Pisu atomikoaz

César Tomé

XVIII. mendeko 70eko eta 80ko urteetan burututako lanetan, Antoine-Laurent Lavoisier kimikariak pisua hartu zuen materia-kopuruaren neurri nagusitzat. Elementu kimikoa definitu zuenean kimikoki deskonposa ezin daitekeen substantzia gisa, pisu-galera hartu zuen irizpidetzat deskonposatze bat zegoen ala ez zehazteko.

Lavoisier hil eta geroko kimikarien belaunaldiak kontzeptu eta hipotesi berriak garatu zituen propietate neurgarri bakar pisua zuten atomoei buruz. Baina ezin zenez neurtu atomoa bezain txikia zen zerbaiten pisu absolutua, pisu atomikoak beti adierazi izan dira eredu konbentzional batekiko unitate erlatiboetan.

Elementu bakoitzaren atomo-pisu erlatiboa zehazteak hiru kontu praktiko zekartzan: lehenik, eredua aukeratzea; bigarrenik, konposatuen formulak zehaztea, horietatik ondorioztatuko baitziren pisuak; eta hirugarrenik, neurketan ahalik eta zehaztasun handiena lortzea.

Atomista kimikarien lehen belaunaldiaren baitan (gogora dezagun atomista filosofoak ere egon zirela, eta kimikari guztiak ez zirela atomistak, are XX. mende hasieran ere), John Dalton zientzialariak, Humphry Davy kimikariak eta William Prout kimikari eta sendagileak erabaki zuten hidrogeno atomoa hartzea eredutzat, eta balio zehatz bat esleitu zioten arbitrarioki: H = 1. Bestalde, Thomas Thomson kimikariak nahiago izan zuen oxigenoa O = 1 balioa esleitzeko; William Wollaston ere oxigenoaren alde agertu zen, baina O = 10 balioa eman zion; baita Jöns Jacob Berzelius ere, baina azken honek nahiago izan zuen O = 100. Guztiaz ere, XIX. mendearen erdialdean ia kimikari guztiek hidrogenoa hartua zuten eredutzat (horixe da, hain zuzen, gaur egun erabiltzen dena, aldatuta, ¹²C = 12 eran, eta horrek protioa 1etik oso hurbil uzten du).

XIX. mendean, kimikariek zehaztu behar zituzten (edo onartu, enpirikoki zehaztea ezinezkoa gertatuz gero) pisu atomikoak kalkulatzeko erabilitako konposatu kimikoen formulak. Horrela, adibidez, Daltonen datuek (1810) erakusten zuten ura oxigenoaren % 87,5ek eta hidrogenoaren % 12,5ek osatzen zutela. Aintzat hartzen zuen uraren molekula hidrogeno atomo batek eta oxigeno atomo batek osatzen zutela (HO); hortaz, H = 1 hartuz gero, orduan O = 7. Davyk (1812) eta Berzeliusek (1814), aldiz, H₂O hartzen zuten uraren formulatzat; horregatik, Davyk ondorioztatu zuen O = 14 zela. Berzelius, bestalde, prozesu analitikoan askoz zehatzagoa izan zen eta zehaztu zuen oxigenoa % 88,8 zela, eta horrek esan nahi zuen H = 1 baldin bazen, orduan O ≈ 16 zela. Hori dela eta, tirabirak izan zituen Daltonekin.

XIX. mendearen hasieran ez zegoenez metodo fisikorik konposatuen formulak zehazteko, nork bere formula hautatzeak pisu atomikoen elkarren kontrako sistemak erabiltzea ekarri zuen; sistema haietako askotan elementu baten atomoei esleitzen zizkieten pisuek zenbaki arrunt txiki baten aldea zuten (esate baterako, O = 8 eta O = 16). Ia mende erdia behar izan zen poliki-poliki adostasunera heltzea ahalbidetuko zuten metodoak lortzeko. XIX. mendeko hirurogeiko urteen hasierarako, kimikari europar gehienek lortua zuten pisu atomikoen eta formulen sistema bakar bat adostea, gaur egun erabiltzen denaren ia berdina. Hala ere, galiar menderaezin batzuek bereari eutsi zioten, mendearen azken hamarkadara arte esanez uraren formula HO zela.

Daltonen eta Berzeliusen arteko liskarrak ―oxigenoaren, hidrogenoaren eta uraren ingurukoa― agerian uzten du zehaztasunaren eta doitasunaren garrantzia konposatuen analisi grabimetrikoetan, pisu atomikoak zuzen zehaztea lortu ahal izateko. Neurketen aldakortasunak bide ematen zien hainbat hipotesi “dotoreri”. Horrela, pisu atomikoetako asko zenbaki arruntetatik hurbil zeudela zirudienez, H = 1 baldin bazen, Proutek eta Thomsonek uste zuten zenbaki atomiko guztiek zenbaki arruntak izan behar zutela. Hori egia izatera, atomo guztien osagai izan behar zuten pisu-unitateak adierazten zituzten partikula subatomikoek; beharbada partikula horiek hidrogeno atomoak berak ziren. “Prouten hipotesia” 1815ean proposatu zen lehen aldiz.

Berzeliusek hipotesi hori errefusatu zuen, datu esperimentaletan oinarrituta. Beraren ustez Thomson eta beste batzuen gustu eta lehentasunek mugatu egiten zien objektibotasuna. Hori gorabehera, 1838 eta 1849 urteen artean Berzelius, Justus von Liebig, Jean Baptiste André Dumas, Charles Marignac eta beste batzuen artean emandako datu-truke eta eztabaidetatik ―hidrogenoa, karbonoa eta oxigenoa bezalako elementu erabakigarriei zegokienez― ondorioztatu zen Berzeliusen datu esperimentalek karbonoari izan beharko lukeena baino pisu handiagoa esleitzen ziotela, %2 handiagoa hain zuzen. Berrikusitako pisuak 1, 12 eta 16 ziren, ia zehazki, eta horrek indar berria eman zion Prouten hipotesiari. Jean Servais Stas kimikariaren geroagoko lanek (O = 16 patroia erabilita) frogatu zuten, arrazoizko zalantzetatik harago, pisu atomikoak ez zirela zenbaki arruntak ―horrek Prouten hipotesiari behin betiko kolpea ematen ziola zirudien― eta finkatuta utzi zituzten gerora elementuen taula periodikoa eraikitzeko erabiliko ziren balioak.

Pisu atomikoen zehaztapen kimiko doienak Edward Morley kimikari eta fisikariak (oxigenoa, 1895) eta, batez ere, Theodore W. Richards kimikariak burutuko zituzten; azken honek 55 elementuren pisu atomikoa zehaztu zuen, hain zehatz ezen lehena izan baitzen isotopoen existentziaren zantzuak aurkitzen metodo kimikoen bidez, mea-berunaren eta fisio nuklearraren bidez lortutako berunaren laginak konparatzean. Lan horiengatik Richardsek Nobel saria jaso zuen 1914an.

Masen espektrometroa garatu ondoren, pisu atomikoak zehaztasun handiz eta askoz errazago zehaztu ahal izan ziren.

Egileaz:

Cesár Tomé López (@EDocet) zientzia dibulgatzailea da eta Mapping Ignorance eta Cuaderno de Cultura Cientifica blogen editorea.

Itzulpena:

Leire Martinez de Marigorta

Hizkuntza-begiralea:

Xabier Bilbao