VOLUMEN 35, NÚMERO 2 | JULIO-DICIEMBRE 2023 | PP. 237-241
ISSN: 2250-6101
DOI: https://doi.org/10.55767/2451.6007.v35.n2.43734
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Físicos y químicos frente a la naciente
teoría atómica
Physicists and chemists facing the emerging atomic
theory
Enrique N. Miranda
1,2
1
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad Nacional de Cuyo, 5500 Mendoza, Argentina
2
IANIGLA, CONICET, CCT Mendoza, 5500 Mendoza, Argentina
*E-mail: emiranda@mendoza-conicet.gov.ar
Recibido el 20 de agosto de 2023 | Aceptado el 27 de octubre de 2023
Resumen
La teoría atómica moderna nace en 1808 de la mano de Dalton y luego de algunos ajustes fue ampliamente usada por los químicos
para explicar las reacciones químicas. A mediados del siglo XIX era usada para entender la estructura de moléculas orgánicas, mientras
que entre los físicos la concepción atomista de la materia recién daba sus primeros pasos con Maxwell y la teoría cinética de los gases.
Boltzmann continuó en esa línea y se enfrentó a figuras influyentes de su época que se resistían a la existencia de los átomos. Final-
mente, a principios del siglo XX varios experimentos y en particular los de Perrin sobre movimiento browniano convencieron finalmente
a los físicos de su existencia. Curiosamente, la comunidad de los químicos se adelantó medio siglo a los físicos en aceptar la teoría
atómica. Este artículo discute y analiza esta peculiar historia.
Palabras clave: Teoría atómica; Comunidades científicas; Boltzmann; Mach.
Abstract
The modern atomic theory emerged in 1808 with the work of Dalton, and following subsequent refinements, it found widespread
adoption among chemists for elucidating chemical reactions. By the mid-19th century, it was employed to comprehend the structural
characteristics of organic molecules within the domain of chemistry. In contrast, within the realm of physics, the atomistic conception
of matter was just beginning to take its initial steps, championed by figures such as Maxwell and the kinetic theory of gases. Progressing
along this trajectory, Boltzmann engaged with prominent contemporaneous figures who exhibited reluctance toward acknowledging
the existence of atoms. Ultimately, at the turn of the 20th century, a series of experiments, notably those conducted by Perrin on
Brownian motion, conclusively persuaded physicists of the reality of atoms. Intriguingly, the community of chemists had anticipated
physicists by half a century in embracing the atomic theory. This article discusses and analyzes this curious story.
Keywords: Atomic theory, Scientific communities, Boltzmann, Mach.
DESARROLLO
La teoría atómica desempeña un papel fundamental en nuestra concepción actual de mundo material, y aunque po-
dría parecer que la comunidad científica la ha aceptado desde siempre, la realidad es diferente. Al igual que ocurre
con todas las ideas científicas, su historia no es tan sencilla ni lineal como a menudo se presenta en los libros de texto.
En particular, mientras la comunidad química abrazó rápidamente la teoría atómica, la comunidad física no siguió el
mismo camino. El propósito de este breve ensayo es precisamente narrar esa historia ya que es bien sabido que, desde
un punto de vista pedagógico, la perspectiva temporal es muy enriquecedora (Campanario, 2016; Menéndez, 2016;
Zerpa et al., 2019). Examinaremos cómo, a mediados del siglo XIX, la teoría atómica estaba plenamente integrada en
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la práctica química mientras que en el ámbito de la física comenzaba a dar sus primeros pasos, no consolidándose
completamente sino hasta la primera década del siglo XX. Finalmente, también especularemos sobre las posibles cau-
sas de esta disparidad entre ambas comunidades científicas y su impacto epistemológico.
Al igual que muchas historias dentro del contexto de la cultura occidental, es necesario rastrear el origen de la
teoría atómica hasta la antigua Grecia. En algún momento del siglo IV a. C., los griegos comenzaron a preguntarse
sobre la naturaleza fundamental de las cosas. Aunque hubo varias respuestas, nos enfocaremos en la propuesta de
Leucipo y su discípulo Demócrito, quienes razonaron que, al dividir un trozo de cualquier sustancia, eventualmente se
alcanzaría una unidad indivisible, algo que no podría ser dividido aún más. A ese objeto indivisible lo denominaron
“átomo”. Naturalmente era una propuesta meramente especulativa y no había forma de comprobarla. Por otro lado,
la hipótesis alternativa, que postulaba que la materia era un continuo infinitamente divisible era más popular y pre-
valeció hasta principios del siglo XIX.
Con el advenimiento de la ciencia moderna, resurgió la idea el carácter discreto, discontinuo de la materia. Bernou-
lli (1738) propuso que los gases estaban formados por diminutas esferas y pudo deducir la ley de Boyle. Sin embargo,
este aporte no logró atraer la atención de la comunidad. Fue necesario llegar a fines del siglo XVIII para que se formu-
laran leyes fenomenológicas que prepararan un terreno para las nuevas ideas. Lavoisier descubrió la conservación de
la masa en las reacciones químicas, mientras que Proust observó que en cualquier reacción la reactivos y productos
se encontraban siempre en la misma proporción, una observación que Dalton más tarde generalizó en la llamada ley
de las proporciones múltiples.
Estas leyes empíricas pueden ser explicadas de manera coherente suponiendo la existencia de átomos, y eso fue
precisamente lo que Dalton propuso en su obra Un nuevo sistema de la filosofía química (1808). Como suele suceder,
la teoría propuesta por Dalton explicaba de manera adecuada numerosos experimentos, pero había otros que no se
ajustaban a las predicciones teóricas. Esto se debía a que Dalton llamaba “átomos” a lo que nosotros hoy denomina-
mos “moléculas”. Esa confusión fue aclarada por Avogadro, y a partir de ese momento, la teoría atómica rápidamente
comenzó a ganar rápidamente aceptación espacio entre los químicos, quienes la incorporaron a sus prácticas habi-
tuales.
Un comentario epistemológico. Muchas teorías surgen a pesar de experimentos que inicialmente las refutan. Así
y todo, la comunidad científica las acoge y, con el tiempo, logra superar esas dificultades. Esta dinámica desafía el
enfoque refutacionista propuesto por Popper (1934), al menos en su versión simplista inicial.
Retornando a la historia en de la teoría atómica en el ámbito de los químicos, hay que decir que logró consolidarse
en esa comunidad y generó numerosos avances. En la década de 1850, Kekule, un químico orgánico alemán, impulsó
el estudio de la estructura molecular y en 1865 propuso que la estructura del benceno era un anillo cerrado formado
por seis átomos de carbono. Cuenta la leyenda que tuvo un sueño en el que una serpiente se mordía la cola y eso le
sugirió cómo estaban ordenados los átomos en el benceno. Sea verdadera o no esta historia, lo cierto es que en la
década de 1860 los químicos no solo aceptaban la existencia de los átomos, sino que habían avanzado aún más al
utilizarlos para describir la estructura de moléculas complejas. Por lo tanto, se puede afirmar que, a mediados del siglo
XIX, la teoría atómica ya era un componente esencial del conocimiento cualquier químico bien formado. Y por su-
puesto siguieron usándola y desarrollándola de manera fructífera
1
.
Ahora, centrémonos en lo que ocurría entre los físicos en ese mismo periodo
A mediados del siglo XIX la física gozaba de una salud envidiable
2
: la mecánica newtoniana, la síntesis entre elec-
tricidad y magnetismo realizada por Maxwell y la termodinámica podían explicar una enorme cantidad de fenómenos
macroscópicos. Paralelamente, en el mundo filosófico el pensamiento positivista sostenía que había que hablar solo
de entidades observables, si se hacía referencia a objetos que no eran perceptibles con nuestros sentidos se conside-
raba metafísica, y eso era una herejía para los acólitos de Comte.
En la comunidad de los físicos esas ideas filosóficas fueron introducidas por Ernest Mach (1883) quien gozaba de
un enorme prestigio científico y estaba muy interesado en lo que hoy llamaríamos filosofía de la ciencia. Mach sostenía
un fenomenismo extremo: la función de la ciencia es vincular los fenómenos sin realizar conjeturas sobre la realidad
en sí. El ideal de ese tipo de ciencia es la termodinámica. En base a consideraciones formales se vinculan distintas
magnitudes experimentales. Por ejemplo, se puede relacionar el calor específico a volumen constante con el calor
específico a presión constante pero no es posible dar el valor de los mismos. Hay que hacer alguna conjetura adicional
sobre la estructura de la materia para poder proporcionar un número. Y eso es lo que no quería Mach: evitar realizar
suposiciones sobre cosas que no se podían observar, como era el caso de átomos y moléculas en el siglo XIX.
1
El libro Breve historia de la química (Isaac Asimov, 1975, Madrid: Alianza) es una obra de divulgación breve para tener un panorama más completo
de la historia de la química. Ahí se ve con claridad que, a principios del siglo XX, temas como la estructura atómica eran estudiados preferentemente
por los químicos.
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Una descripción detallada del estado de la física en el siglo XIX se puede encontrar en la cuarta parte del libro Historia de la Física de Desiderio
Papp (1945, Buenos Aires: Espasa-Calpe).
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Esa prédica caló hondo en la comunidad de los físicos y por esa razón muchos rechazaban la teoría atómica. Para
complicar aún más el panorama, Wilhem Ostwald, predicaba que el elemento central de la realidad al que se debía
prestar atención era la energía, no la materia, pero esa es otra historia y contarla nos distraería de nuestro objetivo.
Es síntesis, a mediados del siglo XIX la física era una disciplina exitosa que lograba explicar muchos fenómenos a
nivel macroscópico. Sin embargo, aún no se involucraba con el mundo microscópico, en parte debido a la falta de
experimentos en ese nivel y también debido a las corrientes filosóficas predominantes. Pero dos físicos destacados
comenzaron a explorar la realidad a escala molecular.
Rudolf Clausius es conocido por haber formulado el segundo principio de la termodinámica; menos conocido es
que dio el puntapié inicial de la teoría cinética de los gases. Propuso que los gases estaban formados por partículas
microscópicas que se movían todas con la misma velocidad. Alrededor de 1860 James Maxwell (Maxwell, 1860a,
1860b) retomó esta idea, pero suponiendo que las partículas tenían velocidades distintas. Eso lo que llevó a desarrollar
su famosa distribución de velocidades y a darle a la teoría cinética un sólido andamiaje matemático.
Ahora entra en escena Ludwig Boltzamnn, quien tomó las ideas de la teoría cinética de los gases y puso los cimien-
tos de la mecánica estadística (Boltzmann, 1896, 1898). Y se convirtió en el gran abanderado de la teoría atómica entre
los físicos. Una conocida biografía suya lo describe acertadamente como “el hombre que creía en los átomos” (Cerci-
gnani, 2006). En los últimos años del siglo XIX y los primeros del siglo XX, Boltzmann se involucró en una ferviente
batalla intelectual para persuadir a la comunidad de físicos de la existencia de estas entidades inobservables que hoy
conocemos como átomos y moléculas.
Los debates fueron intensos: por un lado, figuras como Mach y Ostwald lideraban a aquellos que se oponían a la
teoría atómica, mientras que, en el otro extremo, Boltzmann defendía fervientemente la idea. Aunque resultaría su-
mamente interesante analizar en detalle esa lucha de gigantes intelectuales, profundizar en ello nos distraería de
nuestro objetivo. Lo que se puede afirmar sin lugar a dudas es que, a principios del siglo XX, una parte de la comunidad
de físicos aceptaba la teoría atómica, mientras que otra se aferraba a la concepción positivista y se negaba a hablar
de objetos inobservables.
Resulta interesante notar que Max Planck, alguien llamado a revolucionar la física, negaba la existencia de los
átomos al comienzo de su carrera. Quien introdujo la idea de los “cuantos” y postularía que la energía radiada no era
una magnitud continua, sino que posee una naturaleza discreta, cuando joven creía que la materia era continua. Pa-
radojas de la historia.
También es relevante observar lo que ocurría del otro lado del Atlántico. Mientras Boltzmann ponía los fundamen-
tos de la mecánica estadística, Gibbs hacía lo propio desde la Universidad de Yale (Gibbs, 1902). Sin embargo, es im-
portante destacar que Gibbs obtuvo su doctorado en ingeniería y centró su labor en la físico-química por lo que no
tuvo que lidiar con las concepciones filosóficas de la comunidad de físicos. Y, por otra parte, había muy pocos físicos
en los Estados Unidos a fines del siglo XIX. Así es que su trabajo de desarrollo de la mecánica estadística avanzó sin la
oposición que encontró su colega austríaco.
El movimiento browniano fue el fenómeno que finalmente inclinó la balanza a favor de la teoría atómica entre los
físicos. Por movimiento browniano se entiende el movimiento incesante de partículas con tamaño en el rango de
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m suspendidas en un líquido y fue descubierto a principios del siglo XIX por Robert Brown, un botánico que
observaba los granos de polen en el microscopio. Es bueno recordar que las moléculas tienen tamaños mucho meno-
res, por ejemplo, la del agua es menor que 10
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m, por lo tanto la observación directa de ellas con los microscopios de
la época era imposible
3
. Inicialmente, este fenómeno no atrajo mayor atención y se lo atribuyó a corrientes en el fluido
generadas por pequeñas diferencias de temperatura. Sin embargo, a medida que los experimentos se refinaron, se
vio que esa no era la causa.
Por supuesto que la explicación de este fenómeno proviene del mundo microscópico y fue proporcionada por
Einstein en 1905 (Einstein, 1905). El número de moléculas que colisionan con la partícula flotante es fluctuante. En
una dirección dada, los choques en un sentido no compensan exactamente las colisiones en el otro sentido y el resul-
tado neto es que la partícula que flota en el fluido se mueve. El trabajo de Einstein fue un espaldarazo para la teoría
atómica y para la mecánica estadística de Boltzmann. A pesar de ello, aún existía un sector de la comunidad que se
mostraba renuente a aceptar la existencia de átomos y moléculas.
Este último grupo finalmente claudicó cuando en 1909 Perrin (1909) llevó a cabo una serie de experimentos ex-
quisitamente precisos que confirmaron las predicciones teóricas de Einstein. Además, Perrin logró realizar la primera
estimación confiable del número de Avogadro. Así cayó el último bastión de quienes descreían en los átomos ya que
un cálculo teórico que partía del supuesto de su existencia pudo ser corroborado en el laboratorio. O al menos así es
como presentaría la historia un manual de epistemología.
3
Hoy se pueden obtener en forma rutinaria imágenes detalladas de moléculas con microscopios electrónicos de barrido o de fuerza atómica. No
siempre nos damos cuenta del largo camino recorrido desde los trabajos pioneros de Carl Zeiss y Ernest Abbe cuando construyeron los primeros
microscopios basados en la incipiente ciencia de la óptica
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Lamentablemente Boltzmann se había suicidado unos años antes y no pudo saborear su triunfo. Mach por su parte
siguió negando obstinadamente la existencia de los átomos hasta su muerte en 1916. En cuanto a Ostwald, también
cedió finalmente y reconoció la existencia de los átomos como una verdad científica comprobada (Ostwald, 1909)
Una descripción simplificada de la historia pondría a los experimentos de Perrin en el centro de la escena, pero es
importante reconocer que había vientos de cambio en la comunidad de los físicos. Con el paso del tiempo, la física,
que anteriormente se centraba principalmente en el ámbito macroscópico, comenzaba a sumergirse cada vez más en
el mundo microscópico. A finales del siglo XIX se descubrieron fenómenos tales como la radioactividad, los rayos X, y
el electrón, la primera partícula subatómica. Los físicos empezaban a explorar otro nivel de la realidad y a formular
modelos acordes. J. J. Thomson propuso que el átomo era una esfera positiva que tenía incrustados los electrones;
unos años después, Rutherford modificaría radicalmente esa imagen proponiendo el modelo nuclear
4
. Es decir, en la
primera década del siglo XX cada vez más experimentos físicos apoyaban la teoría atómica. Y Perrin terminó de con-
firmarla.
En resumen, se puede decir que a mediados del siglo XIX la comunidad química daba por sentada la existencia de
los átomos y usaba ese concepto para explicar reacciones y estructuras moleculares. Mientras tanto la comunidad
física recién empezaba a explorar teóricamente la idea que encontró una fuerte resistencia inicial. Finalmente, en la
primera década del siglo XX, la existencia de los átomos es aceptada unánimemente por la comunidad científica gracias
a la prédica de Boltzmann y a numerosos experimentos que culminan con la confirmación por parte de Perrin de las
predicciones teóricas de Einstein sobre el movimiento browniano.
