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AO DE LA DIVERSIFICACION Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACION

TRABAJO DE QUIMICAE.A.P : ING. DE MINASALUMNO : BAUTISTA HERNANDEZ JOHELPROFESORA :ING. GODELIA CANCHARI

INDICE: PRODUCCION DE ACIDOS: . PRODUCCION DE ACIDO SULFURICO pag. 3 .PRODUCCION DE ACIDO NITRICO . Pag .PRODUCCION DE ACIDO CLORHIDRICO . .LINEA DE TIEMPO DEL ATOMO EFECTO FOTOELECTRICO .

PERSONAJES EN LA HISTORIA DEL ATOMO: .JOHN DALTON .JOSEPH JOHN THOMSON .JEAN BAPTISTE PERRIN .. .ERNEST RUTHERFORD .NIELS BOHR .ARNOLD SOMMERFELD .. . Erwin Schrdinger .PAUL DIRAC . . Erwin Schrdinger .

PRODUCCIN DE CIDO SULFRICO

El cido sulfrico se encuentra disponible comercialmente en un gran nmero de concentraciones y grados de pureza. Existen dos procesos principales para la produccin de cido sulfrico, el mtodo de cmaras de plomo y el proceso de contacto. El proceso de cmaras de plomo es el ms antiguo de los dos procesos y es utilizado actualmente para producir gran parte del acido consumido en la fabricacin de fertilizantes. Este mtodo produce un cido relativamente diluido (62%-78% H2SO4). El proceso de contacto produce un cido ms puro y concentrado, pero requiere de materias primas ms puras y el uso de catalizadores costosos. En ambos procesos el dixido de azufre (SO2) es oxidado y disuelto en agua. El dixido de azufre es obtenido mediante la incineracin azufre, tostando piritas (Bisulfuro de Hierro), tostando otros sulfuros no ferrosos, o mediante la combustin de sulfuro de hidrogeno (H2S) gaseoso.Proceso de cmaras de plomo

Diagrama del proceso de cmaras de plomo

Es el proceso de cmaras de plomo dixido de azufre (SO2) gaseoso caliente entra por la parte inferior de un reactor llamado torre de Glover donde es lavado con vitriolo nitroso (cido sulfrico con oxido de nitrgeno (NO) y dixido de nitrgeno (NO2) disueltos en l), y mezclado con oxido de nitrgeno (NO) y dixido de nitrgeno (NO2) gaseosos. Parte de dixido de azufre es oxidado a tritxido de azufre (SO3) y disuelto en el bao cido para formar el cido de torre o cido de Glover (aproximadamente 78% de H2SO4).SO2+ NO2NO + SO3SO3+ H2OH2SO4(cido de Glover)De la torre de Glover una mezcla de gases (que incluye dixido y tritxido de azufre, xidos de nitrgeno, nitrgeno, oxigeno y vapor) es transferida a una cmara recubierta de plomo donde es tratado con ms agua. La cmara puede ser un gran espacio en forma de caja o un recinto con forma de cono truncado. El cido sulfrico es formado por una serie compleja de reacciones; condensa en las paredes y es acumulado en el piso del la cmara. Pueden existir de tres a seis cmaras en serie, donde los gases pasan por cada una de las cmaras en sucesin. El cido producido en las cmaras, generalmente llamado cido de cmara o cido de fertilizante, contiene de 62% a 68% de H2SO4.NO + NO2+ H2O2.HNO2HNO2+ H2SO3H2SO4(cido de cmara)Luego de que los gases pasaron por las cmaras se los hace pasar a un reactor llamado torre de Gay-Lussac donde son lavados con cido concentrado enfriado (proveniente de la torre de Glover). Los xidos de nitrgeno y el dixido de azufre que no haya reaccionado se disuelven en el cido formando el vitriolo nitroso utilizado en la torre de Glover. Los gases remanentes son usualmente liberados en la atmsfera.

Proceso de contactoEl proceso se basa en el empleo de un catalizador para convertir el SO2en SO3, del que se obtiene cido sulfrico por hidratacin.2 SO2+ O22 SO3SO3+ H2OH2SO4Diagrama del proceso de contactoEn este proceso, una mezcla de gases secos que contiene del 7 al 10% de SO2, segn la fuente de produccin de SO2(el valor inferior corresponde a plantas que tuestan piritas y el superior a las que queman azufre), y de un 11 a 14% de O2, se precalienta y una vez depurada al mximo, pasa a un convertidor de uno o ms lechos catalticos, por regla general de platino o pentxido de vanadio, donde se forma el SO3. Se suelen emplear dos o ms convertidores.Los rendimientos de conversin del SO2a SO3en una planta en funcionamiento normal oscilan entre el 96 y 97%, pues la eficacia inicial del 98% se reduce con el paso del tiempo. Este efecto de reducciones se ve ms acusado en las plantas donde se utilizan piritas de partida con un alto contenido de arsnico,

que no se elimina totalmente y acompaa a los gases que se someten a catlisis, provocando el envenenamiento del catalizador. Por consiguiente, en ocasiones, el rendimiento puede descender hasta alcanzar valores prximos al 95%.En el segundo convertidor, la temperatura varia entre 500 y 600C. Esta se selecciona para obtener una constante ptima de equilibrio con una conversin mxima a un coste mnimo. El tiempo de residencia de los gases en el convertidor es aproximadamente de 2-4 segundos.Los gases procedentes de la catlisis se enfran a unos 100C aproximadamente y atraviesan una torre de leum, para lograr la absorcin parcial de SO3. Los gases residuales atraviesan una segunda torre, donde el SO3restante se lava con cido sulfrico de 98%. Por ultimo, los gases no absorbidos se descargan a la atmsfera a travs de una chimenea.Existe una marcada diferencia entre la fabricacin del SO2por combustin del azufre y por tostacin de piritas, sobre todo si son arsenicales. El polvo producido en el proceso de tostacin nunca puede eliminarse en su totalidad y, junto con las impurezas, principalmente arsnico y antimonio, influye sensiblemente sobre el rendimiento general de la planta.La produccin de cido sulfrico por combustin de azufre elemental presenta un mejor balance energtico pues no tiene que ajustarse a los sistemas de depuracin tan rgidos forzosamente necesarios en las plantas de tostacin de piritas.

PRODUCCIN DE CIDO NTRICO (I)El cido ntrico, HNO3, (tambin conocido por sus nombres ancestrales como Aqua Fortis o Spirit of Nitre) es en la actualidad uno de los cidos ms usados tanto a nivel industrial como a nivel de laboratorio; su produccin anual en los ltimos aos asciende a 60 millones de toneladas. El proceso industrial ms frecuente para la produccin del cido ntrico est basado en la oxidacin cataltica del amoniaco, proceso patentado por vez primera por el qumico alemn Wilhelm Ostwald en 1902.CARACTERISTICAS Y PROPIEDADESEl cido ntrico es un lquido incoloro en condiciones ambientales (en ausencia de agua) que se descompone lentamente por accin de la luz, adoptando una coloracin amarilla por el NO2que se produce en la reaccin.4HNO3 4NO2+ 2H2O + O2El cido ntrico anhidro posee una densidad de 1,522 kg/m3, un peso molecular de 63,0 g/mol y su frmula estructural es la siguiente: El HNO3es miscible con agua en todas proporciones y forma un azetropo con l a la composicin de 68% cido ntrico y 32% agua. Cuando la concentracin de cido ntrico en la disolucin se encuentra por encima del 86%, se adjunta el apellido fumante al cido. Se diferencian entre cido ntrico fumante rojo o blanco, en funcin de la cantidad de dixido de nitrgeno en la disolucin. Se denomina cido ntrico fumante rojo cuando contiene un mnimo de 10% en NO2y blanco, cuando contiene 0,5% de NO2y no ms de 2% de agua. En funcin de la composicin de la disolucin varan las propiedades fsicas de la misma, tal como se puede observar en la siguiente tabla:

Tabla 1.Propiedades fsicas de las diferentes disoluciones de cido ntrico.Propiedadc. ntrico 100%Acetropo con agua (68% c.) c. ntrico rojo fumante

P. de ebullicin (C) (1atm) 84121,860

P. de fusin (C)-41,6-41 -52

Presio de vapor (mmHg)62 42 103

El cido ntrico es uno de los cidos ms fuertes desde el punto de vista inico pero lo que de verdad lo caracteriza qumicamente es su capacidad oxidante, que se manifiesta sobre casi todos los metales excepto en el caso del oro y el platino.El cido ntrico, a pesar de no ser combustible facilita la combustin de otras sustancias. As, el HNO3reacciona violentamente con sustancias orgnicas como acetona, cido actico, anhdrido actico, alcoholes, etc. causando riesgo de fuego y explosin. Del mismo modo, puede ser agente de reacciones explosivas si se mantiene en presencia de polvos metlicos, carburos o sulfuro de hidrgeno.Adems de su capacidad corrosiva, cabe destacar su toxicidad ya que una exposicin prolongada puede provocar daos importantes en el tejido blando de las fosas nasales, las vas respiratorias, el tracto respiratorio, el tracto digestivo y los pulmones. En suma, el contacto con l puede ser causa de irritaciones y quemaduras agudas. En las zonas donde es manipulado, se necesita tanto una ventilacin adecuada as como una correcta proteccin corporal (usando trajes de proteccin y pantalla facial). En caso de darse su vertido accidental, el cido debe neutralizarse con arena o tierras inertes.El cido ntrico se almacena normalmente en tanques cubiertos de fondo plano, hechos de acero (de bajo carbono austentico) inoxidable, instalados en las zonas provistas de sistemas de contencin adecuados.Las principales emisiones que genera la manufactura del cido ntrico consisten en xidos de nitrgeno, trazas de amoniaco y cido ntrico, siendo el NO2el compuesto ms txico generado en la produccin.APLICACIONESEl cido ntrico, como ya se ha resaltado en el anterior apartado, es uno de los cidos ms importantes desde el punto de vista de aplicacin industrial, pues es consumido en grandes cantidades dentro del sector. A partir de la Figura 1 se pude coger una idea de las aplicaciones que posee este cido y en qu porcentaje se aplica en cada una de ellas.

Alrededor del 60% de la produccin mundial de cido ntrico se emplea para la fabricacin de nitrato de amonio, usado bien como fertilizante o como materia prima para la obtencin de explosivos mineros. En torno a un 15% de la produccin se dedica La fabricacin de fibras sintticas, el 10% a la fabricacin de steres de cido ntrico y nitroderivados tales como: nitrocelulosa, plvora, pinturas acrlicas, nitrobenceno, nitrotolueno, acrilonitrilos, etc y el 1,5% a la obtencin de isocianatos (poliuretanos). En un porcentaje menor tambin es utilizado para diversas aplicaciones que se mencionan acto seguido.Debido a la capacidad oxidante del cido ntrico, es muy eficaz en la purificacin de metales de sus respectivos minerales. Por otro lado, tambin es utilizado en la obtencin de uranio, manganeso, niobio, circonio o cido fosfrico (acidificando la roca fosfrica).Una aplicacin muy interesante es la mezcla de cido ntrico con cido clorhdrico para producir agua regia. Esta disolucin es una de las pocas disoluciones capaces de disolver el oro y platino, y que a su vez se puede utilizar para purificar ambos metales.Otra de las aplicaciones de este cido es la de generar artificialmente un efecto de antigedad en muebles de pino a partir de una disolucin de aproximadamente 10% de cido ntrico en agua. Este proceso produce un color "gris-oro" para la madera que no es muy diferente al color de la madera envejecida con otros tratamientos.

Asimismo, mezclas acuosas de cido ntrico 5-30% y cido fosfrico 15-40% se utilizan comnmente para la limpieza de alimentos y equipamiento de ordeo con el fin de eliminar los compuestos de magnesio y calcio precipitado.Entre sus aplicaciones a nivel de laboratorio, es utilizado para anlisis por espectrometra de absorcin atmica de llama e ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) de diferentes metales, debido a su capacidad de disolverlos. Adems de ello, el cido ntrico es aplicable para limpiar los materiales de vidrio del laboratorio. INTRODUCCIN A LA PRODUCCIN DE CIDO NTRICOAunque la qumica bsica del proceso de obtencin de cido ntrico no ha cambiado en los ltimos cien aos, el desarrollo de la tecnologa ha dado lugar a plantas ms eficientes, compactas y amigables con el entorno.A lo largo de la historia reciente se han propuesto diversas rutas de sntesis; entre ellos se encuentra el proceso Birkeland-Eyde (inventado a comienzos del siglo XX), que consiste la combinacin directa del oxgeno y nitrgeno atmosfricos en un arco elctrico. La implatacin de dicha tecnologa no tuvo xito debido a sus elevados costes energticos.A nivel de laboratorio, el cido ntrico se puede preparar calentando nitrato de potasio con cido sulfrico concentrado en un recipiente de vidrio, siguiendo la reaccin (2). KNO3+ H2SO4 KHSO4+ HNO3 Los vapores de cido ntrico se condensan en un receptor, que es enfriado por agua tal como se aprecia en la Figura 2.

Figura 2.Esquema de la produccin de cido ntrico a nivel de laboratorio.Hoy en da, como ya se ha mencionado al comienzo del trabajo, el proceso utilizado para la generacin de cido ntrico se basa en la oxidacin del amoniaco en presencia de un catalizador y una posterior absorcin en agua de los xidos de nitrgeno generados para producir el producto en custin. Este proceso fue llevado a cabo por vez primera en 1838 por C. F. Kuhlmann, sin embargo, este descubrimiento no fue comercializado debido al elevado coste del amoniaco en comparacin con el salitre de Chile (compuesto por nitrato de sodio). No obstante, los avances en la sntesis del amoniaco a partir del proceso Haber-Bosch le dieron al proceso un impulso importante, abaratando los costes de la materia prima y favoreciendo la implatacin de esta tecnologa en las primeras dcadas del siglo XX.En la actualidad, se puede producir cido ntrico dbil, con una concentracin entre 30-70%, y cido ntrico de concentraciones superiores al 90%. En el siguiente artculo me centrar en la obtencin del cido ntrico dbil, poniendo nfasis en las diferentes etapas que constan en su produccin as como en las diferentes tecnologas que se4 e4mpl4ea4n o se han empleado en su obtencin.

cido clorhdrico

Elcido clorhdricoes un compuesto qumico, formado por unadisolucinen agua del compuesto gaseoso HCl (cloruro de hidrgeno). El cido clorhdrico recibe una infinidad de nombres diferentes, nombres que cambian incluso dependiendo de la zona, as por ejemplo tenemos el cido muritico, que es como se le conoce en Amrica, el aguafuerte, como nombre comn en Espaa o tambin espritu de sal, cido de sal, cido clrico, cido marino, etc.El cido clorhdrico, presenta como caractersticas principales su alto poder corrosivo y cido, adems se encuentra en estado lquido al ser una disolucin acuosa con una cierta tonalidad amarillenta muy leve. El gas pesa ms que el aire y tiene un olor que irrita bastante las mucosas. Suele ser tratado en qumica como un cido fuerte, pues se disocia totalmente en la disolucin acuosa; generalmente viene usado como reactivo. Su pH suele ser ms bajo de 1, por lo que es peligroso e incluso letal para el ser humano si se ingiere, aunque sea una pequea cantidad.Cuando ste se encuentra a una temperatura ambiente, su estado es gaseoso, pero no es inflamable, aunque si lo exponemos al aire, formar vapores de un color blanco bastante densos y corrosivos, como los gases que desprenden los volcanes, entre los que se encuentra el HCl. Adems el gas tambin se forma al quemar algunos tipos de plsticos, y en cuanto llega al contacto con agua, tiene lugar la formacin del HCl.A parte de su uso como reactivo, el cido clorhdrico tiene numerosos usos, como por ejemplo, en la limpieza o tratamiento de metales, para tratar el cuero, y en la fabricacin de numerosos y variados productos en la industria.Histricamente, el cido clorhdrico se obtuvo por vez primera en torno al ao 800 por el alquimistaYabir Ibn Hayyan, al mezclar la sal de uso comn concido sulfrico(vitriolo). En la antigedad, los alquimistas denominaban al cido clorhdrico como espritu de sal. En Europa, a lo largo de la Revolucin Industrial, la gran demanda existente por las sustancias de tipo alcalinas no haca ms que crecer, as el proceso creado por el qumico francs Nicolas Leblanc con la finalidad de obtener dichas sustancias ms fcilmente, hizo posible que sustancias como la sosa, al ser usadas con H2SO4, caliza y carbn, desprendieses cloruro de hidrgeno, que en aquel momento era una producto llamado de desecho, siendo liberado a la atmsfera. Esto fue as hasta el ao 1863, cuando por obligacin, las industrias empezaron a verter los gases producidos por la sosa en agua, con lo que se consigui producir cido clorhdrico a gran escala.Cuando comenz el siglo XX, el proceso de Leblanc, entr en desuso, siento sustitudo por el llamado proceso Solvay, el cual no consegua cido clorhdrico como el anterior proceso, y ya el HCl era bastante utilizado como un producto ms en la qumica, por lo que pronto se tuvieron que desarrollar otros procesos para su obtencin, los cuales llegan incluso a uso actual. Hoy en da la gran parte del cido clorhdrico que se consigue, se hace absorbiendo el HCl que se libera de procesos qumicos en la industria para la produccin de otros compuestos.Qumicamente, el cido clorhdrico es un cido de tipomonoprtico, es decir, que solamente libera un protn (H+). Cuando se encuentra en disolucin acuosa, dicho ion se enlaza a una molcula de H2O, dando lugar a la produccin de un ion de oxonio (H3O+), siguiendo la reaccin:HCl + H2O H3O+ + Cl-Junto al oxonio, tambin se da la formacin de otro ion, el cloruro (Cl-). Es por ello que el cido clorhdrico puede ser utilizado en las preparaciones de sales de cloruros. El HCl es un cido considerado fuerte, pues cuando se encuentra en agua, sufre una disociacin completa.Este tipo de cidos, poseen una constante de disociacin de tipo cida (Ka), la cual nos da referencia del nivel que posee en cuando a la disociacin en agua se refiere. Para un cido como es el HCl, la Ka cuanta con un valor bastante alto. De todos los cidos fuertes similares al HCl que existen, es ste el nico que no participa o no produce reacciones de

