El neutrón fue predicho en 1920 y descubierto 12 años después. Antes de este tiempo, ¿cómo explicaban los científicos los pesos atómicos estándar?
Por ejemplo, el litio tiene un peso atómico estándar de alrededor de 6,9 porque la abundancia natural de los isótopos es de alrededor del 92 % de Li-7 y del 8 % de Li-6. Otro ejemplo es Hierro con 92% Fe-56, 6% Fe-54 y 2% Fe-57 para un SAW de 55.7.
Pero no conocían los isótopos. Solo conocían las SAW, y que algunas de ellas no eran múltiplos enteros de Hidrógeno (el protón). ¿Cómo explicaron esto antes de que se descubriera el neutrón?
(Incluí la etiqueta de química en caso de que esto se considerara una cuestión de química a principios del siglo XX).
Históricamente, el descubrimiento de isótopos naturales de elementos químicos por medio del espectrógrafo de masa proporcionó una explicación correcta del carácter fraccionario de los valores medidos experimentalmente para los pesos atómicos de muchos elementos químicos, en comparación con los valores que podrían haber Se hubiera esperado si los átomos de un elemento dado hubieran sido todos iguales como múltiplos enteros del peso atómico del hidrógeno, o (más tarde) como números enteros en una escala obtenida definiendo el peso atómico del oxígeno O = 16.
Así, Francis W Aston (1877-1945) descubrió, por medio de su espectrógrafo de masas (1919), muchos isótopos , una designación acuñada con una etimología griega para 'igual lugar', y que significa elementos químicos que ocupan el mismo lugar en el tabla periódica pero con átomos que difieren en peso atómico: Aston recibió más tarde un Premio Nobel por sus descubrimientos.
El libro de Aston 'Isotopes' (1922) ( https://archive.org/details/isotopes00asto ) brinda una breve historia de la medición de los pesos atómicos y de los intentos de explicación de estos pesos, comenzando con las hipótesis de Dalton (1803) y de Prout (unos diez años después). La teoría o hipótesis atómica de largo alcance de Dalton incluía la idea de que todos los átomos de un elemento dado eran iguales: y la hipótesis de Prout había sido que todos los átomos son agregados de átomos de hidrógeno.
Más tarde se hizo evidente, con una precisión de medición cada vez mayor, que muchos pesos atómicos no podían representar agregados de hidrógeno en números enteros, y la hipótesis de Dalton (en la medida en que se relacionaba con los pesos de los átomos) y la de Prout no podían ser ambas verdaderas. El peso de la opinión química en ese momento, nos dice Aston, era abandonar la idea de Prout y preferir la de Dalton. En retrospectiva, y consciente de la retrospectiva del descubrimiento con respecto a los isótopos, Aston calificó esa decisión como "tan sabia en principio como incorrecta de hecho".
De Aston (1922): "La idea de que los átomos del mismo elemento son idénticos en peso no podía ser desafiada por métodos químicos, porque los átomos son, por definición, químicamente idénticos y las relaciones numéricas solo se obtendrían en tales métodos mediante el uso de de cantidades del elemento que contiene innumerables miríadas de átomos. Al mismo tiempo, es bastante sorprendente, cuando consideramos la ausencia total de evidencia positiva en su apoyo, que no se expresaron públicamente dudas teóricas hasta finales del siglo XIX, primero por Schutzenberger y luego por Crookes, y que estas dudas han sido consideradas, incluso hasta los últimos años, como especulativas en el más alto grado".
Hubo otro intento de explicar, entre otros fenómenos, la diversidad de los pesos atómicos, la idea de William Crookes (1886) de los metaelementos . Crookes llegó a la idea de que los elementos químicamente inseparables podrían consistir en una variedad de átomos. Al principio, esta idea parecía aplicarse a los resultados del estudio de Crookes sobre la itria (óxido de itrio): "Pero a medida que se aplicaban métodos químicos cada vez más refinados, las tierras raras, una tras otra, cedieron al análisis y los diferentes espectros observados por Se demostró que Crookes se debía al hecho de que estaba tratando con una mezcla de elementos reales, cada uno de los cuales tenía un espectro característico y un peso atómico definido. Por lo tanto, se abandonó la teoría de los metaelementos y se mantuvo el problema del peso atómico fraccionario. no resuelto."
En consecuencia, parece que esencialmente no había una explicación viable de los bien conocidos pesos atómicos fraccionarios hasta el descubrimiento de los isótopos mediante espectrografía de masas.
Por lo tanto, el hecho de que muchos pesos atómicos estándar no estén cerca de los números enteros en una escala donde el hidrógeno = 1, o cualquier escala muy similar, se explicó (satisfactoriamente), antes del conocimiento del neutrón, por el descubrimiento de que los isótopos del mismo elemento químico existen en realidad con diferentes pesos atómicos y una variedad de abundancias relativas naturales. También se puede ver en el trabajo de Aston que el neutrón esencialmente no tuvo ningún papel en este descubrimiento. Por ejemplo, el trabajo de espectrografía de masas mostró la existencia de cloro-35 y cloro-37 con una abundancia natural relativa de aproximadamente 3:1, y explica el valor aceptado de aproximadamente 35,5 para el peso atómico del cloro.
(Naturalmente, existe una pregunta posterior sobre cómo podrían existir tales isótopos, pero esa materia está separada de la pregunta respondida por la demostración experimental de que tales isótopos existen de hecho. números descubiertos experimentalmente en 1913 por HG Moseley, así como la evolución de las teorías sobre la estructura atómica, teorías que llegaron a incluir, por supuesto, el neutrón.)