre la trayectoria de la partcula y el ncleo:1mportancia del modelo y limitacionesLa importancia del modelo de Rutherford residi en proponer por primera vez la existencia de un ncleo en el tomo (trmino que, paradjicamente, no aparece en sus escritos). Lo que Rutherford consider esencial, para explicar los resultados experimentales, fue "una concentracin de carga" en el centro del tomo, ya que sin ella, no poda explicarse que algunas partculas fueran rebotadas en direccin casi opuesta a la incidente. Este fue un paso crucial en la comprensin de la materia, ya que implicaba la existencia de unncleo atmicodonde se concentraba toda lacarga positivay ms del 99,9% de lamasa. Las estimaciones del ncleo revelaban que el tomo en su mayor parte estaba vaco.Rutherford propuso que loselectronesorbitaran en ese espacio vaco alrededor de un minsculo ncleo atmico, situado en el centro del tomo. Adems se abran varios problemas nuevos que llevaran al descubrimiento de nuevos hechos y teoras al tratar de explicarlos: Por un lado se plante el problema de cmo un conjunto de cargas positivas podan mantenerse unidas en un volumen tan pequeo, hecho que llev posteriormente a la postulacin y descubrimiento de lafuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatrointeracciones fundamentales. Por otro lado exista otra dificultad proveniente de laelectrodinmicaclsica que predice que una partcula cargada y acelerada, como sera el caso de los electrones orbitando alrededor del ncleo, produciraradiacin electromagntica, perdiendo energa y finalmente cayendo sobre el ncleo. Lasleyes de Newton, junto con lasecuaciones de Maxwelldelelectromagnetismoaplicadas al tomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de10 10s, toda la energa del tomo se habra radiado, con la consiguiente cada de los electrones sobre el ncleo.2Se trata, por tanto de un modelo fsicamente inestable, desde el punto de vista de lafsica clsica.Segn Rutherford, las rbitas de los electrones no estn muy bien definidas y forman una estructura compleja alrededor del ncleo, dndole un tamao y forma algo indefinidas. Los resultados de suexperimentole permitieron calcular que elradio atmicoera diez mil veces mayor que el ncleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un tomo est prcticamente vaco.[editar]Modelos posterioresEl modelo atmico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el deBohr. Bohr intent explicarfenomenolgicamenteque slo algunas rbitas de los electrones son posibles. Lo cual dara cuenta de losespectrosde emisin y absorcin de los tomos en forma de bandas discretas.El modelo de Bohr "resolva" formalmente el problema, proveniente de la electrodinmica, postulando que sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por lamecnica cunticasegn la cual la aceleracin promedio del electrn deslocalizado es nula.

La edad oscura del universo

Utilizando la luz del objeto ms distante conocido, los astrnomos han encontrado seales de la primera generacin de tomos del Universo, a ms de 14.000 aos luz de la Tierra.

Las observaciones son las primeras de la llamada "Era Oscura", entre el Big Bang y las primeras estrellas y galaxias visibles, y han sido realizadas por Robert Becker de la University of California, en Davis, y del Lawrence Livermore National Laboratory, Xiaohui Fan del Institute for Advanced Study en Princeton, Michael Strauss de la Princeton University, y Rick White del Space Telescope Science Institute, un equipo de cientficos que trabajan en el programa Sloan Digital Sky Survey. Los estudios marcan el instante cuando la radiacin de las primeras estrellas y cusares se reioniz, lostomosde hidrgeno neutro que llenaron el espacio despus del Big Bang. Lahistoriade estostomoshaba sido territorio desconocido para la cosmologa hasta ahora.

Tanto el espacio como el tiempo y la energa se iniciaron con el Big Bang. A medida que el Universo se enfriaba, la energa se convirti en materia. Los quarks y electrones, y despus los protones y neutrones, aparecieron durante el primer minuto. Pero ante temperaturas de hasta 1.000 millones de grados, el espacio estaba demasiado caliente como para que se formarantomoscompletos. Los cientficos han descubierto que fueron necesarios otros 300.000 aos para que la temperatura bajara lo suficiente y los primerostomosde hidrgeno pudieran aparecer.

Los 500 millones de aos que hay entre la formacin de estos primerostomosy la creacin de los objetos emisores de luz ms distantes permanecan rodeados de misterio (la Edad Oscura). Sabemos, sin embargo, que no todo estaba tranquilo en esta poca. La radiacin csmica de fondo del perodo de formacin de lostomosmuestra que la materia se encontraba distribuida de forma equilibrada a lo largo del Universo. A finales de la Era Oscura, en cambio, la materia se haba reunido en estructuras masivas de miles de millones de masas solares, como los agujeros negros que gobiernan los cusares detectados en las nuevas observaciones.

