La emisión de partículas alfa y beta planteaba cuestiones muy difícilmente compatibles con las ideas existentes sobre la materia y su estructura. El rápido desarrollo de la química en el siglo XIX había hecho que la hipótesis atómico-molecular de la materia fuera extremadamente convincente [1]. Según la versión decimonónica de este modelo un elemento puro consta de átomos idénticos, que son indivisibles e inmutables.

Pero si un átomo radiactivo emite un fragmento tan sustancial como una partícula alfa, que resultaba ser un átomo de helio ionizado, ¿puede el átomo radiactivo permanecer inmutable? Eso no parecía plausible. Todo lo contrario, parecía que ocurría una transformación en la que el átomo radiactivo se transformaba en un átomo de un elemento químico diferente.

Si un átomo emite una partícula alfa, una parte significativa de su masa (cuatro unidades de masa atómica) se irá con la partícula. ¿Qué pasa con los átomos que emiten partículas beta? La partícula beta, que resultó ser un electrón, es mucho menos masiva que la partícula alfa. Sin embargo, su masa no es cero; por lo que un átomo radiactivo también debe sufrir algún cambio cuando emite una partícula beta.

De nuevo había que concluir que los átomos radiactivos pueden, de hecho, dividirse en dos partes de masa marcadamente desigual, una conclusión contraria al antiguo concepto básico de que el átomo es indivisible.

Otra cuestión fundamental surgió en relación con la energía asociada a los rayos emitidos por las sustancias radiactivas. Ya en 1903, Rutherford y Frederick Soddy, por un lado, y Pierre Curie y Albert Laborde, por otro, notaron que una muestra de radio se mantenía a una temperatura más alta que su entorno simplemente absorbiendo parte de la energía de las partículas alfa emitidas por los átomos de la muestra. Curie y Laborde encontraron que 1 g de radio puede producir alrededor de 0,1 kcal de energía térmica por hora. Una muestra de radio, de hecho, puede seguir liberando energía año tras año durante mucho mucho tiempo. [2]

La liberación continua de tal cantidad de energía no puede explicarse tratando la radioactividad como una reacción química ordinaria, que era la única transformación de la materia conocida en la época. Estaba claro que la radiactividad no implicaba cambios químicos en el sentido habitual [3]. La energía era emitida por muestras de elementos puros [4] y la emisión de energía de los compuestos que contienen elementos radiactivos no dependía del tipo de molécula en la que estaba presente el elemento radiactivo.

El origen de la producción de energía térmica había que buscarlo en algunos cambios profundos dentro de los átomos de elementos radiactivos, más que en reacciones químicas entre átomos. Esto era una idea revolucionaria y se necesitaba una hipótesis igualmente atrevida para explicarla. De nuevo Rutherford estaría implicado en la generación del modelo que terminaría siendo universalmente aceptado.

Notas:

[1] La hipótesis atómica dejó de ser tal para convertirse en uno de los pilares incontrovertibles de nuestro conocimiento del universo cuando Einstein formuló el modelo del movimiento browniano basándose en ella en 1905 y Perrin lo confirmó experimentalmente en 1908. Hay que enfatizar que el que los átomos existan no implica que no puedan tener estructura, a ver si una etimología nos va a nublar la razón.

[2] Tanto es así que una parte sustancial del calor interno de la Tierra proviene de procesos radiactivos.

[3] Los cambios químicos se producen en la relación de unos átomos con otros.

[4] Entre los átomos de un elemento puro puede haber reacciones químicas, ya que se forman unos enlaces y no otros, lo que hace que existan distintas estructuras del elemento que se llaman alotropos. Por ejemplo, el diamante, el grafito y el grafeno son alotropos del carbono, con propiedades muy diferentes. Las transformaciones de un alotropo en otro ni son ni espontáneas (los diamantes no se convierten en minas de lápices y las minas de lápices en diamantes de forma espontánea), ni pueden emitir energía continua durante mucho tiempo ni mucho menos a los niveles en los que lo hace la radiactividad.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance