La hipótesis de Prout fue un intento de principios del siglo XIX de explicar la existencia de diversos elementos químicos a través de una hipótesis sobre la estructura interna del átomo . En 1815 [1] y 1816, [2] el químico inglés William Prout publicó dos artículos en los que observaba 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 diversos números de átomos de hidrógeno. [3]
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 llegó a la conclusión de que tal vez los núcleos de todos los elementos estaban formados por tales partículas (el núcleo de hidrógeno), que en En 1920 sugirió que se denominaran protones , a partir del sufijo "-on" para partículas, añadido a la raíz de la palabra "protilo" de Prout. [a] La suposición, tal como la discutió Rutherford, era de un núcleo que constaba de Z + N = A protones más N electrones atrapados de alguna manera en su interior, lo que reduce la carga positiva a +Z como se observa y explica vagamente la radioactividad de la desintegración beta . Se sabía que tal constitución nuclear era inconsistente con la dinámica clásica o cuántica temprana , pero parecía inevitable hasta la hipótesis del neutrón de Rutherford y el descubrimiento del físico inglés James Chadwick .
La discrepancia entre la hipótesis de Prout y la conocida variación de algunos pesos atómicos a valores alejados de los múltiplos integrales del hidrógeno, fue explicada entre 1913 y 1932 por el descubrimiento de los isótopos y del neutrón . Según la regla de los números enteros de Francis Aston , la hipótesis de Prout es correcta para las masas atómicas de isótopos individuales, con un error de como máximo el 1%.
La hipótesis de Prout siguió siendo influyente en la química durante toda la década de 1820. Sin embargo, mediciones más cuidadosas de los pesos atómicos, como las compiladas por Jacob Berzelius en 1828 o Edward Turner en 1832, refutaron la hipótesis. [4] : 682–683 En particular, el peso atómico del cloro , que es 35,45 veces el del hidrógeno , no podía 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 erróneas, estas conjeturas catalizaron nuevas mediciones 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 cerca de los números enteros 20 y 22, y que ninguna es igual a la masa molar conocida (20,2) del gas neón . [5]
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. [6] Para todos los elementos, finalmente se descubrió que cada isótopo individual de número másico 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 casi impide que la ley de Prout sea correcta. Sin embargo, no se encontró que la regla predijera mejor las masas de los isótopos para todos los isótopos, debido principalmente a defectos de masa resultantes de la liberación de energía de enlace en los núcleos atómicos cuando se forman.
Aunque todos los elementos son producto de la fusión nuclear del hidrógeno en elementos superiores, ahora se entiende que los átomos están formados tanto por protones (núcleos de hidrógeno) como por 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 número de neutrones N es igual a la suma de las masas de los protones y neutrones que lo constituyen, menos la masa de la energía de enlace nuclear, la defecto de masa . Según la regla de los números enteros 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 a la "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 sólo alrededor del 99,1% del peso de 56 átomos de hidrógeno. El 0,9% de masa que falta representa la energía perdida cuando el núcleo de hierro se formó a partir de hidrógeno dentro de una estrella (ver nucleosíntesis estelar ).
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 alcanzar una materia gris.
En su novela Vida y destino de 1959 , el personaje principal de Vasily Grossman , el físico Viktor Shtrum, reflexiona sobre la hipótesis de Prout acerca de que el hidrógeno es el origen de otros elementos (y el feliz hecho de que los datos incorrectos de Prout condujeron a una conclusión esencialmente correcta), como le preocupa su incapacidad para formular su propia tesis.
Notas a pie de página
Citas