Por otro lado, mientras el Big Bang cre slo hidrgeno, helio y pequeas cantidades de litio, la luz de los cusares revela la presencia detomosms complejos, incluyendo carbono, nitrgeno, oxgeno y silicio, todos producidos por las estrellas a partir del material primigenio.

A finales de la Edad Oscura, lostomosde hidrgeno fueron ionizados de nuevo (sus electrones fueron arrancados). Esta reionizacin fue producida probablemente por la luz ultravioleta que proceda de los primeros cusares y estrellas. Hasta ahora, el momento de la reionizacin era an incierto.

Contemplar los efectos del hidrgeno neutro en el espectro del cusar ms alejado conocido, nos dice que estamos viendo el Universo cuando las primeras estrellas y cusares empezaron su actividad. Utilizando el telescopio Keck de Mauna Kea, en Hawai, se ha examinado en especial el espectro del cusar J1030+0524, situado a 14.500 millones de aos luz de la Tierra y descubierto en abril pasado.

Nacimiento de la teora atmica modernaArtculo principal:Modelo atmico de DaltonDurante el siglo XVIII y los primeros aos del siglo XIX, en su afn por conocer e interpretar la naturaleza, los cientficos estudiaron intensamente las reacciones qumicas mediante numerosos experimentos. Estos estudios permitieron hallar relaciones muy precisas entre las masas de las sustancias slidas o entre los volmenes de los gases que intervienen en las reacciones qumicas. Las relaciones encontradas se conocen comoleyes de la qumica. Entre las leyes fundamentales de la Qumica, hay algunas que establecen las relaciones entre masas, llamadas leyes gravimtricas y otras que relacionan volmenes, denominadas leyes volumtricas.John Daltondesarroll sumodelo atmico, en la que propona que cada elemento qumico estaba compuesto por tomos iguales y exclusivos, y que aunque eran indivisibles e indestructibles, se podan asociar para formar estructuras ms complejas (los compuestos qumicos). Esta teora tuvo diversos precedentes.El primero fue laley de conservacin de la masa, formulada porAntoine Lavoisieren1789, que afirma que la masa total en una reaccin qumica permanece constante. Esta ley le sugiri a Dalton la idea de que la materia era indestructible.El segundo fue laley de las proporciones definidas. Enunciada por el qumico francsJoseph Louis Prousten 1799, afirma que, en un compuesto, los elementos que lo conforman se combinan en proporciones de masa definidas y caractersticas del compuesto.Dalton estudi y ampli el trabajo de Proust para desarrollar laley de las proporciones mltiples: cuando dos elementos se combinan para originar diferentes compuestos, dada una cantidad fija de uno de ellos, las diferentes cantidades del otro se combinan con dicha cantidad fija para dar como producto los compuestos, estn en relacin de nmeros enteros sencillos.En1803, Dalton public su primera lista de pesos atmicos relativos para cierta cantidad de sustancias. Esto, unido a su rudimentario material, hizo que su tabla fuese muy poco precisa. Por ejemplo, crea que los tomos de oxgeno eran 5,5 veces ms pesados que los tomos de hidrgeno, porque en el agua midi 5,5 gramos de oxgeno por cada gramo de hidrgeno y crea que la frmula del agua era HO (en realidad, un tomo de oxgeno es 16 veces ms pesado que un tomo de hidrgeno).Laley de Avogadrole permiti deducir la naturaleza diatmica de numerosos gases, estudiando los volmenes en los que reaccionaban. Por ejemplo: el hecho de que dos litros de hidrgeno reaccionasen con un litro de oxgeno para producir dos litros de vapor de agua (a presin y temperatura constantes), significaba que una nica molcula de oxgeno se divide en dos para formar dos partculas de agua. De esta forma, Avogadro poda calcular estimaciones ms exactas de la masa atmica del oxgeno y de otros elementos, y estableci la distincin entre molculas y tomos.Ya en 1784, el botnico escocsRobert Brown, haba observado que las partculas depolvoque flotaban en el agua se movan al azar sin ninguna razn aparente. En1905,Albert Einsteintena la teora de que estemovimiento brownianolo causaban las molculas de agua que "bombardeaban" constantemente las partculas, y desarroll un modelo matemtico hipottico para describirlo. El fsico francsJean Perrindemostr experimentalmente este modelo en1911, proporcionando adems la validacin a la teora de partculas (y por extensin, a la teora atmica).

Hasta1897, se crea que los tomos eran la divisin ms pequea de la materia, cuando J.J Thomson descubri elelectrnmediante su experimento con eltubo de rayos catdicos.1El tubo de rayos catdicos que us Thomson era un recipiente cerrado de vidrio, en el cual los doselectrodosestaban separados por un vaco. Cuando se aplica una diferencia de tensin a los electrodos, se generanrayos catdicos, que crean un resplandor fosforescente cuando chocan con el extremo opuesto del tubo de cristal. Mediante la experimentacin, Thomson descubri que los rayos se desviaban al aplicar uncampo elctrico(adems de desviarse con loscampos magnticos, cosa que ya se saba). Afirm que estos rayos, ms queondas, estaban compuestos por partculas cargadas negativamente a las que llam "corpsculos" (ms tarde, otros cientficos las rebautizaran comoelectrones).Thomson crea que los corpsculos surgan de los tomos del electrodo. De esta forma, estipul que los tomos eran divisibles, y que los corpsculos eran sus componentes. Para explicar la carga neutra del tomo, propuso que los corpsculos se distribuan en estructuras anilladas dentro de una nube positiva uniforme; ste era elmodelo atmico de Thomsono "modelo del plum cake".2Ya que se vio que los tomos eran realmente divisibles, los fsicos inventaron ms tarde el trmino "partculas elementales" para designar a las partculas indivisibles.El modelo atmico de Thomson fue refutado en1909por uno de sus estudiantes,Ernest Rutherford, quien descubri que la mayor parte de la masa y de la carga positiva de un tomo estaba concentrada en una fraccin muy pequea de su volumen, que supona que estaba en el mismo centro.En suexperimento,Hans GeigeryErnest Marsdenbombardearonpartculas alfaa travs de una fina lmina deoro(que chocaran con unapantalla fluorescenteque haban colocado rodeando la lmina).3Dada la mnima como masa de los electrones, la elevada masa y momento de las partculas alfa y la distribucin uniforme de la carga positiva del modelo de Thomson, estos cientficos esperaban que todas las partculas alfa atravesasen la lmina de oro sin desviarse, o por el contrario, que fuesen absorbidas. Para su asombro, una pequea fraccin de las partculas alfa sufri una fuerte desviacin. Esto indujo a Rutherford a proponer el modelo planetario del tomo, en el que los electrones orbitaban en el espacio alrededor de un granncleocompacto, a semejanza de los planetas y el Sol.4[editar]Descubrimiento de los istoposEn1913, Thomson canaliz una corriente de iones denena travs de campos magnticos y elctricos, hasta chocar con una placa fotogrfica que haba colocado al otro lado. Observ dos zonas incandescentes en la placa, que revelaban dos trayectorias de desviacin diferentes. Thomson concluy que esto era porque algunos de los iones de nen tenan diferentes masas; as fue como descubri la existencia de losistopos.5[editar]Descubrimiento del neutrnVase tambin:Neutrn#HistoriaEn1918, Rutherford logr partir el ncleo del tomo al bombardear gas nitrgeno con partculas alfa, y observ que el gas emita ncleos de hidrgeno. Rutherford concluy que los ncleos de hidrgeno procedan de los ncleos de los mismos tomos de nitrgeno.6Ms tarde descubri que la carga positiva de cualquier tomo equivala siempre a un nmero entero de ncleos de hidrgeno. Esto, junto con el hecho de que el hidrgeno el elemento ms ligero tena una masa atmica de 1, le llev a afirmar que los ncleos de hidrgeno eran partculas singulares, constituyentes bsicos de todos los ncleos atmicos: se haba descubierto elprotn. Un experimento posterior de Rutherford mostr que la masa nuclear de la mayora de los tomos superaba a la de los protones que tena. Por tanto, postul la existencia de partculas sin carga, hasta entonces desconocidas ms tarde llamadas neutrones, de donde provendra este exceso de masa.En1928,Walther Botheobserv que elberilioemita una radiacin elctricamente neutra cuando se le bombardeaba con partculas alfa. En1932,James Chadwickexpuso diversos elementos a esta radiacin y dedujo que sta estaba compuesta por partculas elctricamente neutras con una masa similar la de un protn.7Chadwick llam a estas partculas "neutrones".james chadwickEl descubrimiento de los neutrones no fue descubierta hasta el 1.932 por James Chadwick, la dificultad de su descubrimiento deba a que sta partcula careca de carga elctrica. Su descubrimiento resolvi el problemas de la radiacin alfa y una mejora del modelo atmico de Rutherford, que qued completado en los siguientes trminos:

Los tomos constan de ncleos muy pequeos y sumamente densos, rodeados de una nube de electrones a distancias relativamente grandes de los ncleos.Todos los ncleos contienen protones.los ncleos de todos los tomos, con excepcin de la forma ms comn de hidrgeno, tambin contienen neutrones.