tipo redox. As podemos decir, que es un cido fuerte no muy peligroso para trabajar con el, si lo comparamos con los dems, adems las soluciones de HCl que cuentan con unas concentraciones medias, suelen ser altamente estables, consiguindose mantener con el tiempo, por lo que se pueden preparar y conservar para una posterior utilizacin. Todo esto, junto con que se puede conseguir como reactivo en estado puro, hacen que el HCl sea un magnifico reactivo para acidificar, as como un valorante cido estupendo en procesos volumtricos. Se usa mucho en anlisis qumico para volumetras y para la digestin de diversas muestras analticas. Tambin se usa para la disolucin de algunos metales.Tiene numerosos usos, debido a que es un cido fuerte econmico y voltil. Su uso ms comn es el de la eliminacin de los restos de caliza, proceso en el cual se libera CO2 y agua tras la formacin de cloruro clcico. En la rama de la qumica orgnica, el HCl, viene usado a veces para sintetizar cidos orgnicos. Aplicacin importante para el HCl es tambin la participacin para regenerar resinas con un intercambio inico.En otras industrias como la alimentaria, el HCl se utiliza en algunas producciones como por ejemplo para producir gelatina, gracias a que disuelve las partes seas.A pesar de ser altamente utilizado, no est exento de efectos nocivos para nuestra salud, pues el HCl a adems de corrosivo es bastante irritante para cualquier mucosa o tejido que se encuentre en su contacto o inhalacin. Provocando desde dolor de garganta hasta asfixia dependiendo del tiempo de exposicin. A algunas personas sensibles les produce reacciones inflamatorias.Cuando el HCl se ve mezclado con leja, u otros agentes de tipo oxidante, se produce un gas txico de cloro. Siempre dependiendo de la concentracin del cido que se utilice y de la exposicin a el, puede provocar desde una leve irritacin, hasta serias quemaduras, ya sea en la piel como en ojos u otras zonas. Una exposicin a largo plazo aunque sea a niveles pequeos, provocar problemas en la respiracin, irritaciones de mucosas y adems en los dientes, los cuales decolorar.Losjugos gstricosque se encuentran en nuestros estmagos tiene un contenido en HCl de en torno a un 3%, lo que le otorga un papel de coenzima en la digestin de alimentos, para digerir protenas y en la hidrlisis de los polisacridos que podamos ingerir a travs de la dieta. El HCl del estmago es producido por las clulas parietales del estmago, el cual est protegido frente a la accin de dicho cido, pero cuando alguno de los procesos de proteccin fallan, se producen las conocidas lceras de estmago.

cido clorhdrico - PRODUCCION- PROCESO DE PRODUCCIN Principio cido clorhdrico se puede fabricar ya sea intencionadamente o como un subproducto. Sin embargo, el volumen de cido clorhdrico fabricado como un subproducto es tan importante que el cido clorhdrico no es a menudo producido a propsito. Solvay comercializa cido clorhdrico como los siguientes grados:Proceso o quemador (sntesis directa inorgnico),o de subproductos orgnicos de sntesis o la incineracin de residuos.

Proceso quemador El cloro y el hidrgeno reaccionan exotrmicamente para formar cloruro de hidrgeno gaseoso como sigue:Cl2 + H2 2 HCl Ambos gases pasan a travs de una boquilla de quemador, y se encienden en el interior de una cmara de combustin de grafito,que es enfriado por agua. El gas cloruro de hidrgeno producido se enfra, y se absorbe en agua para dar cido clorhdrico a la concentracin deseada.Orgnica de subproductos de sntesis El cido clorhdrico se hizo durante la cloracin de los productos orgnicos de la siguiente manera:RH + Cl2 HCl RCl +donde R es sinnimo de productos orgnicos y RCl es sinnimo de productos orgnicos clorados, tales como cloruro de metilo ,cloruro de metileno, cloruro de alilo, etc. El cido clorhdrico tambin se realiza durante la fluoracin de productos orgnicos clorados para la fabricacin de (hidro) clorofluorocarbonos como sigue:RCl + HF RF + HCldonde RCl significa cloroformo, tricloroetano, etc y RF significa (hidro) clorofluorocarbonos tales como HCFC-Incineracin de Residuos Orgnicos El cido clorhdrico se realiza durante la incineracin, a altas temperaturas, de los desechos clorados comode la siguiente manera:CYH (2z + 1) Cl + (y + z / 2) O2 y CO2 + H2O + z HCldonde RhCl son inutilizables subproductos, disolventes clorados tales como monmero vinylchlorid, etc.__

