Los experimentos realizados por Henry Moseley revelaron que cada elemento tiene una estructura atómica única que interactúa de manera distinta con los rayos X.
Hidrógeno, Helio, Litio, Berilio, Boro, Carbono…
Estas palabras nos traen recuerdos de nuestra clase de química, donde se nos exigía memorizar los elementos de la tabla periódica, al menos hasta el elemento 20. Aunque esta práctica parecía ir en contra de tener una tabla periódica, resultó ser bastante útil. También nos enseñaron que los elementos en la tabla periódica están dispuestos según sus números atómicos, que representan el número de protones en un átomo, así como el número de electrones.
Pero, ¿cómo descubrieron esto los científicos? Dado que los átomos son extremadamente pequeños, es imposible contarlos visualmente. Entonces, ¿cómo hicieron los científicos que desarrollaron la tabla periódica para determinar qué era un número atómico?
Este descubrimiento se hizo gracias a un invierno fortuito en Alemania y a un joven y brillante científico de la Universidad de Manchester.
Röntgen y su descubrimiento
Algunos se preguntarán por qué los científicos no simplemente usaron un microscopio para observar los átomos y contar el número de protones. Bueno, incluso el microscopio óptico más potente no puede visualizar un átomo. Solo podemos ver objetos que interrumpen la trayectoria de las ondas de luz y las reflejan en nuestros ojos.
Un átomo es 10,000 veces más pequeño que la longitud de onda de la luz visible, por lo que no tiene efecto en las ondas. Imagina un grano de arena parado frente a una gigantesca ola del océano (no a escala).
La exploración de las partículas subatómicas recibió un impulso significativo después de que Wilhelm Röntgen descubriera los rayos X. Fue durante el invierno de 1895 cuando Röntgen, como muchos otros científicos de su época, estaba estudiando los rayos emitidos por el tubo de Crookes.
El tubo de Crookes, también conocido como tubo de rayos catódicos, es una cámara de vacío de vidrio sellada que contiene dos electrodos. Cuando se aplica voltaje a través de los electrodos, el tubo emite un brillo tenue.
Un tubo de Crookes brillando en una habitación oscura (Crédito de la foto: D-Kuru/Wikimedia commons)
Röntgen tuvo su momento de «Eureka» cuando se dio cuenta de que los rayos emitidos por el tubo estaban causando puntos brillantes en una pantalla de platinobarium ubicada a casi 9 pies de distancia de la configuración. Para probar las capacidades de penetración de estos rayos invisibles, cubrió el tubo con cartón negro grueso, pero el brillo seguía siendo visible en la pantalla. Llamó a estos rayos desconocidos rayos X.
El 22 de diciembre, justo tres días antes de Navidad, Röntgen colocó la mano izquierda de su esposa Anna sobre un trozo de papel fotográfico y capturó la primera imagen de rayos X de los huesos del mundo. Los rayos atravesaron su piel pero fueron detenidos por sus huesos y su anillo de bodas. Asombrada por la silueta oscura de su mano en la placa fotográfica, exclamó: «He visto mi muerte», ya que esta fue la primera vez en la historia que una persona viva había visto su propio esqueleto.
La primera imagen de rayos X de una mano humana fue tomada. Los rayos X rápidamente se convirtieron en un descubrimiento científico significativo, revolucionando la ciencia y cautivando al público en general con exhibiciones que mostraban sus capacidades. Los rayos X fueron capaces de resolver el problema de los números atómicos porque sus longitudes de onda eran más pequeñas que el tamaño de un átomo, lo que les permitía interactuar con los átomos. Se descubrió que los rayos X eran ondas electromagnéticas con mayor energía que la luz visible, capaces de penetrar objetos que la luz no podía. Esta nueva herramienta de investigación reunió a químicos, biólogos y físicos, revelando la estructura esquelética de los organismos vivos y la disposición de los átomos en los cristales a través de la cristalografía de difracción de rayos X. Henry Moseley, quien inicialmente fue designado por Ernest Rutherford para estudiar elementos radiactivos, se fascinó con la espectroscopía de rayos X y comenzó a trabajar de forma independiente. Inspirado por un estudio que proponía que los elementos deberían ser organizados según la carga en su núcleo atómico en lugar de su peso atómico, Moseley utilizó la espectroscopía de rayos X para probar experimentalmente esta hipótesis. Al analizar los espectros únicos producidos por diferentes elementos cuando son expuestos a los rayos X, Moseley descubrió que la raíz cuadrada de la frecuencia de los rayos X emitida por un elemento era proporcional a Z-1, donde Z representa la carga del núcleo atómico. Esto llevó al concepto de los números atómicos y a la reorganización de la tabla periódica. Desafortunadamente, la prometedora carrera científica de Moseley se vio truncada cuando perdió la vida durante la Primera Guerra Mundial. Ernest Rutherford creía que Moseley sin duda habría recibido un Premio Nobel de no ser por su prematura muerte.
Resumen
El descubrimiento de la mecánica cuántica ha demostrado que los distintos espectros de rayos X son el resultado de transiciones electrónicas cuantizadas en lugar de la carga nuclear. Sin embargo, los experimentos de Moseley nos proporcionaron indirectamente una visión de los procesos internos de un átomo y sus implicaciones en el mundo externo.
Con la ayuda de los microscopios de efecto túnel de barrido, ahora somos capaces de visualizar la estructura de un átomo. Sin embargo, todavía estamos lejos de poder diseccionar físicamente un átomo y determinar el número exacto de partículas subatómicas que contiene. A pesar de que ha pasado más de un siglo desde que Moseley introdujo los números atómicos, estos siguen dando forma a nuestra comprensión y manipulación de los elementos en el fascinante campo de la química.