Como se sabe toda la materia está formada por átomos. ¿Cuál es el experimento más sencillo posible (con el menor equipo científico posible) que pueda demostrar que hay átomos?
Movimiento browniano se consideraría una prueba bastante buena de los átomos. Originalmente, Marrón observó granos de polen moviéndose en el agua en formas que no podrían explicarse de otro modo. 78 años más tarde, Einstein llegó a un modelo teórico del movimiento browniano 1 que fue confirmado posteriormente por los experimentos de Jean Perrin (véase este ). Una traducción del documento de Einstein está disponible aquí . 2
Podrías reproducirlo fácilmente con otras partículas pequeñas suspendidas en un líquido diferente (aunque el agua podría ser lo mejor). Tendrías que asegurarte de que el líquido no está perturbado por fuerzas externas y, por supuesto, querrías probar con otras sustancias para demostrar que es un fenómeno general.
Nota: Parece que esto se ha explicado mejor aquí que merece la pena leer.
1 Marian Smoluchowski también trabajó sobre el movimiento browniano.
2 Una nota sobre el movimiento browniano: DanielSank señaló en un comentario que la ecuación de Langevin Una de las partes más importantes del modelo matemático que subyace al movimiento browniano, no implica necesariamente la existencia de átomos o de cualquier partícula. Sin embargo, el uso de Einstein de la teoría cinético-molecular hace implican la existencia de átomos.
¿Así que el movimiento browniano de los precios de las acciones implica que hay una unidad mínima de dinero?
@arivero Es más, el mismo marco matemático que hay detrás del movimiento browniano se puede aplicar a la bolsa, por la teoría de los paseos aleatorios.
Hmm me respondo: por supuesto que el movimiento browniano de las comillas implica la existencia de individuos, exactamente en el mismo sentido que el movimiento browniano de las coordenadas del polen implica la existencia de átomos. En realidad es la misma palabra, (a=en, toms==individuos).
Para mostrar a los niños los átomos en acción utilizo un movimiento browniano similar al que Robert Brown hizo con sus granos de polen. Necesitas un microscopio con un aumento de al menos X400, un poco de leche entera, un portaobjetos de cristal y un cubreobjetos. Coloca una gota de leche en el portaobjetos y una gota de agua. Cubre la leche-agua con un cubreobjetos y observa al microscopio. Para toda la clase es bueno tener una cámara y un proyector en el microscopio.
Lo que verás son pequeñas glóbulos de grasa rebotando . El movimiento es un paseo aleatorio causado por el bombardeo aleatorio de las moléculas de agua contra los glóbulos. La dinámica de este movimiento fue predicha por Einstein en 1905 en función de la viscosidad, el tamaño de las partículas y la temperatura. Dadas esas cantidades conocidas, el modelo dinámico y el tamaño medio del paseo aleatorio dan una estimación del tamaño de los átomos (o moléculas en este caso).
El trabajo de Einstein supuso un punto de inflexión en la creencia de que los átomos existen realmente. Antes de ese momento los científicos estaban divididos.
Química. Lo que llamamos "átomos" son objetos químicos, diferentes de los átomos de los antiguos (más cercanos a las "partículas elementales"). La existencia de átomos químicos implica proporciones enteras en las reacciones químicas.
Yo votaría por la electrólisis del agua. El volumen de $H_2$ y $O_2$ aumenta en proporción entera 2:1.
EDIT: a partir de la discusión en los comentarios, parece que una sola proporción no es suficiente para zanjar la cuestión, en este sentido la estequiometría no es la más "simple" posible, ya que se necesita todo un corpus de proporciones para demostrar que algún múltiplo básico está sucediendo. EDIT2: nota también que ponderando los productos de la electrólisis se podría tener un primer indicio de la masa de los nucleones. De nuevo, se necesitan muchas medidas para estar seguros, isótopos y todo eso.
Si quieres un experimento de "física pura" tienes que ir a la cristalografía y la dispersión. No es tan barato.
¡Buen experimento! Sin embargo, no creo que la química o la electrólisis demuestren que la materia viene en trozos discretos.
La estoquiometría fue históricamente uno de los dos pilares de la argumentación (junto con el acuerdo de cálculo/observación del movimiento browniano) que unieron a la gente. La cristalografía llegó décadas después de que la hipótesis atómica fuera aceptada como un hecho.
