II. UN VISTAZO AL ATOMISMO QU�MICO

PARA entender el lugar que ocupa el cuark en las teor�as actuales de la ciencia, echemos una ojeada a la historia del �tomo, indivisible part�cula con la cual se forma la materia.

Ya mencionamos a Dem�crito y sus �tomos de aire, fuego, agua y tierra. Plat�n ten�a sus propias ideas sobre la constituci�n de la materia e imagin� que a estos cuatro elementos corresponder�an los poliedros regulares: el tetraedro formar�a el fuego y el octaedro, que puede descomponerse en dos tetraedros, ser�a el constituyente del aire; adem�s, el cubo formar�a la tierra y el icosaedro el agua. De los cinco poliedros regulares quedar�a suelto el de doce caras iguales: el dodecaedro, que representar�a al Universo como un todo. Arist�teles, el alumno m�s famoso de Plat�n, por su parte, tampoco acept� las ideas at�micas de Dem�crito. Por ello el concepto de �tomo qued� en el olvido y de no ser por la filosof�a mecanicista de Epicuro —ese fil�sofo griego tachado injustamente de hedonista— y el recuerdo que de ella nos dej� el poeta romano Lucrecio en su libro De Rerum Natura, publicado 56 a�os antes de Cristo, los �tomos de Dem�crito se habr�an perdido.

La teor�a at�mica renace en el Siglo de las Luces. En una r�pida sucesi�n de acontecimientos, que van de los brillantes trabajos de Lavoisier a la s�ntesis de Dalton, se estableci� en forma cuantitativa la teor�a at�mica de la materia.

Lavoisier, nacido en Par�s en 1743, hizo por la qu�mica lo que Galileo hab�a logrado para la f�sica dos siglos antes: ense�� a sus colegas la importancia de medir cuidadosamente. Adem�s, tambi�n esclareci� el problema de la combusti�n, demostr� la ley de conservaci�n de la masa, estableci� las bases de la nomenclatura qu�mica moderna y, en 1789, escribi� el primer libro de texto sobre qu�mica que conten�a, entre otras muchas cosas, una lista de los elementos por entonces conocidos, es decir, de aquellas sustancias que no hab�an podido ser descompuestas en otras m�s simples: esa lista contendr�a los "�tomos" a la Lavoisier.

Lavoisier cay� guillotinado cinco a�os despu�s de publicar su Trait� �l�mentaire de chimie (1789). Proust, otro gran qu�mico franc�s, escap� de los azares de la Revoluci�n Francesa; en Espa�a, donde trabajaba bajo la protecci�n del rey Carlos IV, estableci� la llamada ley de las proporciones m�ltiples: todos los compuestos qu�micos contienen elementos en ciertas proporciones bien definidas, independientemente del m�todo usado para producirlos. Con ello se abr�a el camino a los trabajos de Dalton y al primer triunfo científico del atomismo.

El qu�mico ingl�s John Dalton, nacido en 1766, se dio cuenta de que la ley de Proust podr�a explicarse f�cilmente si se supon�a que cada elemento estaba formado por part�culas indivisibles. Dada la semejanza de su teor�a con la que Dem�crito hab�a esbozado veinti�n siglos antes, Dalton llam� a esas part�culas �tomos. La diferencia entre una teor�a y otra, sin embargo, radica en la experimentaci�n. El qu�mico ingl�s, al sostener que los �tomos de un elemento difieren de los de cualquier otro s�lo en su masa, expuso su teor�a at�mica en forma cuantitativa, pues las diferencias de masa pueden medirse. Dalton logr�, por as� decirlo, la uni�n de Dem�crito con Lavoisier.

