¿Son observables los átomos? Si no, ¿puede explicar la teoría atómica y la historia de su inicio?

Seamos claros, cualquier imagen no es el objeto.

La respuesta correcta a la pregunta: “¿Son observables los átomos?”, Es no.

Un “átomo” es una idea. No es una entidad real. Es una idea aplicada a un conjunto de ecuaciones matemáticas que pueden relacionarse a través de una larga cadena de cálculos con eventos observados … digamos una imagen que se dice que representa átomos de xenón que deletrean IBM.

Lo que se observa es la imagen. Es un artefacto construido. Los átomos no se parecen a las bolas redondas que se muestran en la imagen. No se parecen a nada. No tienen una forma distinta. Se conocen solo a través de las matemáticas que describen el comportamiento de eventos idealizados a escala atómica.

Vea la respuesta a continuación de Alec Cawley para preguntar ¿Qué estamos viendo realmente cuando observamos un átomo?

“Estamos viendo la posición promediada en el tiempo de la nube de electrones que rodea el átomo. Esa foto requerirá billones de electrones para fabricarse. Cada uno, individualmente, ha interactuado con la nube de electrones de manera aleatoria, pero estadísticamente determinada. La foto es la suma de muchas de esas interacciones.

Como en muchas de esas fotos, no estamos viendo un átomo. Estamos viendo datos presentados en un formato que se puede transmitir a nuestros hábitos y prejuicios. Esos datos podrían haberse presentado como una hoja de cálculo, como un gran archivo de datos o de muchas otras maneras. Pero la forma en que se ha hecho se ajusta a nuestra intuición. Pero no estamos viendo un átomo, estamos viendo una gráfica 3d (x, y, intensidad) de un archivo de datos.

Escrito el 4 de junio de 2014 ”

Nadie puede ver un átomo a simple vista o con un microscopio óptico. Los átomos son demasiado pequeños para eso. Pero podemos hacer cosas que están bastante cerca de “ver un átomo”.

Un microscopio de túnel de escaneo puede capturar imágenes de superficies de material a escalas atómicas. Lo siguiente es cómo se ve la superficie de un cristal de carburo de silicio bajo STM.

La sombra proyectada por un átomo individual se puede visualizar mediante una técnica llamada imagen de absorción. [1]

Aún más sorprendente, los científicos han logrado capturar la estructura de los orbitales atómicos [2]. (Más exactamente, cómo se ve la densidad de probabilidad de electrones). La siguiente imagen muestra un estado excitado (n = 3, como es evidente a partir de dos nodos radiales) del átomo de hidrógeno. Esto es lo más cerca que tenemos de “mirar dentro de un átomo”.

[1] Primera foto de la sombra del átomo único
[2] Página en aps.org

Muchas buenas respuestas sobre la formación de imágenes de átomos, pero me gustaría centrarme en el significado de la palabra “observable”. No tenemos que “ver” las cosas para “observarlas” en el sentido científico. Una observación es un punto de datos adquiridos sobre algún aspecto del Universo. Si las observaciones se repiten y no se discuten seriamente, se consideran “hechos” (un “hecho” se define como “una observación objetiva y verificable”, ver Observación y Hecho).

Entonces, si en la escuela, hiciste el experimento de la cámara de nubes, donde llenas una cámara con humo y ves las partículas de humo que se mueven bajo el movimiento browniano, aparentemente cada vez que algo pequeño e invisible te golpea, entonces puedes decir que han “observado” personalmente las moléculas di-atómicas. (Cuando estaba en la escuela solía usarse humo de cigarrillo, por lo que esta era la única ocasión en que se permitía fumar según las reglas de la escuela y eso hizo que este experimento fuera anticipado con entusiasmo por aproximadamente la mitad de la clase, no estoy seguro de si el efecto positivo de conseguir algunos niños ¡quien de otra manera no estaría interesado en la ciencia sobrepasó el riesgo de tener algún niño que de otra manera no comenzaría a fumar!)

Ver también la respuesta dada por Alec Cawley

Me sorprende que un hilo como este no mencione a Earnest Rutherford. Entonces, a riesgo de llegar (muy) tarde a la fiesta y ser completamente ignorado, déjenme comentar lo que significa “observable” y por qué las imágenes nítidas que podemos hacer hoy son redundantes para el experimento de 1909 de Rutherford.

Si su definición de “observable” se define estrictamente como “observable por humanos”, entonces la respuesta a su pregunta es “no”, y siempre lo será, independientemente del avance tecnológico. Los átomos no pueden ser resueltos por los ojos humanos. También clasificaría los descubrimientos más modernos como técnicamente inobservables.

Si tiene una definición más razonable y acepta “imágenes” como las producidas por un AFM, STM o similar, como una observación, entonces la respuesta es “sí”. Pero estas técnicas de imagen avanzadas “observan” la superficie de un material de la misma manera que todos los experimentos funcionan: explotan un fenómeno natural para medir algo útil. Básicamente no agregan nada que el experimento de la lámina de oro de Rutherford no haya agregado, ya que corresponde a su pregunta. De hecho, el experimento de Rutherford es algo más directo porque observó el núcleo, mientras que los escáneres modernos solo interactúan con la nube de electrones de la muestra. Lo que sí agrega el escáner es la resolución espacial y la sensibilidad con las que Rutherford solo podía soñar durante su tiempo.

Los átomos ahora son observables, con un microscopio electrónico de transmisión de exploración, como Richard Muller mostró en su respuesta. Pero los átomos eran conocidos mucho antes de que se tomara o pudiera tomarse esa foto.

Si bien los átomos se hipotetizaron desde la antigua Grecia, la evidencia más sólida fue la química. Durante varios siglos de alquimia transformada en química, se hizo evidente que toda la materia estaba compuesta de combinaciones de un número relativamente pequeño de elementos, y que esos elementos se combinaban en proporciones muy precisas. El agua era H2O: dos partes de hidrógeno por una parte de oxígeno. El peróxido de hidrógeno, H2O2 existió, pero era una sustancia diferente. Pero nada como H2O (1.5) existió. Toda la química podría explicarse por elementos que consisten en partículas finitas, que llamamos átomos, que se agrupan en patrones fijos. Este modelo trajo el florecimiento de la química en el siglo XIX, a pesar de que nadie había visto un átomo.

La primera evidencia directa de átomos fue cuando, en 1905, Einstein demostró (en el documento que le ganó su premio Nobel) que el movimiento browniano podría explicarse con precisión por el impacto de los átomos de agua en las semillas flotantes. El tamaño y la frecuencia del movimiento de las semillas visibles era exactamente lo que se predeciría si el agua estuviera compuesta de átomos.

No mucho después de eso, los Braggs inventaron la Cristalografía de rayos X, que mostró que los cristales difractaban los rayos X exactamente de la manera en que deberían hacerlo si consistieran en átomos en una disposición fija. Podrían interpretar los patrones de difracción para mostrar la forma en que se ensambló el cristal, “viendo” los átomos con los rayos X.

Desde entonces, se han construido grandes cantidades de dispositivos que solo funcionarían si existieran átomos. Pero no fue hasta hace unos 20 años, con STEM, que pudimos obtener una imagen tan directa como la que se muestra.

Sí, los átomos individuales son observables. Aquí hay una foto tomada de un grupo de 35 átomos de xenón individuales que Don Eigler y Erhard Schweitzer colocaron en una placa de níquel en 1989. Usaron un microscopio de túnel de exploración para colocarlos y fotografiarlos. ¿Adivina para qué compañía trabajaban?

Realmente no tengo nada que agregar, excepto decir que cuando era más joven, NUNCA pensé que podría ver un átomo real. Después de descubrir cómo funcionaban los microscopios electrónicos, estaba seguro de que nunca vería una imagen de un átomo. ¿Quién podría haber previsto túneles microscopios electrónicos cayendo por la tubería?

Los primeros átomos que vi fueron átomos de Ni. Solo parecían puntos blancos y negros, pero fue suficiente para enviar un escalofrío a mi columna vertebral. Ahora incluso pueden tomar fotografías de los enlaces covalentes entre las moléculas. Todo lo que puedo decir es que ciertamente he vivido un tiempo maravilloso desde el punto de vista científico.

Lo son, he enfocado y visto varias veces hebras atómicas ionizando por luz LED a ojo. Técnicamente, podría decir las interacciones de los fotones, pero eran de hidrógeno y oxígeno en una solución salina. Sin microscopio No podía creer lo que veía, repetidamente, pero allí estaban.

