Atomoaren egitura

Aurreko post-ean ikusi genuen bezala, XIX. mendearen bukaeran, fisikariek eta kimikariek mundu mikroskopikoaren naturaren izaeran zuten jarrita begia. Fisikariek hainbat misterio argitu nahi zuten, Thompsonek elektroia aurkitu eta gero, atomoa baino txikiagoa zen zerbait esistitzen zelako. Kimikariek, bestalde, bazekiten atomoek molekulak osatzen zituztela, eta molekulen natura, propietateak eta erreaktibitatea azaltzeko atomoen natura ulertu behar zutela antzematen zutelako.

Fisikarien ikuspuntutik, mundu mikroskopikoaren naturan gauza asko zituzten azaltzeko. Alde batetik, argiaren natura. Argia zer da, partikula bat, ala uhin bat? Egindako esperimentu batzuk uhina zela ondorioztatzen zuten, eta beste batzuk partikula zela. Bestalde, atomoek emisio espektro ez-jarrai bat zuten. Nola azaldu hau guztia, eta atomoaren izaeraren misterioa, elektroia aurkitu eta gero? Bestalde, kimikariek Mendeleiev-en Elementuen Taula osatu nahi zuten modu egoki batean. Gauza hauek guztiak noski elkar lotuta daude, baina post honetan atomoaren egituran eta Elementuen Taula Periodikoan zentratuko gara, besteak (argiaren natura eta atomoen espektroak) hurrengo post-etarako utziz. Murgil gaitezen bada, atomoaren egituran. Eta horretarako magia pixka bat eginen dugu. Ia 100 urtez atzera eginen dugu bidaia, Hidrogeno atomo batean bihurturik...

Kaixo. Hidrogeno atomo bat naiz. XX. mendearen hasieran gaude, konkretuki, 1913. urtean, eta hemen dabiltza, bai kimikariak bai fisikariak, nire natura zein den jakin nahian. Benetan, azken urteotan erabat aztoratuta dabiltza. Badirudi nire natura ezagutu nahian, buruan zuten eskemak apurtu zaizkiela. Gaixoak. Istorio hau badakizue nola hasi zen. John Dalton kimikariak, duela ehun urte baino gehiago, nire eta nire anaiak diren beste elementuen esistentzia somatu zuen. Berak uste zuen gu pelota txiki homogeneo bat ginela, zati txikiagoetan apurtu ezin zena. Garai hartan uste zuten gure artean zegoen desberdintasuna gure pisua zela. Denbora pasa ahala, kimikariek nire pisua eta beste atomoena kalkulatu zuten (trebeak ziren gero!) eta taula batean sailkatu gintuzten, pentsatuz gure propietateak pisuaren araberakoak zirela. Uste dut Elementuen Taula Periodikoa deitu ziotela. Hanka sartu zuten. Baina gure benetako naturatik gero eta gertuago zeuden.

Thompson-ek elektroia aurkitu zuenean, Dalton-en ideiak berritu zituzten. Gu baino zerbait txikiagoa zegoela aurkitu bait zuten! Ni naiz atomorik arinena, eta elektroiak nik baino 2000 aldiz gutxiago pisatzen du! Gainera, nik ez dut kargarik, eta elektroiak karga negatiboa dauka. Hortaz, Thomsonek pentsatu zuen nire baitan kontrako karga zuen zerbait egon behar zela. Horrela, Dalton-en modeloari alternatiba bat planteatu zuen. Gu pelotak bezala ikusten gintuzten oraindik, baina jada ez ginen guztiz homogeneoak. Thompson-ek pentsatu zuen karga positiboa homogeneoki banatuta zuen pelota batean  negatiboak ziren bolatxo txikiak zeudela, hau da, elektroiak. Txokolate pepitak dituen gaileta bat bezala.

Hainbat gauza deskubritu dute fisikariek urte hauetan, hala nola, energia kuantizatuta dagoela materian. Baina ez dakite zergatik oraindik. Gauzak gehiago konplikatzeko, duela bi urte Ernest Rutherford britainiarrak esperimentu bat egin zuen, eta bertan ikusi zuen nire baitan dudan karga positiboa homogeneoki banatuta ez dagoela, baizik eta puntu txiki batean kontzentratuta! Hortaz, modeloa berritu zuen. Eguzki sistemaren antzeko egitura nuela pentsatu zuen. Masa gehiena nukleoan nuela pentsatu zuen, bertan karga positiboa zegoelarik, eta elektroiak bueltaka horren inguruan, karga negatiboarekin. Baina bere modeloa sinplea zen. Ez zuen kontutan hartzen energia kuantizatuta dagoela, eta hortaz, nire emisio espektroa ez dela jarraia. Gainera, erabiltzen dituzten teorien arabera, elektroiek karga negatiboa dutenez eta nire nukleoak karga positiboa duenez, biak elkartu behar dira! Erabiltzen dituzten teorien arabera, ez nintzateke esistitu behar! Baina, hemen nago!

