II. UN VISTAZO AL ATOMISMO QUÍMICO

PARA entender el lugar que ocupa el cuark en las teorías actuales de la ciencia, echemos una ojeada a la historia del átomo, indivisible partícula con la cual se forma la materia.

Ya mencionamos a Demócrito y sus átomos de aire, fuego, agua y tierra. Platón tenía sus propias ideas sobre la constitución de la materia e imaginó que a estos cuatro elementos corresponderían los poliedros regulares: el tetraedro formaría el fuego y el octaedro, que puede descomponerse en dos tetraedros, sería el constituyente del aire; además, el cubo formaría la tierra y el icosaedro el agua. De los cinco poliedros regulares quedaría suelto el de doce caras iguales: el dodecaedro, que representaría al Universo como un todo. Aristóteles, el alumno más famoso de Platón, por su parte, tampoco aceptó las ideas atómicas de Demócrito. Por ello el concepto de átomo quedó en el olvido y de no ser por la filosofía mecanicista de Epicuro —ese filósofo griego tachado injustamente de hedonista— y el recuerdo que de ella nos dejó el poeta romano Lucrecio en su libro De Rerum Natura, publicado 56 años antes de Cristo, los átomos de Demócrito se habrían perdido.

La teoría atómica renace en el Siglo de las Luces. En una rápida sucesión de acontecimientos, que van de los brillantes trabajos de Lavoisier a la síntesis de Dalton, se estableció en forma cuantitativa la teoría atómica de la materia.

Lavoisier, nacido en París en 1743, hizo por la química lo que Galileo había logrado para la física dos siglos antes: enseñó a sus colegas la importancia de medir cuidadosamente. Además, también esclareció el problema de la combustión, demostró la ley de conservación de la masa, estableció las bases de la nomenclatura química moderna y, en 1789, escribió el primer libro de texto sobre química que contenía, entre otras muchas cosas, una lista de los elementos por entonces conocidos, es decir, de aquellas sustancias que no habían podido ser descompuestas en otras más simples: esa lista contendría los "átomos" a la Lavoisier.

Lavoisier cayó guillotinado cinco años después de publicar su Traité élémentaire de chimie (1789). Proust, otro gran químico francés, escapó de los azares de la Revolución Francesa; en España, donde trabajaba bajo la protección del rey Carlos IV, estableció la llamada ley de las proporciones múltiples: todos los compuestos químicos contienen elementos en ciertas proporciones bien definidas, independientemente del método usado para producirlos. Con ello se abría el camino a los trabajos de Dalton y al primer triunfo científico del atomismo.

El químico inglés John Dalton, nacido en 1766, se dio cuenta de que la ley de Proust podría explicarse fácilmente si se suponía que cada elemento estaba formado por partículas indivisibles. Dada la semejanza de su teoría con la que Demócrito había esbozado veintiún siglos antes, Dalton llamó a esas partículas átomos. La diferencia entre una teoría y otra, sin embargo, radica en la experimentación. El químico inglés, al sostener que los átomos de un elemento difieren de los de cualquier otro sólo en su masa, expuso su teoría atómica en forma cuantitativa, pues las diferencias de masa pueden medirse. Dalton logró, por así decirlo, la unión de Demócrito con Lavoisier.

Las ideas atómicas de Dalton fueron aceptadas en el mundo de los químicos (aunque no en el de los físicos) con inusitada rapidez. Con dos mil análisis de distintos elementos, el químico sueco Berzelius mostró una y otra vez que la ley de Proust funciona y con ella la teoría atómica. Berzelius mismo preparó la primera lista de pesos atómicos, antecesora de la tabla periódica de los átomos. Para designarlos, él mismo sugirió usar la inicial del nombre en latín (así, el oxígeno sería O, el hidrógeno H, y el azufre, S). Desgraciadamente, Berzelius no distinguió muchas veces entre átomos y moléculas, contribuyendo así a la confusión que reinaba en la química a mediados del siglo XIX.

Dado que entre los químicos no había acuerdo sobre las fórmulas de compuestos tan sencillos como el ácido acético, por ejemplo, se sugirió que todos los químicos europeos importantes se reunieran y finalmente se pusieran de acuerdo. Esta reunión, que tuvo lugar en Karlsruhe, en 1860, fue de hecho el segundo congreso científico internacional de la historia.¹ La estrella del congreso fue el químico italiano Cannizzaro, quien expuso las ideas de otro científico italiano, Amadeo Avogadro, y logró aclarar la diferencia entre un átomo y una molécula —que es un conjunto de átomos—. Con ello, poco a poco, los pesos atómicos quedaron bien definidos y las fórmulas químicas se hicieron unívocas.

Entre los asistentes al congreso de Karlsruhe se hallaba un científico ruso, por aquel entonces de 36 años. Dimitri Mendeleyev, nacido en Siberia, era estudiante de Bunsen cuando escuchó la vehemente intervención de Cannizzaro en la reunión internacional y quedó vivamente impresionado. A su regreso a Rusia, ordenó los elementos de acuerdo a su peso atómico y pronto se dio cuenta de una periodicidad notable: la valencia del átomo —capacidad fija de cada elemento para combinarse con otros—subía y bajaba periódicamente. Si se colocaban los elementos en filas y columnas, siempre con átomos de igual valencia en la misma columna, se generaba una tabla periódica de los elementos. Las propiedades químicas de elementos en la misma columna resultaban muy semejantes entre sí.

Tan grande era la fe de Mendeleyev en su arreglo periódico de los átomos, que para ajustarse a él dejó huecos en su tabla y describió las propiedades químicas que tendrían los átomos que llenarían tales huecos. Cuando Lecoq de Boisbaudran descubrió el galio, Nilson el escandio y Winkler el germanio — usando, respectivamente, los nombres de sus países de origen²— la tabla periódica y con ella su autor, recibieron el reconocimiento científico; Mendeleyev se convirtió así en el químico más famoso del mundo, que impuso el orden en la lista de los átomos.

Es necesario aquí reconocer el invento de los científicos alemanes Bunsen y Kirchhoff que fue, tal vez, la pieza esencial para descubrir los nuevos elementos: el espectroscopio. Con este aparato se demostró que los átomos emiten luz sólo con algunas frecuencias características. Este conjunto de frecuencias recibió el nombre de espectro del átomo. Cada átomo tiene un espectro característico, que es como su huella digital. El entender esos espectros es, en parte, el objetivo de la teoría atómica moderna, que bien puede llamarse, como lo hace Weisskopf, la primera espectroscopía.

NOTAS

1 El primer congreso internacional tuvo lugar en Xochicalco, Morelos, cuando en el siglo XIII se reunió un grupo de astrónomos distinguidos que representaban a muchos pueblos mesoamericanos, habitantes de lo que hoy es México y Centroamérica.

2 El químico francés, quizá, jugó una broma al denotar al elemento número 31: no queda claro si usó el nombre de la Galia o el suyo propio —gallus, en latín—. De ser así, Lecoq de Boisbaudran inauguró la tradición de poner nombres de científicos ilustres a los elementos.