LINEA DEL TIEMPO DEL TOMO

400 AC:Un filsofo griego llamado Demcrito propuso la primera teora atmica, y explic que todas las cosas estn "compuestas por minuto, partculas invisibles e indestructibles de materia pura que se mueven sobre eternamente en el espacio vaco infinito." Aunque en ese momento no exista la tecnologa para investigar la teora del tomo de Demcrito, que fue sorprendentemente preciso. Despus del descubrimiento de Demcrito, nuevas pruebas se encontr que llevara1803:John Dalton, un maestro de escuela y qumico britnico, hizo inferencias en el siglo 19 que mostr cmo los tomos se unen entre s en proporciones definidas. Un ejemplo de una de las pruebas que dirigi fue la medicin de las proporciones de hidrgeno a oxgeno en diferente cantidad de las sustancias. Debido a que las relaciones son de la misma, Dalton fue capaz de decir que los tomos de diferentes elementos se combinan en proporciones de nmeros enteros. Esta teora, para ir junto con otros cuatro teoras, compuesto por lo Dalton llam la "teora atmica moderna." En esto, Dalton declar cinco teoras diferentes que crea que fuera cierto de los tomos. Incluido en estos eran dos teoras que declararon tomos no podan ser divididos o destruidos, una teora que declararon diferentes elementos contienen diferentes propiedades qumicas, y los tomos de un mismo elemento contienen las mismas propiedades qumicas. Aunque las dos teoras que especulaban que los tomos no podan dividirse eran falsas, Dalton contribuy en gran medida a los avances de la teora atmica, y sera una gran influencia en JJ Thomson en sus propios descubrimientos.1897:J.Thomson, la persona a quien se atribuye por el descubrimiento del electrn, termin contribuyendo a ms de la teora atmica. La televisin, la computadora, y el radar son mquinas que indirectamente ayud a crear. Thompson cre un tubo que tena un nodo cargado positivamente en un lado y un ctodo cargado negativamente en el otro lado. Thompson luego se aplica un imn a la mitad del tubo, a igual distancia desde el ctodo y el nodo, y descubri que las partculas cargadas negativamente emanaban hacia el campo magntico positivo. De esto, Thompson lleg a la conclusin de que las partculas de carga negativa, llam electrones, estuvieron presentes en los tomos. Thompson cre entonces el modelo del pudn de ciruelo, que sugiri que los electrones y protones se colocaron al azar en todo el tomo. Esta teora no era correcto, pero condujo al descubrimiento del ncleo, hecho por Ernest Rutherford1906:El experimento de Ernest Rutherford fue para emitir partculas alfa, que fueron en realidad despojaron tomos de helio, hacia una lmina delgada de oro. Rutherford sera entonces determinar donde las desviaciones de las partculas alfa iran, y por lo tanto ser capaz de teorizar qu tipo de protones y electrones de colocacin tena. Los resultados de los experimentos eran algo revolucionario; la mayora de las partculas alfa no desviar fuera de la hoja de oro, y en su lugar fue estrecho a travs. Slo 1 / 1.000.000 partculas fueron desviados hacia atrs y slo un poco ms alto porcentaje fueron desviados en otros ngulos. Rutherford entonces la teora de que haba algo que se llama un ncleo, que contena una alta densidad de partculas cargadas positivamente. Rutherford fue capaz de decir que no haba un ncleo debido a las partculas alfa que se desvi de vuelta deben haber golpeado algo fuertemente positiva. Rutherford a continuacin, pas a sugerir que el tomo contena electrones que rodean el ncleo y una especie de carga positiva en el propio ncleo.

1913:Niels Bohr, que es "Bohr teora del tomo" era el ms cercano al modelo atmico aceptado actualmente, volver a insistir en la idea de electrones alrededor del ncleo. Bohr sugiri que los electrones orbitaban alrededor del ncleo en siete niveles cunticos diferentes, o conchas. La evidencia de que Bohr utiliza para implicar esta teora fue la medicin del espectro de lnea emitida por cada uno de los electrones. Bohr determin que los diferentes niveles de energa se podran encontrar utilizando frmulas matemticas, que miden las longitudes de onda de los diferentes niveles de energa. Bohr lleg a sugerir que los electrones slo ocuparan el nivel ms bajo posible de energa en el nivel respectivo estaban. Por otra parte, los electrones slo se mueven a un nivel superior si los niveles inferiores estaban llenos. Modelo de Bohr era muy precisa, y dara lugar a la idea de Schrodinger del actual modelo atmico.

De 1930:La contribucin ms importante de Erwin Schrdinger para el actual modelo atmico fue su desarrollo de la descripcin matemtica que describe los electrones caminos muy probablemente siga en sus rbitas alrededor del ncleo. Las frmulas que Schrdinger desarroll en 1926 sera ms tarde llamaron a la base de la mecnica cuntica, y le concedieron el Premio Nobel. Finalmente, Schrdinger determin que en lugar de rbitas sugeridas de Bohr, en realidad haba orbitales. En lugar de la idea de los electrones despus de una trayectoria predeterminada, los electrones seran moverse en un rea. Estas ideas, incluidas las frmulas de la mecnica cuntica, se presentaron en su "Frmula de la onda mecnica." Este modelo con el tiempo se convirti en la nueva teora atmica moderna.

Aqu est una foto de la mecnica cuntica de un tomo de hidrgeno. El ncleo no se muestra, pero se encuentra en el centro de la imagen.

Algunas cosas a destacar: Puede ver dnde es ms probable que sea el electrn: cerca del ncleo. No se puede decir exactamente dnde est el electrn es, justo donde es ms probable que sea. Los puntos individuales no son electrones. Tienen el propsito de ser utilizado en el contexto de cmo denso o pesado aparece un rea de puntos. Cuanto ms lleno (o ms pesado lleno) los puntos se encuentran en una regin en particular, la mejor oportunidad que tienen de encontrar al electrn all.