Hau azaltzeko, aurten Niels Bohr danimarkarrak modelo berri bat planteatu du nire egitura azaltzeko. Berak proposatzen duen ereduaren arabera, nire baitan dagoen elektroia bakarrik orbita konkretu batzuetan mugitu daiteke, eta orbita hauek energia konkretu batzuk. Gainera, teoria matematiko bat garatu du, eta orbita hauen energia kalkula dezake. Orbiten energien diferentziak nire emisio espektroarekin kointziditzen du! Hortaz, bere modeloak energiaren kuantizazioa eta espektroak azaltzen ahal ditu! Badirudi azkenean aurkitu dutela zein den nire egitura. Zoritxarrez beraientzat, niretzat duten modeloa ez zaie beste atomoentzat balio! Hortaz, oraindik sorpresa batzuk ditut gordeta! Istorio hau ez da amaitu, oraindik ez baitakite nire baitan gordeta dudan izaera nagusia. Zuei aurreratuko dizuet, eta zera da, nire izaera kuantikoa, eta benetan orbitarik ez dudala. Ni ez naizela eguzki sistema bezalakoa. Zerbait susmatzen dute, baina oraindik haizeak nondik jotzen duen ez dakite. Jotzen duela bai, ordea. Ez dut uste denbora asko tardatuko dutenik nire benetako natura aurkitzen, baina bitartean, dibertituko naiz. Beren buruhausteak niretzat oso dibertigarriak baitira. Zergatik uste duzue, bada, gaurko zientzilarien ileek itxura hori hartzen dutela? Gaurko moda delako? Ez! Beren desesperazioan ileetatik tiratzen dutelako gelditzen zaie horrela! Oraindik gauza batzuk ulertzeko azken pausua ulertzea falta zaie, hala nola, partikula azpiatomiko gehiago daudela, bere izaera, eta horrela, bere propietateak ulertuko dituzte.

Bai, Hidrogeno atomoak arrazoia du. Gaur egun, Bohr-ek Hidrogeno atomorako modeloa proposatu eta ehun urtera, badakigu nolakoa den atomoen egitura. Badakigu nukleoak protoiez eta neutroiez osatuta dagoela. Protoiek karga positiboa dute, eta neutroiek ez dute kargarik. Eta badakigu partikula hauek antzeko masa dutela, eta hori elektroiarena baino ia 2.000 aldiz handiagoa dela. Baina duela 100 urte ez zekiten protoia eta neutroia esistitzen zirenik! Protoia Rutherford-ek aurkitu zuen 1918. urtean, eta neutroia James Chadtwick-ek 1932. urtean. Badakigu elektroiak nukleoaren inguruan mugitzen direla, eta nola ere bai. Atomo bakoitzak dituen elektroi kopurua eta hauek nola banatuta dauden kontutan hartuta, Elementuen Taula Periodikoa osatu daiteke, eta beraien propietateak azaldu! Baina hau sakonago aztertzeko, lehenago bi fenomeno ulertu behar dira (osagai hauen uhin/partikula izaera, eta espektro ez-jarraien zergatik). Hauek ondorengo post-etan ikusiko ditugu.

Bukatzeko, fisika atomikoan sartu-irten bat eginen dut. Zergatik nukleoa egonkorra da, karga positibo asko baditu oso gertu? Hauen artean ez al dago errepultsio elektromagnetikoa? Egon badago, baina badago beste indar bat, Indar Nuklear Indartsua, distantzia txikietan elektromagnetismoari nagusitzen zaiona, eta erakargarria dena. Horregatik nukleo gehienak egonkorrak dira. Baina ez denak. Balantza honetan elektromagnetismoa nagusitzen denean, nukleoa apurtu eta erreakzio nuklear bat dugu (fisio nuklearra). Atomo erradiaktiboetan hau gertatzen da. Naturan ezagutzen diren indarrekin bukatzeko, aipatu behar da protoiak eta neutroiak beste partikula txikiago batzuetaz osatuta daudela: quark izenekoak. Hauek lotzen dituen indarra, Indar Nuklear Ahula da. Quark-ak esistitzen zirela teorikoki aurresan zuen lehenbizi Murray Gell-Man-ek teoria kuantikoa erabilita, eta gero esperimentalki aurkitu zen. Lan hau eta beste batzuengatik Nobel Saria jaso zuen 1969. urtean. Era berean, aztzeko zerbait gertatu da duela gutxi, famatua den Higgs-en bosoia duela gutxi aurkitu dute esperimentalki, nahiz eta duela urte asko bere esistentzia aurresanda zegoen. Hau dela eta, jende askok uste du Higgs-ek Nobel Saria merezi duela. Ahalmen prediktibo hau Teoria Kuantikoaren potentzialtasuna erakusten digu.



Descargo de responsabilidad: He utilizado las imágenes sin ánimo de lucro, con un objetivo de investigación y estudio, en el marco del principio de uso razonable - sin embargo, estoy dispuesto a retirarlas en caso de cualquier infracción de las leyes de copyright.Disclaimer: I have used the images in a non for profit, scholarly interest, under the fair use principle - however, I am willing to remove them if there is any infringement of copyright laws