Las ideas at�micas de Dalton fueron aceptadas en el mundo de los qu�micos (aunque no en el de los f�sicos) con inusitada rapidez. Con dos mil an�lisis de distintos elementos, el qu�mico sueco Berzelius mostr� una y otra vez que la ley de Proust funciona y con ella la teor�a at�mica. Berzelius mismo prepar� la primera lista de pesos at�micos, antecesora de la tabla peri�dica de los �tomos. Para designarlos, �l mismo sugiri� usar la inicial del nombre en lat�n (as�, el ox�geno ser�a O, el hidr�geno H, y el azufre, S). Desgraciadamente, Berzelius no distingui� muchas veces entre �tomos y mol�culas, contribuyendo as� a la confusi�n que reinaba en la qu�mica a mediados del siglo XIX.

Dado que entre los qu�micos no hab�a acuerdo sobre las f�rmulas de compuestos tan sencillos como el �cido ac�tico, por ejemplo, se sugiri� que todos los qu�micos europeos importantes se reunieran y finalmente se pusieran de acuerdo. Esta reuni�n, que tuvo lugar en Karlsruhe, en 1860, fue de hecho el segundo congreso cient�fico internacional de la historia.¹ La estrella del congreso fue el qu�mico italiano Cannizzaro, quien expuso las ideas de otro cient�fico italiano, Amadeo Avogadro, y logr� aclarar la diferencia entre un �tomo y una mol�cula —que es un conjunto de �tomos—. Con ello, poco a poco, los pesos at�micos quedaron bien definidos y las f�rmulas qu�micas se hicieron un�vocas.

Entre los asistentes al congreso de Karlsruhe se hallaba un cient�fico ruso, por aquel entonces de 36 a�os. Dimitri Mendeleyev, nacido en Siberia, era estudiante de Bunsen cuando escuch� la vehemente intervenci�n de Cannizzaro en la reuni�n internacional y qued� vivamente impresionado. A su regreso a Rusia, orden� los elementos de acuerdo a su peso at�mico y pronto se dio cuenta de una periodicidad notable: la valencia del �tomo —capacidad fija de cada elemento para combinarse con otros—sub�a y bajaba peri�dicamente. Si se colocaban los elementos en filas y columnas, siempre con �tomos de igual valencia en la misma columna, se generaba una tabla peri�dica de los elementos. Las propiedades qu�micas de elementos en la misma columna resultaban muy semejantes entre s�.

Tan grande era la fe de Mendeleyev en su arreglo peri�dico de los �tomos, que para ajustarse a �l dej� huecos en su tabla y describi� las propiedades qu�micas que tendr�an los �tomos que llenar�an tales huecos. Cuando Lecoq de Boisbaudran descubri� el galio, Nilson el escandio y Winkler el germanio — usando, respectivamente, los nombres de sus pa�ses de origen²— la tabla peri�dica y con ella su autor, recibieron el reconocimiento cient�fico; Mendeleyev se convirti� as� en el qu�mico m�s famoso del mundo, que impuso el orden en la lista de los �tomos.

Es necesario aqu� reconocer el invento de los cient�ficos alemanes Bunsen y Kirchhoff que fue, tal vez, la pieza esencial para descubrir los nuevos elementos: el espectroscopio. Con este aparato se demostr� que los �tomos emiten luz s�lo con algunas frecuencias caracter�sticas. Este conjunto de frecuencias recibi� el nombre de espectro del �tomo. Cada �tomo tiene un espectro caracter�stico, que es como su huella digital. El entender esos espectros es, en parte, el objetivo de la teor�a at�mica moderna, que bien puede llamarse, como lo hace Weisskopf, la primera espectroscop�a.

NOTAS

1 El primer congreso internacional tuvo lugar en Xochicalco, Morelos, cuando en el siglo XIII se reuni� un grupo de astr�nomos distinguidos que representaban a muchos pueblos mesoamericanos, habitantes de lo que hoy es M�xico y Centroam�rica.

2 El qu�mico franc�s, quiz�, jug� una broma al denotar al elemento n�mero 31: no queda claro si us� el nombre de la Galia o el suyo propio —gallus, en lat�n—. De ser as�, Lecoq de Boisbaudran inaugur� la tradici�n de poner nombres de cient�ficos ilustres a los elementos.