La explicacin de Einstein del efecto fotoelctrico: un anlisis histrico-epistemolgicoRESUMEN: Mostramos que la explicacin de Einstein del efecto fotoelctrico es una explicacin causal que posee claras ventajas epistemolgicas sobre otras explicaciones rivales. Sealamos la fertilidad heurstica de esta hiptesis y los problemas que suscit la aceptacin de la realidad de los cuantos de luz. Concluimos que la realidad de los cuantos de luz ha resultado histricamente afectada por el problema general de la realidad de las entidades cunticas y no ha podido resolverse independientemente de l. Por ello el componente causal de la explicacin de Einstein no ha logrado mantenerse en el contexto de una teora cuntica referida al movimiento de partculas. No obstante, el valor heurstico original de la hiptesis del cuanto de luz de Einstein ha mantenido su vigencia.PALABRAS CLAVE: Cuantos de luz; Explicacin causal; Heurstica; Realismo; Consenso cientfico.1. IntroduccinEl 9 de noviembre de 1922 se le concedi a Einstein el Premio Nobel de Fsica correspondiente al ao 1921. La carta del secretario de la Academia Sueca, C. Aurivillius, escrita al da siguiente, le comunicaba, de una manera un tanto peculiar, que la decisin se haba tomado "en consideracin a su trabajo sobre la fsica terica, y en particular por su descubrimiento de la ley del efecto fotoelctrico, pero sin tomar en cuenta el valor que pueda ser acordado en el futuro a sus teoras de la relatividad y de la gravitacin, despus de que stas sean confirmadas en el futuro".1Usualmente, este premio no se concede a los creadores de hiptesis puramente tericas que no hayan sido bien confirmadas por medio de experimentos. A. Pais ha sealado que resulta paradjico que la conservadora Academia haya premiado a Einstein por "la contribucin ms revolucionaria que jams haya hecho a la fsica" (Pais, 1982, p. 511). Sin embargo, la ecuacin de Einstein para el efecto fotoelctrico (en adelante abreviado comoEF) poda considerarse experimentalmente bien confirmada para esa poca, mucho mejor confirmada que, por ejemplo, la teora de la relatividad general. El aspecto revolucionario de la contribucin de Einstein no se encontraba en la deduccin de esa ecuacin sino en la explicacin terica de la produccin delEF, ms precisamente, en la hiptesis de que la luz, y posiblemente toda la radiacin electromagntica, se compona de cuantos discretos. Esta hiptesis, que interviene de manera esencial en la explicacin de Einstein delEF, a comienzos de la dcada de 1920 era resistida por la mayora de los fsicos -notanto por su capacidad explicativa como por sus consecuencias ontolgicas- y no dispona, como veremos, de evidencia decisiva a su favor. Fue precisamente en razn del notable poder explicativo de esta hiptesis que por fin la Academia Sueca encontr la oportunidad para concederle el premio Nobel cuando ya Einstein era una celebridad por sus dos teoras de la relatividad.El artculo en el que Einstein introdujo su teora cuntica de la luz, "Sobre un punto de vista heurstico concerniente a la produccin y transformacin de la luz" (Einstein, 1905a), no se propona solamente explicar elEFsino todo un conjunto de fenmenos de interaccin entre la radiacin y la materia para los cuales la electrodinmica clsica de Maxwell y Lorentz no tena una explicacin satisfactoria. Sin embargo, la explicacin delEFque Einstein ofrece en ese artculo pronto adquiri un carcter paradigmtico.2Hay varias razones que permiten comprender ese hecho. En primer lugar, Einstein formulaba una ecuacin sumamente simple, ecuacin que, sin embargo, permita deducir varias predicciones novedosas, todas ellas susceptibles de contrastacin experimental. En segundo lugar, sus hiptesis acerca de la naturaleza cuntica de la luz permitan explicartodaslas regularidades empricas conocidas hasta el momento sobre elEF. Esta explicacin, adems, resolva todas las anomalas que se presentaban cuando se intentaba explicar elEFdesde el punto de vista de la electrodinmica clsica, sin introducir ninguna anomala nueva. A su vez, Einstein postulaba un mecanismo causal microscpico que poda aplicarse no slo a la explicacin delEFsino, muy particularmente, a la de otros fenmenos de emisin y absorcin de la luz por parte de la materia. De ese modo, ofreca una explicacinunificadade varios fenmenos diferentes que, en principio, parecan requerir explicaciones de distinta naturaleza.La explicacin de Einstein, adems de todos estos beneficios, tambin pareca tener algunos costos elevados. Ante todo, era incompatible con la electrodinmica clsica, una teora que en ese momento estaba muy bien confirmada por numerosos fenmenospticos y daba una explicacin muy satisfactoria, en el marco de una concepcin ondulatoria, de la propagacin de la luz. En segundo lugar, tena dificultades para explicar los fenmenos de interferencia, difraccin y polarizacin de la luz, que tenan una explicacin natural y simple en el marco de la electrodinmica clsica. Finalmente, introduca en la fsica el problema de la dualidad onda-partcula para la luz, bsicamente atribuyndole al cuanto de luz propiedades caractersticas tanto de los corpsculos newtonianos como de las ondas electromagnticas.Nuestro objetivo en este trabajo es hacer una evaluacin epistemolgica de la explicacin de Einstein delEF. Consideraremos, de manera sumaria, tanto el contexto histrico como los presupuestos de esta explicacin. Partiremos del conocimiento experimental que se tena de este efecto antes de 1905 y mostraremos por qu resultaba anmalo para la electrodinmica clsica (seccin 2). Luego, analizaremos de qu manera Einstein consigui ofrecer una explicacin causal de todas las regularidades empricas conocidas sobre elEFque, a la vez, resolva todas las anomalas existentes (seccin 3). Despus, estudiaremos la naturaleza de los cuantos de luz de Einstein y la consiguiente dualidad onda-partcula que se origina a causa de las peculiares propiedades que Einstein atribuy a dichos cuantos (seccin 4). Finalmente, describiremos las explicaciones delEFalternativas a la de Einstein que se propusieron despus de 1905 (seccin 5). En lasconclusiones, compararemos la explicacin de Einstein con las explicaciones alternativas y sealaremos las virtudes epistemolgicas de su teora del cuanto de luz.2. Las anomalas del efecto fotoelctricoDesde fines del siglo XIX el problema de explicar cmo se producen las interacciones entre la materia y la radiacin constitua un mbito de investigacin de frontera que presentaba severas anomalas para la electrodinmica clsica, elaborada por Maxwell y Lorentz. Basta recordar los problemas referidos a la radiacin del cuerpo negro, que motiv la introduccin del cuanto de accinh(Planck, 1900). Al comienzo de su artculo, Einstein seala explcitamente que los fenmenos asociados con la radiacin del cuerpo negro plantean una dificultad para la teora de Maxwell (Einstein,1905a, p. 133). La teora que Planck propuso para resolver este problema tampoco le pareca satisfactoria a Einstein, pero este es un tema demasiado especfico como para tratarlo en este trabajo.3Entre los fenmenos que Einstein seal como problemticos para la electrodinmica clsica, slo consideraremos elEF. Este efecto se interpretaba en 1905, al igual que en nuestros das, como la emisin de electrones por parte de las sustancias sobre las que