La gota de aceite sobre el líquido es la más sencilla, creo, - coge un cuenco con agua sin gas - espolvoréalo con un poco de polvo fino - pon una pequeña gota de aceite encima - El aceite se extiende por la superficie y generalmente forma un círculo cuyo tamaño puedes ver por el espolvoreo. El grosor de la gota sobre el líquido se puede calcular si se puede estimar el volumen de la gota de aceite inicial. El grosor debería ser de aproximadamente 1 Anstrom, es decir, un átomo de grosor.
Esto lo vi demostrado en la escuela (secundaria estadounidense) como demostración de la naturaleza atómica de la materia.
Esto le da datos sobre el tamaño de las moléculas suponiendo que que están ahí. No es una prueba clara de que la materia venga en esa forma en primer lugar.
@dmckee - Estoy de acuerdo, sugiero este experimento sobre todo porque es tan simple y fácil y, sin embargo, da correctamente una estimación acerca de las dimensiones atómicas - en efecto, el experiemnt muestra que la materia no es continua, pero en la escala más pequeña atómica, o tal vez más bien molecular.
En cuanto a la pregunta (caso 1), ¿crees realmente que la materia está hecha de átomos en teoría y sólo quieres comprobarlo con un simple experimento práctico? o (caso 2) dudas realmente de la existencia de los átomos y quieres comprobarlo con una prueba experimental.
(caso 1) Tome un matraz/contenedor con un barómetro acoplado y llénelo con un mol (2 gramos) de gas hidrógeno . Dejemos que la temperatura mantenida sea T. Dejemos que la lectura de la presión por el barómetro sea P. Ahora, a la misma temperatura T, retiremos el gas hidrógeno completamente y lo llenemos con un mol de gas nitrógeno (28 gramos) y encontraremos la lectura de la presión P. Por lo tanto, el número de moléculas en 2 gramos de gas hidrógeno es el mismo que en 28 gramos de nitrógeno.
Porque según la ley de los gases ideales PV=nRT donde P es la presión, V es el volumen, T es la temperatura, R es la constante de los gases y n es el número de moléculas, ya que P, V y T son iguales, n también es igual. Teóricamente la masa de la molécula de hidrógeno es de 2 unidades de masa atómica (amu) o 2*1,6605*(10^-24) gramos. Entonces cuántas moléculas constituyen 2 gramos de gas hidrógeno, cada una con una masa de 2 amu. Haciendo cuentas obtenemos 6,023*(10^23)(número de avagadro) moléculas. Ahora bien, el mismo número de moléculas de nitrógeno está presente y corresponde a 28 gramos, lo que daría una masa molecular de 28 amu para la molécula de nitrógeno, lo que es teóricamente correcto.
(caso 2) En caso de que dudes de la existencia del átomo en sí, puedes considerar el experimento de la lámina de oro de Rutherford, en el que una fina lámina de oro es bombardeada con un haz de radiación alfa. Sin entrar en los detalles más profundos del experimento, la dispersión de algunos rayos alfa en diferentes direcciones y el hecho de que algunos puedan pasar directamente, da una visión abstracta de que la materia está formada por constituyentes más pequeños. Por supuesto, el experimento se llevó a cabo para conocer la estructura del átomo y la existencia de los núcleos fue un resultado del experimento, pero la dispersión de los rayos alfa sólo nos empuja a pensar que la materia está hecha de algunos componentes más pequeños. El movimiento browniano también da una noción de átomos y moléculas.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
2 votos
No es cierto que toda la materia esté formada por átomos. Se cree que tal vez el 75% de la masa del universo es "materia oscura" cuya naturaleza se desconoce, pero que ciertamente no son átomos. Las estrellas de neutrones están hechas de neutronio, que no está formado por átomos (a no ser que se afirme que una estrella de neutrones es un único átomo colosal). Y así sucesivamente. Toda la materia que conocemos en la Tierra está hecha de átomos, pero no es en absoluto toda la materia.
1 votos
@NeuroFuzzy - No estoy de acuerdo - esta pregunta está preguntando sobre el experimento más simple para una demostración, mientras que la pregunta vinculada es sobre los experimentos en geneeral, por ejemplo, espectrómetro de masas, etc, pero tal vez estoy equivocado
0 votos
Después de pensarlo un poco, ¿cómo definiría usted un átomo? ¿Tendría que demostrar su estructura mediante un experimento?