Hasta aquí llega la historia fáctica, los hechos. Ahora podemos especular un poco acerca de los motivos de esta
diferencia en el comportamiento de ambas comunidades.
Una primera conjetura podría ser que la comunicación entre químicos y físicos era limitada en aquella época. Las
dificultades de la comunicación en el siglo XIX son bien conocidas. Sin embargo, se puede objetar que en las grandes
universidades coexistían físicos y químicos en distintos departamentos y alguna interacción existiría entre ellos. Así
pues, la hipótesis de la falta de comunicación parece débil.
Otra característica destacada es el efecto de la filosofía dominante en una y otra comunidad. Entre los físicos el
positivismo reglaba la conducta de muchos investigadores, mientras que los químicos parecen haber ignorado des-
preocupadamente los preceptos que se desprendían de esa filosofía. Especulando un poco más, es posible que esta
diferencia se deba a que los químicos estaban más centrados en el trabajo de laboratorio, sin una presencia significa-
tiva de químicos teóricos en esa época. En contraste, la figura de los físicos teóricos era más prominente, y dado el
carácter reflexivo de su tarea, eran más propensos a ser influenciados por la filosofía predominante.
Es crucial destacar una vez más que aquel periodo la física se ocupaba principalmente de fenómenos macroscópi-
cos. Esto es una diferencia muy grande respecto del siglo XXI. Hoy la palabra “física” evoca fundamentalmente un
mundo microscópico: mecánica cuántica, física del sólido, nuclear, partículas, supercuerdas. Mientras que algunas
áreas de trabajo a una escala más grande, tales como mecánica de los fluidos, termodinámica o mecánica del continuo,
son frecuentadas más bien por científicos aplicados e ingenieros. A mediados del siglo XIX no era así; esas áreas atraían
la atención de los grandes físicos de aquella época. Se podría argumentar entonces que, en ese momento, los físicos
no prestaban demasiada atención a cuestiones “microscópicas” tales como la estructura de la materia.
Seguramente, se podría seguir especulando sobre las causas de un comportamiento tan diferente entre ambas
comunidades, pero parece difícil encontrar una respuesta definitiva. El autor de esta nota se inclina por la influencia
del positivismo extremo en la física, pero demostrar esa hipótesis demandaría un estudio minucioso de los escritos de
la época.
Para concluir, cabe hacer algunos comentarios epistemológicos. La introducción de la teoría atómica en la química
marcó una auténtica revolución científica en el sentido kuhniano del término (Kuhn, 1962, Hoyningen-Huene, 2008).
A partir de ahí puede decirse que nació la química moderna. En el caso de la física, aceptar esa teoría fue el puntapié
inicial de la gran revolución cuántica del siglo XX. Efectivamente, una vez que la existencia de los átomos fue unáni-
memente aceptada, había que entender su comportamiento. Y es así que en 1913 Bohr propone su modelo de átomo
con órbitas cuantizadas (Bohr, 1913). Esto, sumado al trabajo de Planck sobre la radiación de cuerpo negro, iniciaron
la profunda revolución que sufrió la física y que llevó al surgimiento de la mecánica cuántica.
Puede afirmarse con seguridad que la aceptación del carácter atomístico de la materia generó cambios de para-
digmas tanto en la química como en la física. Sin embargo, es interesante notar que, en el caso de la química, esta
revolución tuvo lugar a principios del siglo XIX, mientras que en la física fue necesario esperar hasta los albores del
siglo XX para que se materializara. El objetivo de este artículo ha sido narrar y analizar este proceso de cambio y
4
Es muy interesante la historia del experimento de Rutherford y su interpretación. Al respecto, el lector puede consultar Rodríguez M. A. y Niaz M.
(2016). El experimento de Rutherford en el contexto de Historia y Filosofía de la Ciencia y sus implicancias para los textos de Física. Revista de
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evolución en la concepción de la materia en ambas disciplinas, resaltando las diferencias y similitudes en sus trayec-
torias históricas.
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