¿Qué es un átomo?

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que puede existir sola o en combinación y que no es divisible por medios químicos.

Una de las diminutas partículas indivisibles que, de acuerdo a las antiguas teorías materialistas, componen el universo. Según los filósofos griegos de hace unos 2 500 años, los átomos son las porciones más pequeñas de materia consideradas como indivisibles. 

La palabra átomo fue introducida por el filósofo griego Demócrito (¿460-370? a. C.)

‘Átomo’ procede de ἄτομος (‘átomos’, originalmente, un adjetivo), cuyo neutro es ἄτομον (átomon), término que Demócrito, Platón y Aristóteles dieron el significado de “que no se puede cortar o seccionar, indivisible”.

Otros sentidos que tuvo la palabra ἄτομος

A) ‘no cortada o segada’, en referencia a una pradera (en Sófocles).

B) ‘la barba de un hombre que no se ha cortado’. En Ephippus, un cómico y poeta griego del siglo —IV, cuyos datos biográficos sólo se conocen por menciones de otros escritores. 

C) ‘corpúsculo indivisible de la materia’, átomo’, en escritos de Plutarco, siglos I-II d. C.

D) hablando del tiempo, un instante tan corto, que no se puede dividir (Aristóteles). En la versión griega de la Biblia, Primera de Corintios 15, 52, se puede leer: έν ἀτόμᾠ (en atomo), en un instante (versión castellana: “en un momento, en un abrir y cerrar de ojos, a la final trompeta…”.

Átomo en latín clásico, tardío y medieval

Nuestra actual palabra átomo la tomó el español del latín. El orador y escritor romano Cicerón (siglos II-I antes de Cristo) introdujo el término griego ἄτομος al latín bajo la forma ătŏmos, con el significado de ‘corpŭsculum’ (cuerpo diminuto), ‘un pequeño e indivisible constituyente de la materia’, ‘un átomo’ (igual que Plutarco). Plinio el Viejo (s. I después de Cristo) usó el término con el significado de ‘indiviso’, ‘no dividido’. También el filósofo romano Lucrecio (siglo I a. C.) menciona la palabra en su obra De rerum natura o ‘Sobre la naturaleza de las cosas’, donde defiende el atomismo de Demócrito (¿460-370? a. C.) . Tertuliano (siglos II-III después de Cristo) escribe ătŏmos con la idea de ‘en un momento’. Es tan poco el tiempo que hay que esperar, que no es posible dividirlo en instantes menores.

Algunos datos biográficos de Demócrito

Nació en Abdera, Tracia, frente al mar Egeo. Un antiguo filósofo griego que publicó obras sobre ética, matemáticas, física, medicina, música y cosmología; pero por desgracia, solo se conservan algunos de sus manuscritos. Sin embargo, es más conocido por especulaciones sobre física, particularmente por su teoría atómica que desarrolló a partir de las ideas de su maestro Leucipo, que consideraban al mundo constituido por un número infinito de ἄτομος (‘átomos eternos’), cuyas diferentes características y combinaciones aleatorias determinaban las variadas propiedades y cualidades de todo cuanto existe en el mundo, incluyendo el alma. Según algunos, conocido como “el filósofo risueño del mundo antiguo” por su sonrisa irónica o burlona ante la ignorancia del mundo.

 

Componentes del término ἄτομος

1- El prefijo griego ἀ-, ἀν- (a-, an-), que indica ‘carencia’, ‘negación’, presente en muchos términos de uso actual: apnea (que no respira), acéfalo (sin cabeza), anómalo (que no es normal), anestesia (que elimina las sensaciones), áptero (sin alas), ápodo (sin patas). Equivale a in- en latín como en las voces: inmoral, inquieto, inmediato, intolerante, incesante (que no cesa), inútil, inmóvil (que no se mueve), innecesario (que no se necesita). Un- en inglés (unarmed, ‘desarmado’; unaided, ‘sin ayuda’; unaware, ‘inconsciente’; uncut, ‘sin cortar’). Y Un- en alemán (unbefugt, ‘desautorizado’; unberechenbar, ‘incalculable; Undank, ‘ingratitud’; unbewohnt, ‘inhabitado’; unecht, ‘no verdadero’, ‘falso’; unblutig, ‘incruento’, ‘sin derramar sangre’. Estos prefijos se relacionan con la raíz indoeuropea *n̥- que indica negación, también vinculada a palabras como: nunca, negativo, necio, nulo, ninguno, etc.

