Hipótesis de Prout - Prout's hypothesis

La hipótesis de Prout fue un intento de principios del siglo XIX de explicar la existencia de varios elementos químicos a través de una hipótesis sobre la estructura interna del átomo . En 1815 y 1816, el químico inglés William Prout publicó dos artículos en los que observó que los pesos atómicos que se habían medido para los elementos conocidos en ese momento parecían ser múltiplos enteros del peso atómico del hidrógeno . Luego planteó la hipótesis de que el átomo de hidrógeno era el único objeto verdaderamente fundamental, al que llamó protilo , y que los átomos de otros elementos eran en realidad agrupaciones de varios números de átomos de hidrógeno.

La hipótesis de Prout influyó en Ernest Rutherford cuando logró "eliminar" los núcleos de hidrógeno de los átomos de nitrógeno con partículas alfa en 1917, y así concluyó que tal vez los núcleos de todos los elementos estaban hechos de tales partículas (el núcleo de hidrógeno), que en 1920 sugirió que se llamaran protones , a partir del sufijo "-on" para partículas, añadido a la raíz de la palabra "protilo" de Prout. La suposición discutida por Rutherford era de un núcleo que constaba de protones Z + N = A más electrones N atrapados de alguna manera, reduciendo así la carga positiva a + Z como se observa y explicando vagamente la radiactividad de desintegración beta. Se sabía que tal constitución nuclear era incompatible con la dinámica clásica o cuántica temprana, pero parecía inevitable hasta la hipótesis de los neutrones de Rutherford y el descubrimiento de Chadwick.

La discrepancia entre la hipótesis de Prout y la variación conocida de algunos pesos atómicos a valores alejados de los múltiplos integrales del hidrógeno, se explicó entre 1913 y 1932 por el descubrimiento de los isótopos y el neutrón . Según la regla de los números enteros de Francis Aston , la hipótesis de Prout es correcta para masas atómicas de isótopos individuales, con un error de como máximo el 1%.

Influencia

La hipótesis de Prout siguió siendo influyente en la química durante la década de 1820. Sin embargo, mediciones más cuidadosas de los pesos atómicos, como las compiladas por Jöns Jakob Berzelius en 1828 o Edward Turner en 1832, refutaron la hipótesis. En particular, el peso atómico del cloro , que es 35,45 veces el del hidrógeno , no pudo explicarse en ese momento en términos de la hipótesis de Prout. A algunos se les ocurrió la afirmación ad hoc de que la unidad básica era la mitad de un átomo de hidrógeno, pero surgieron más discrepancias. Esto dio lugar a la hipótesis de que una cuarta parte de un átomo de hidrógeno era la unidad común. Aunque resultaron estar equivocadas, estas conjeturas catalizaron una mayor medición de los pesos atómicos.

En 1919 se sospechaba que la discrepancia en los pesos atómicos era el resultado de la aparición natural de múltiples isótopos del mismo elemento. FW Aston descubrió múltiples isótopos estables para numerosos elementos utilizando un espectrógrafo de masas . En 1919, Aston estudió el neón con suficiente resolución para demostrar que las dos masas isotópicas están muy próximas a los números enteros 20 y 22, y que ninguna es igual a la masa molar conocida (20,2) del gas neón.

En 1925, se descubrió que el cloro problemático estaba compuesto por los isótopos ³⁵ Cl y ³⁷ Cl , en proporciones tales que el peso promedio del cloro natural era aproximadamente 35,45 veces el del hidrógeno. Para todos los elementos, se descubrió finalmente que cada isótopo individual de número de masa A tenía una masa muy cercana a A multiplicada por la masa de un átomo de hidrógeno, con un error siempre inferior al 1%. Esto es un error cercano a que la ley de Prout sea correcta. Sin embargo, no se encontró que la regla prediga mejor las masas de isótopos para todos los isótopos, debido principalmente a defectos de masa que resultan de la liberación de energía de enlace en los núcleos atómicos cuando se forman.

Aunque todos los elementos son el producto de la fusión nuclear del hidrógeno en elementos superiores, ahora se entiende que los átomos consisten en protones (núcleos de hidrógeno) y neutrones . La versión moderna de la regla de Prout es que la masa atómica de un isótopo de número de protones ( número atómico) Z y el número de neutrones N es igual a la suma de las masas de sus protones y neutrones constituyentes, menos la masa de la energía de enlace nuclear, la defecto masivo . De acuerdo con la regla del número entero propuesta por Francis Aston , la masa de un isótopo es aproximadamente, pero no exactamente, su número de masa A ( Z  +  N ) multiplicado por una unidad de masa atómica (u), más o menos la discrepancia de energía de enlace - masa atómica siendo la unidad la aproximación moderna para "masa de un protón, neutrón o átomo de hidrógeno". Por ejemplo , los átomos de hierro-56 (que tienen una de las energías de enlace más altas) pesan solo alrededor del 99,1% tanto como 56 átomos de hidrógeno. El 0,9% de masa que falta representa la energía perdida cuando el núcleo de hierro se hizo a partir de hidrógeno dentro de una estrella. (Ver nucleosíntesis estelar ).

Alusiones literarias

En su novela de 1891 The Doings of Raffles Haw , Arthur Conan Doyle habla de convertir elementos en otros elementos de número atómico decreciente , hasta que se alcanza una materia gris.

En su 1959 novela Vida y destino , Vasily Grossman carácter 's director, el físico Viktor Shtrum, reflexiona sobre la hipótesis de Prout de ser hidrógeno, el origen de otros elementos (y el hecho afortunada que los datos incorrectos de Prout llevaron a una conclusión esencialmente correcta), como le preocupa su incapacidad para formular su propia tesis.

Ver también

• Energía de unión

Referencias

Notas al pie

Citas

Otras lecturas

enlaces externos

• La fórmula semiempírica para masas atómicas