2. La electricidad y el átomo | ⚛️ El átomo físico clásico | Joseleg

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La materia exhibe propiedades químicas y físicas, mientras que las propiedades químicas se enfocan en la reactividad, las propiedades físicas se basan en interacciones que no alteran la identidad de la sustancia, pero que en muchas ocasiones dependen del tipo de sustancia. Una propiedad física particularmente desconcertante era la electricidad.

Etimología de electricidad

Los antiguos griegos notaron que el ámbar atraía pequeños objetos cuando se frotaba con la piel. Junto con los rayos, este fenómeno es una de las primeras experiencias registradas de la humanidad con la electricidad (Ahuja, 1600). En su tratado De Magnete de 1600, el científico inglés William Gilbert acuñó el nuevo término latino electrica, para referirse a aquellas sustancias con propiedades similares a las del ámbar que atraen objetos pequeños después de ser frotadas (Gilbert, 1600). La palabra electricidad se deriva del latín ēlectrum (también la raíz de la aleación del mismo nombre), que proviene de la palabra griega para ámbar, ἤλεκτρον (ēlektron).

Figura 2‑1. William Gilbert, (Colchester, Essex, 24 de mayo de 1544–Londres, 10 de diciembre de 1603) fue un filósofo natural y médico inglés. Es considerado uno de los pioneros del estudio científico del magnetismo.​ Su obra maestra es De Magnete (1600), el primer libro importante sobre Física publicado en Inglaterra. Introdujo el término electricidad a partir de sus estudios sobre electrostática. Rechazó con vigor la filosofía aristotélica y el método escolástico de enseñanza en las universidades.

Dos tipos de carga

A principios de la década de 1700, el químico francés Charles François du Fay descubrió que, si una hoja de oro cargada es rechazada por vidrio frotado con seda, entonces la misma hoja de oro cargada es atraída por el ámbar frotado con lana. A partir de este y otros resultados de tipos similares de experimentos, du Fay concluyó que la electricidad consta de dos fluidos eléctricos, fluido vítreo de vidrio frotado con seda y fluido resinoso de ámbar frotado con lana. Estos dos fluidos pueden neutralizarse entre sí cuando se combinan (Benjamin, 1895; Keithley, 1999).

Figura 2‑2. Charles François de Cisternay du Fay (París, 1698 – 1739) fue un físico y químico francés, superintendente del Jardin du Roy. De familia prominente con influencia en ambientes militares y eclesiásticos, su padre le consiguió el nombramiento de químico adjunto en la Academie des Sciences. Aún sin tener una formación científica, Du Fay, pronto destacó en sus experimentos sobre la electricidad al enterarse de los trabajos de Stephen Gray, dedicó su vida al estudio de los fenómenos eléctricos. Publicó sus trabajos en 1733 siendo el primero en identificar la existencia de dos tipos de cargas eléctricas (las denominadas hoy en día positiva y negativa), que él denominó carga vítrea y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban: de una forma al frotar, con un paño de seda, el vidrio (carga positiva) y de forma distinta al frotar, con una piel, algunas sustancias resinosas como el ámbar o la goma, (carga negativa). Las observaciones de Du Fay en electricidad fueron escritas en diciembre de 1733 y luego impresas en el v. 38 de la Philosophical Transactions of the Royal Society en 1734 (Farrar, 1969).

Figura 2‑3. Benjamin Franklin (Boston, 17 de enero de 1706-Filadelfia, 17 de abril de 1790) fue un político, polímata, científico e inventor estadounidense. Es considerado uno de los Padres Fundadores de los Estados Unidos.

Más tarde, el científico estadounidense Ebenezer Kinnersley también llegó de forma independiente a la misma conclusión (μκρκ, 1900). Una década más tarde, Benjamin Franklin propuso que la electricidad no provenía de diferentes tipos de fluidos eléctricos, sino de un solo fluido eléctrico que mostraba un exceso (+) o un déficit (-). Les dio la nomenclatura de carga moderna de positivo y negativo respectivamente (Erwin, 1995; Singh, 2012). Franklin pensó que el portador de carga era positivo, pero no identificó correctamente qué situación era un excedente del portador de carga y qué situación era un déficit (Myers & Myers, 2006).

Entre 1838 y 1851, el filósofo natural británico Richard Laming desarrolló la idea de que un átomo está compuesto por un núcleo de materia rodeado de partículas subatómicas que tienen cargas eléctricas unitarias (Farrar, 1969). A partir de 1846, el físico alemán William Weber teorizó que la electricidad estaba compuesta de fluidos cargados positiva y negativamente, y su interacción se regía por la ley del cuadrado inverso. Después de estudiar el fenómeno de la electrólisis en 1874, el físico irlandés George Johnstone Stoney sugirió que existía una "única cantidad definida de electricidad", la carga de un ion monovalente. Pudo estimar el valor de esta carga elemental e por medio de las leyes de electrólisis de Faraday (Farrar, 1969). Sin embargo, Stoney creía que estas cargas estaban unidas permanentemente a los átomos y no podían eliminarse. En 1881, el físico alemán Hermann von Helmholtz argumentó que tanto las cargas positivas como las negativas se dividían en partes elementales, cada una de las cuales "se comporta como átomos de electricidad" (Arabatzis, 2006).

Stoney acuñó inicialmente el término electrolión en 1881. Diez años más tarde, cambió a electrón para describir estas cargas elementales, escribiendo en 1894: "... se hizo una estimación de la cantidad real de esta unidad fundamental de electricidad más notable, para la cual Desde entonces me he aventurado a sugerir el nombre de electrón. La palabra electrón es una combinación de las palabras eléctrico e iónico. El sufijo -on que ahora se usa para designar otras partículas subatómicas, como un protón o un neutrón, se deriva a su vez del electrón (Arabatzis, 2006).