2- El nombre de acción o verbal τομή = tom(ḗ), ‘corte’, especialmente hecho por extirpación o ablación; ‘la acción de cortar’; ‘la poda de la vid’; ‘operación quirúrgica para extirpación’ (Hipócrates); ‘tratamiento por corte y cauterización’, especialmente en la castración. En matemáticas, ‘una sección’ ‘la línea en la cual dos planos se cortan uno al otro (Euclides, Aristóteles); ‘la incisión o división entre el cuerpo y la cabeza de un insecto‘, de donde su nombre ἔντομα éntoma, que derivó en las voces: entomología, entomófago, entomófilo, entomólogo.

El vocablo τομή deriva a su vez del verbo τέμνειν = témnein (cortar, seccionar, de donde la palabra anatomía). Es término asociado la raíz indoeuropea *tem- o *temə- y su forma antigua *temh₂‑, ‘cortar’ (en Pokorny p. 1062). Raíz también relacionada con otras palabras, por ejemplo, templo, templario, contemplar, diatomea, acrotomofilia (sentirse atraído por alguien que tiene un miembro amputado, de acro-, ‘extremidad’, -tomo-, ‘cortado’, ‘amputado’, -filia, ‘atracción’).

Atomismo

Según se ha dicho, la palabra átomo surgió como producto de reflexiones filosóficas de la antigüedad, que en su conjunto reciben el nombre de “atomismo”, o sea, “la teoría (-ismo) que considera al universo físico o físico y mental, hecho de partículas diminutas, simples, indivisibles, indestructibles y eternas, llamadas átomos”.

El atomismo fue fundado por Leucipo, pero su discípulo Demócrito complementó y robusteció las ideas. Él imaginó a los átomos como partículas pequeñas y duras compuestas por la misma sustancia, pero de diferente forma y tamaño. En el siglo —III, Epicuro (341-270), otro filósofo griego retomó las ideas de Demócrito sobre los átomos.

En la Edad Media (ss. V-XV), el tema de los átomos fue casi totalmente ignorado, debido en parte a que el atomismo había sido rechazado por Aristóteles, filósofo cuyas ideas prevalecieron en la filosofía y la ciencia durante ese largo periodo. Sin embargo, las ideas sobre el átomo sobrevivieron. Durante los XVI-XVII, pioneros de la nueva ciencia como el francés Francis Bacon el inglés Newton y el Italiano Galileo creían en el atomismo, pero poco contribuyeron a su desarrollo.

El paso de las consideraciones filosóficas a las ciencias experimentales

Sin embargo, por más de 2000 años, esta teoría permaneció como una mera o simple concepción filosófica. Fue hasta el siglo XVII que tomó la forma de una auténtica teoría científica. Se considera el iniciador de este cambio al químico, físico, religioso y alquimista irlandés Robert Boyle (1627-1691), quien además hizo experimentos sobre el aire, el vacío, la combustión y la respiración. También propuso el concepto de elemento como el límite del análisis químico, en su publicación de 1661 Sceptical Chymist (El químico escéptico).

Una centuria después, el químico francés Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) demostró la existencia de unos 30 elementos más que al combinarse originan diversas sustancias.

Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr

Luego vinieron más investigaciones con el químico inglés John Dalton (1766-1844), quien en su teoría sobre los átomos, reconoció que toda la materia está hecha de la combinación de átomos, idénticos en cada elemento. Sir Joseph John Thomson (1856-1940), físico inglés, el descubridor del electrón (año 1897) a finales del siglo XIX (premio Nobel), elaboró el primer modelo del átomo el año 1898, aunque esta descripción estaba lejos de lo correcto.