BOHRBohrse bas en eltomodehidrgenopara hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atmico capaz de explicar la estabilidad de lamateriay los espectros de emisin y absorcin discretos que se observan en losgases. Describi eltomode hidrgeno con unprotnen el ncleo, y girando a su alrededor un electrn. El modelo atmico de Bohr parta conceptualmente delmodelo atmico de Rutherfordy de las incipientes ideas sobre cuantizacin que haban surgido unos aos antes con las investigaciones deMax PlanckyAlbert Einstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todava utilizado frecuentemente como una simplificacin de la estructura de la materia.En este modelo los electrones giran en rbitascircularesalrededor del ncleo, ocupando la rbita de menor energa posible, o la rbita ms cercana posible al ncleo. Elelectromagnetismoclsico predeca que una partcula cargada movindose de forma circular emitira energa por lo que los electrones deberan colapsar sobre el ncleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podan mover en rbitas especficas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energtico. Cada rbita puede entonces identificarse mediante un nmero enteronque toma valores desde 1 en adelante. Este nmero "n" recibe el nombre deNmero Cuntico Principal.Bohr supuso adems que elmomento angularde cada electrn estaba cuantizado y slo poda variar en fracciones enteras de laconstante de Planck. De acuerdo al nmero cuntico principal calcul las distancias a las cuales se hallaba del ncleo cada una de las rbitas permitidas en el tomo de hidrgeno.Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la "K" y terminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrnicos se ordenaron por nmeros. Cada rbita tiene electrones con distintos niveles de energa obtenida que despus se tiene que liberar y por esa razn el electrn va saltando de una rbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la energa que posea, para liberarse sin problema y de nuevo volver a su rbita de origen.Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podra ser explicado algunos aos ms tarde gracias almodelo atmico de Sommerfeld. Histricamente el desarrollo del modelo atmico de Bohr junto con ladualidad onda-corpsculopermitira aErwin Schrdingerdescubrir la ecuacin fundamental de la mecnica cuntica.

El modelo planetario del tomo tena sus defectos. En primer lugar, segn lafrmula de Larmordelelectromagnetismo clsico, unacarga elctricaen aceleracin emiteondas electromagnticas, y una carga en rbita ira perdiendo energa y describira unaespiralhasta acabar cayendo en el ncleo. Otro fenmeno que el modelo no explicaba era por qu los tomos excitados slo emiten luz con ciertosespectros discretos.Lateora cunticarevolucion la fsica de comienzos delsiglo XX, cuandoMax PlanckyAlbert Einsteinpostularon que se emite o absorbe una leve cantidad de energa en cantidades fijas llamadascuantos. En1913,Niels Bohrincorpor esta idea a sumodelo atmico, en el que los electrones slo podran orbitar alrededor del ncleo en rbitas circulares determinadas, con una energa y unmomento angularfijos, y siendo proporcionales las distancias del ncleo a los respectivos niveles de energa.8Segn este modelo, los tomos no podran describir espirales hacia el ncleo porque no podran perder energa de manera continua; en cambio, slo podran realizar "saltos cunticos" instantneos entre losniveles fijos de energa.9Cuando esto ocurre, el tomo absorbe o emite luz a una frecuencia proporcional a la diferencia de energa (y de ah la absorcin y emisin de luz en los espectros discretos).9Arnold Sommerfeldampli el tomo de Bohr en1916para incluir rbitas elpticas, utilizando una cuantificacin de momento generalizado.El modelo de Bohr-Sommerfeldad hocera muy difcil de utilizar, pero a cambio haca increbles predicciones de acuerdo con ciertas propiedades espectrales. Sin embargo, era incapaz de explicar los tomos multielectrnicos, predecir la tasa de transicin o describir las estructuras finas e hiperfinas.En1924,Louis de Brogliepropuso que todos los objetos particularmente las partculas subatmicas, como los electronespodan tenerpropiedades deondas.Erwin Schrdinger, fascinado por esta idea, investig si el movimiento de un electrn en un tomo se podra explicar mejor como onda que como partcula. Laecuacin de Schrdinger, publicada en 1926,10describe al electrn como una funcin de onda en lugar de como una partcula, y predijo muchos de los fenmenos espectrales que el modelo de Bohr no poda explicar. Aunque este concepto era matemticamente correcto, era difcil de visualizar, y tuvo sus detractores.11Uno de sus crticos,Max Born, dijo que la funcin de onda de Schrdinger no describa el electrn, pero s a muchos de sus posibles estados, y de esta forma se podra usar para calcular la probabilidad de encontrar un electrn en cualquier posicin dada alrededor del ncleo.12En1927,Werner Heisenbergindic que, puesto que una funcin de onda est determinada por el tiempo y la posicin, es imposible obtener simultneamente valores precisos tanto para la posicin como para el momento de la partcula para cualquier punto dado en el tiempo.13Este principio fue conocido comoprincipio de incertidumbre de Heisenberg.