La gente piensa que la luz no puede enfocarse para hacer tal cosa, y para ellos, tienen razón. Los átomos existen, y se pueden ver a simple vista, si practicas. Un átomo, estimado alrededor de 10- ^ 9 m, por una sola gota de un bostezo, que no se sacudió y se concentró, mientras hacía grandes esfuerzos para restringir la luz entrecerrando los ojos. Algunas personas no pueden hacer fotos mágicas de ojos. Algunos pueden, instantáneamente aparentemente. Podrían ser rastreados hasta cierto punto, y seguidos por esta observación, que fue similar en observaciones a descripciones de electrólisis en solución salina. Se puede hacer, y sé cómo hacerlo, y he hecho un gran esfuerzo para descartar las otras posibilidades propuestas. Vi átomos encadenados, aproximadamente de 100 a 150 en total a la vez, ya que recibieron carga en la gota.

En realidad no. Un átomo es demasiado pequeño para registrar su longitud de onda en el espectro de luz visible. Sin embargo, el “campo” creado por el movimiento del átomo (junto con sus interacciones con otros átomos, formando moléculas) ES visible.

Lo que está observando en este momento NO es la colección de átomos individuales que forman la pantalla de su computadora o teléfono celular, sino el campo de energía resultante de sus interacciones entre sí. Para pensarlo de otra manera, imagina un solo hilo en una tela. Cuando miras la tela, no ves los hilos individuales, sino su aspecto cohesivo, que es la tela misma. Por supuesto, puede separar un hilo de la tela retirándolo, pero mientras ese hilo sea parte de la tela, cualquier acción que actúe sobre la tela tendrá un efecto sobre ese hilo individual.

Entonces, si tuviera que agarrar 2 extremos de la tela y levantarla, los otros hilos seguirían su ejemplo a pesar de estar lejos de mi agarre y del movimiento de elevación. Cada hilo de tela se mueve al unísono con el otro hilo y, a pesar de que la tela en su conjunto está compuesta por una multitud de hilos independientes, estos hilos independientes están unidos en lo que se consideraría un “campo”, que es básicamente Una conexión invisible que une los átomos individuales (hilos) juntos.

Estos conceptos fueron desarrollados para explicar los resultados observados por los científicos utilizando diversas técnicas como la espectroscopía y la difracción de rayos X. ¿Puedes ver una onda de sonido? ¡No! Del mismo modo, los electrones son como ondas que no puedes ver. Sabes que existen debido a fenómenos como interferencia, difracción, sus espectros, etc.

Corrígeme si estoy equivocado.

Originalmente respondido: ¿Alguien ha visto realmente un átomo, o todo el tema de la química se basa simplemente en el concepto teórico del átomo?

Se usó un microscopio de túnel de escaneo (STM) para observar la imagen altamente ampliada de un cristal de silicio.
La imagen observada mostraba claramente un diseño de átomos como se define por la teoría.
Los neutrones se han verificado experimentalmente como existentes en forma independiente, en las reacciones de fisión nuclear.
Claramente, estos no son solo teorías, sino partículas verificadas experimentalmente.

La forma en que funciona la ciencia es creando modelos teóricos con los que explicar los fenómenos observados. Como ya se dijo, los átomos se pueden visualizar. Son objetos reales, mucho más complejos de lo que nuestros modelos son capaces de manejar. Es por eso que los químicos y los físicos están constantemente buscando formas de elaborar el concepto y acercarlo lo más posible a la realidad.

Por supuesto, así es como sabemos que existen. Casi todas las respuestas aquí interpretan “obsertable” como “visible”. Pero la mayoría de las observaciones sobre los átomos son más sobre los efectos de su comportamiento y las consecuencias de su estructura y disposición. Podemos observar con todos nuestros sentidos. Estudie el experimento de la lámina de oro de Rutherford. La mayoría de las partículas alfa no se desviaron al pasar a través de la lámina de pliegue. Llegó a la conclusión de que en su mayoría son espacios vacíos por la observación de dónde aterrizaron y golpearon una pantalla recubierta de sulfuro de zinc.

Bueno, puedo señalar mis últimos comentarios, pero el trabajo está completo. Cuando termine, representará la mayor revisión desde Bohr.

Partículas subatómicas de David Wrixon EurIng sobre la gravedad cuántica explicada

Explicando la periodicidad y la fisión de las partículas de masas escalares por David Wrixon EurIng en la gravedad cuántica explicada

Bueno, la respuesta dependería, por supuesto, de su definición de “observar”.