Ernest Rutherford (1871-1937), físico británico de origen neozelandés, concibió al átomo como un universo en miniatura, cuya masa se concentra casi en su totalidad en el núcleo con carga positiva rodeado por una nube de ligeros electrones, como si fueran planetas. Su asistente Niels Henrik David Bohr (1885-1962) aplicó (en 1913) a esta explicación los principios de la teoría cuántica, surgiendo el concepto del ‘átomo de Rutherford-Bohr’, lo que marcó el nacimiento de la física nuclear. En fin, resulta imposible mencionar a todos los grandes científicos que han llevado al actual conocimiento del átomo.

La estructura del átomo

Una explicación extremadamente sencilla, nos permite afirmar que dentro de su pequeñez, los átomos consisten de partículas subatómicas más diminutas, que son de tres tipos básicos: protones y neutrones (agrupados en el núcleo), así como los electrones. Cada átomo tiene un número definido de ellos. Un protón tiene ¡una masa igual a 1836 electrones!

El núcleo es una región exageradamente pequeña en el centro. Si, por ejemplo, un átomo de hidrógeno tuviera un diámetro de unos 6,4 km, su núcleo debería ser no mayor que una pelota de tenis, o sea 6-7 cm de diámetro. El resto del átomo, fuera del núcleo, es un ‘inmenso espacio vacío’. Los electrones giran a través de este espacio completando miles de millones de ‘viajes’ en torno al núcleo cada millonésima de segundo. La fantástica velocidad de los electrones, hace que los átomos se comporten como si fueran sólidos. (March)*.

Consideraciones adicionales

Otras maneras de definir al ‘átomo’

Es la unidad más pequeña en la que la materia puede ser dividida, sin liberar partículas con carga eléctrica. O también, la unidad más pequeña de materia con las características propias de un elemento.

Hoy se sabe que un átomo consiste en su mayor parte de espacio vacío y varias partículas constituyentes. En el centro está un núcleo denso que contiene protones y neutrones (excepto en el hidrógeno que sólo contiene un protón). Las partículas del núcleo o nucleones son muy pequeñas, pero muy muy masivas, por ello, representan más del 99,9% de la masa total de un átomo (de manera análoga al Sol, que contiene alrededor del 99,84% de la masa del Sistema Solar); aunque el núcleo atómico solamente representa 10^-14 de su volumen total. Los nucleones permanecen unidos para formar el núcleo, debido a una fuerza de atracción que ellos ejercen entre sí.

Las dimensiones del átomo

Son algo variables, pero en promedio, puede considerarse que miden un ángstrom (Å), es decir, una diezmillonésima de milímetro o la diezmilmillonésima de metro (10⁻¹⁰). Si el cabello humano mide unas 80 micras de diámetro, entonces caben unos 800 000 átomos en línea. Un gramo de hidrógeno contiene alrededor de 10²³ átomos, que expresados en su forma decimal son 600 000 000 000 000 000 000 000 (¡600 000 trillones!). Datos tomados de Tillery et al.**

Cantidad de átomos en el universo

Si en un gramo de hidrógeno se encuentra esta descomunal cantidad de átomos. Sencillamente no es posible tener una idea del número existente en todo el cosmos, si tan sólo partimos del hecho que hay billones y billones de estrellas con una enorme masa (nuestro Sol tiene, por ejemplo, 333 000 veces la masa de la Tierra, y en su volumen cabrían más de un millón de tierras), y que más del 75% de la materia estelar es hidrógeno, entonces me resulta imposible tan sólo imaginar ese número. Pero no olvidemos que nada más estamos considerando los átomos de hidrógeno, el elemento más abundante del universo ¿Y si pensamos en los demás elementos?

Lecturas recomendadas:

*March H. Robert. 1998. Atom. The worldbook Encyclopedia. Vol 1 pp. 870-877. U. S. A. Edición impresa.

**Tillery W. Bill et al. 2007. Integrated Science. Fourth Edition. pp. 179-195. U. S. A. Edición impresa.

Jesús Gerardo Treviño Rodríguez. 21 de julio de 2021.