Con nuestros ojos? Obviamente no. ¿Usando un microscopio? Todavía no, como otros han señalado. No estoy seguro de cuándo surgió la teoría. Supuestamente a un filósofo se le dio crédito una vez por tener la idea, pero es un hilo común y creo que tuvo la idea correcta. Probablemente hay un cierto nivel de indivisibilidad (que las cosas no se pueden descomponer después de un cierto punto), pero ahora sabemos que este no es el átomo. En ese momento y durante bastante tiempo después de que demostráramos su existencia, todavía pensamos que ese era el caso, pero luego nos dimos cuenta de que había algunas mecánicas subyacentes en su comportamiento y eso nos llevó a darnos cuenta de que había más componentes, etc. Ahora estamos comenzando (creo) a llegar a la conclusión de que al final del día no hay ninguna cuestión real y que es simplemente un conjunto de reglas puramente abstractas que … Quizás solo existan en teoría, no materialmente. Pero, sin embargo, de la misma manera que vemos nuestra realidad como real, podemos dar cuenta de los átomos, si no a través de la observación directa, entonces por inferencia, como suele ser el caso con todos los descubrimientos científicos, al menos hoy en día que la ciencia está superando ampliamente nuestra comprensión como simples mortales. Debemos usar cosas más allá de nuestros sentidos para observar el universo. En el caso de las imágenes que las personas mostraron, se hicieron con microscopios electrónicos, lo que contradice la idea del átomo en su existencia, pero nos permite observar algo tan pequeño que una vez pensamos que no podría haber nada más pequeño. Dado que la luz literalmente no puede resolverse más allá de la frecuencia de la onda (de lo contrario, es un disparo en la oscuridad que incluso detectará cualquier cosa, ya que de todos modos es un espacio vacío), tuvimos que encontrar otra forma de hacer una imagen y esto fue hecho disparando electrones (presumiblemente de una manera particular en diferentes ángulos (supongo) para reaccionar con algún tipo de placa fotográfica de mayor tamaño) que podemos detectar con instrumentos ópticos y finalmente nuestros ojos). De todos modos, para responder a su pregunta, ¿podemos verlos? Idk, ¿podemos ver algo realmente seguro? Jeje. ¿Cómo puedes estar seguro de que no estás solo loco e imaginaste todo como un genio genial, el cerebro de Dios atrapado sin un mundo real, perdido solo en tus pensamientos? Bienvenido a mi mundo … O realidad, ya no sé cuál, pero ¿quién está contando?

Es posible ahora. con ayuda del microscopio de túnel de escaneo (STM) y el microscopio electrónico de transmisión (TEM)

Investigadores de IBM hicieron un video ” Un niño y su átomo “.

otro grupo de la Universidad de California en Los Ángeles hizo una observación en 3D de una nanopartícula con resolución atómica. hay un video titulado ” ¿Alguna vez has visto un átomo? “(este video está hecho por la revista Nature)

Los átomos individuales son fácilmente observables con STM, STEM y otros métodos.

Escribí un artículo sobre eso aquí: ¿Podemos ver un átomo?

Básicamente se reduce a lo que quieres decir con observable. ¿Podemos ver átomos con nuestros ojos? No. ¿Podemos “representar” los átomos como la lectura de dispositivos más sensibles? Si.

Del mismo modo que con los otros anteriores, algo activa mi señal de aviso cuando leo una consulta como el OP. ¿Qué número de partículas? Estoy más de acuerdo con la cantidad de masa que llega, o cuánta masa bariónica, desde entonces nadie va a negociar si la masa en una estrella de neutrones, o en el plasma interestelar, o dentro de huecos oscuros, o como materia oscura helada , o como aburrida vitalidad, considera las moléculas.

Obtengo una sensación de cabello similar cuando los individuos preguntan qué número de estrellas hay. ¿Significan qué número de masas de estrellas basadas en el sol, o qué número de estrellas genuinas, y suponiendo que este sea el caso, cuál es el límite máximo de la masa más baja? Eso podría influir en el número mediante un elemento crítico.

Entonces, el principal problema en mi cerebro es que KABOOM ha reconocido de manera efectiva que hay algunos columnistas científicos desordenados, que intentan arrojar palabras que creen que los laicos comprenderán y, por lo tanto, confunden las cosas para las personas que lo comprenden de manera algo más profunda a partir de ahora. .