incide luz de determinadas frecuencias. Sin embargo, el descubrimiento de dicho efecto fue anterior al del electrn, por parte de J. J. Thomson en 1897, por lo que originalmente no se lo pudo interpretar de esa manera.H. Hertz haba descubierto accidentalmente elEFen 1887 cuando, en el transcurso de sus conocidos experimentos con ondas de radio, advirti que la luz ultravioleta provocaba una descarga, una chispa, en el ctodo de sus instrumentos. Un ao despus, W. Hallwachs mostr que los cuerpos metlicos descargados adquiran carga elctrica positiva cuando se los iluminaba con luz ultravioleta. En 1899 Thomson sostuvo que elEFproducido por luz ultravioleta consista en la emisin de electrones. Consigui medir el valor del cocientem/e(masa/carga elctrica) de las partculas emitidas en elEFy encontr que era igual al de los rayos catdicos que haba medido dos aos antes cuando haba descubierto el electrn. La coincidencia de estos valores, junto con el resultado de Hallwachs, lo llev a la conclusin de que las partculas emitidas en elEFdeban identificarse con los electrones. Esta conclusin no era forzosa, porque poda tratarse de otra partcula, hasta entonces desconocida, que coincidiera con los valores de la relacinm/edel electrn, pero se diferenciara de ste en otras propiedades. Hubiera sido, sin duda, una coincidencia improbable, pero no imposible. No obstante, la comunidad de los fsicos acept la conclusin de Thomson e impuso la denominacin defotoelectronesa las partculas emitidas en elEF, ya fueran producidas por luz ultravioleta o de cualquier otra frecuencia.En 1902 P. Lenard finaliz un estudio experimental sistemtico delEFy se encontr con el hecho sorprendente de que la energa de los fotoelectrones no pareca mostrar dependencia alguna respecto de la intensidad de la luz incidente, en particular, no aumentaba cuando la intensidad de esta luz se incrementaba hasta mil veces (Lenard, 1902).Antes de 1905 se haban establecido experimentalmente cuatro regularidades empricas sobre elEF, de las cuales tres no tenan explicacin terica satisfactoria en el marco de una concepcin ondulatoria de la luz.La primera era que exista unumbralen lafrecuenciade la luz que provocaba elEF. Para cada sustancia pareca haber unafrecuencia crticapor debajo de la cual no se observaba la emisin de fotoelectrones, cualquiera fuese la intensidad de la luz incidente. Sin embargo, segn la teora electromagntica, la densidad de energa (por unidad de volumen) de una onda luminosa era proporcional a suintensidad(ms precisamente, a la suma de los mdulos al cuadrado de las amplitudes de los campos elctrico y magntico correspondientes). Si la frecuencia de la luz incidente era muy baja, poda necesitarse luz de mucha intensidad o un tiempo de irradiacin muy largo pero, en cualquier caso, en algn momento los electrones deban adquirir la energa suficiente como para escapar de los tomos. En suma, dado un tiempo suficientemente prolongado de irradiacin, elEFtena que producirse con luz de toda frecuencia e intensidad.La segunda era que la energa de los fotoelectrones aumentaba con lafrecuenciade la luz incidente.4Esto nuevamente resultaba incompatible con la electrodinmica de Maxwell, donde la densidad de energa de una onda luminosa no tiene relacin alguna con su frecuencia.La tercera era que el nmero de fotoelectrones resultaba proporcional a laintensidadde la luz incidente. Este es el nico hechoexperimental que podra tener una explicacin ondulatoria. Dado que una onda ms intensa posee mayor energa, era razonable esperar que las ondas de mayor intensidad excitasen un nmero mayor de electrones.La cuarta era que no haba ningntiempo de retardoen la emisin de fotoelectrones, cualquiera fuera la intensidad de la luz incidente. Sin embargo, para la teora electromagntica deba existir un tiempo de retardoinversamenteproporcional a la intensidad de la onda incidente. En particular, si la intensidad de la iluminacin fuera muy baja, los electrones absorberan energa muy lentamente, por lo que la emisin de fotoelectrones podra demorar tiempos muy largos, incluso del orden de horas o aun de das. Las mediciones mostraban, no obstante, que, cuando la luz alcanzaba la frecuencia crtica, cualquiera fuera su intensidad, no haba retardo temporal alguno, hasta un orden de precisin de 10-3segundos, en la produccin delEF.3. La explicacin causal de EinsteinEinstein propuso en 1905 una teora de la luz que resolva simultneamente todas las anomalas conocidas delEF. Consista en suponer que la energa de la luz no estaba distribuida de manera continua, como en una onda luminosa, sino de manera discreta en cuantos localizados puntualmente. Conjetur que cada cuanto de luz posea una energaE = h(dondees la frecuencia de la luz), de acuerdo con la frmula de Planck para la energa de la radiacin del cuerpo negro (Planck, 1900). Tambin postul que en las interacciones entre la luz y la materia, la energa se intercambiaba en cantidades discretas consistentes en la absorcin o emisin de un cuanto luminoso por los tomos de materia. La formulacin de las hiptesis fundamentales de Einstein se encuentra contenida en el siguiente pasaje:De hecho, ahora me parece que las observaciones de la "radiacin de cuerpo negro", fotoluminiscencia, produccin de rayos catdicos por luz ultravioleta y otros grupos de fenmenos concernientes a la emisin y transformacin de la luz aparecen ms comprensibles bajo el supuesto de que la energa de la luz est distribuida discontinuamente en el espacio. De acuerdo con el supuesto que contemplamos aqu, en la propagacin de un rayo de luz que sale de un punto la energa no est distribuida continuamente en un espacio que se vuelve ms y ms grande, sino que sta consiste en un nmero finito de cuantos de energa localizados en puntos del espacio, los cuales se mueven sin dividirse, y slo pueden ser absorbidos o generados como un todo. (Einstein, 1905a, p. 133).La teora del cuanto de luz de Einstein no slo contiene la hiptesis de la composicin granular de la luz, sino tambin hiptesis especficas acerca de lainteraccinentre los cuantos de luz mismos y entre stos y los electrones. En particular, Einstein supuso que los cuantos de luz no interactan entre s cuando la luz se propaga en el vaco, o al menos, se hallan tan separados uno de otro que toda interaccin entre ellos resulta despreciable. Adems, asumi que cada electrn absorbe un nico cuanto de luz y que este cuanto le transfiere la totalidad de su energa cintica.5En la explicacin delEFEinstein procede de la siguiente manera. Supongamos que sobre una sustancia metlica incide un nmero finito de cuantos de luz cuya energa esh. Dichos cuantos penetran a travs de la superficie, donde interactan con los electrones. La interaccin consiste, como ya se indic, en que cada cuanto es absorbido por un nico electrn al que le transfiere toda su energa, la que se transforma en energa cintica de los electrones. Los electrones as excitados se mueven a travs de la sustancia y emergen de la superficie con una determinada energa cintica, para lo cual deben efectuar cierto trabajo, por lo que perdern energa. Sihes la energa del cuanto absorbido yPes el trabajo de extraccin caracterstico del metal, necesario para escapar de lasuperficie de la sustancia, la energa cintica mxima del fotoelectrn emergente ser:

dondemy v son la masa y la velocidad del fotoelectrn, respectivamente. Esta es la clebre frmula delEFde Einstein. Dicha ecuacin presupone que el cuanto de luz transfierela totalidadde su energa a un solo electrn. Obviamente, esta energa mxima se alcanza cuando los fotoelectrones se encuentran directamente sobre la superficie del cuerpo y son expulsados perpendicularmente a ella. Einstein considera que la hiptesis ms probable es la de mxima transferencia, pero no excluye la posibilidad de que el electrn absorba slo una parte de la energa del cuanto de luz; en este caso la energa del fotoelectrn sera menor a la indicada por [1].De la ecuacin [1] se sigue que un fotoelectrn se emite solamente si el cuanto de luz incidente tiene una energa:

Tambin se deduce de [1] que para cada sustancia el umbral de la frecuencia del cuanto de luz incidente es:

Mediante su teora del cuanto de luz Einstein interpret y explic los resultados experimentales que eran anmalos para la electrodinmica de Maxwell de la siguiente manera:La existencia de un umbral en la frecuencia de la luz incidente la explic suponiendo que cada electrn absorbeun solocuanto de luz. Dado que la energa de dicho cuanto es proporcional a su frecuencia, si ste no tiene una determinada frecuencia mnima, dada por la ecuacin [3], no tendr la energa suficiente como para arrancar al electrn de su tomo. La energa mnima necesaria para desprender un fotolelectrn, a su vez, depender de cada sustancia, segn cul sea la energa con que estn ligados sus electrones.La misma hiptesis le permiti explicar simultneamente el hecho de que la energa de los fotoelectrones era proporcional a la frecuencia de la luz incidente, ya que sta resultaba simplementeproporcional a la energa de los cuantos de luz, determinada por la frmula de PlanckE = h. Los resultados experimentales de Lenard haban sido puramente cualitativos y mostraban solamente que la energa de los fotoelectrones aumentaba cuando aumentaba la frecuencia de la luz incidente. La frmula [1] de Einstein, en cambio, predice exactamente cul es la energa que tendrn los fotoelectrones para cualquier frecuencia0de la luz incidente.Es importante sealar que estas explicaciones requieren del uso de la hiptesis auxiliar segn la cual el umbral de frecuencia depende exclusivamente de la composicin del cuerpo irradiado y no de una interaccin diferencial en la que un mismo tipo de luz (determinado por su frecuencia) se comportara de manera diferente de acuerdo con la naturaleza del cuerpo (por ejemplo cediendo diferentes proporciones de su energa, segn el caso).Si se supone, como hizo Einstein, que la luz est compuesta por un nmero finito de cuantos, la intensidad de la luz resulta proporcional al nmero de cuantos que llegan a una determinada superficie por unidad de tiempo. De esta manera, Einstein pudo explicar fcilmente el hecho de que el nmero de fotoelectrones aumenta cuando se incrementa la intensidad de la luz incidente. Ello ocurre porque sobre la superficie de la sustancia iluminada llegan ms cuantos de luz, los cuales, consiguientemente, excitan un mayor nmero de electrones.La energa de los cuantos de luz slo depende de la frecuencia, por lo que el aumento de la intensidad de la luz no modifica la energa de cada cuanto luminoso. Consiguientemente, Einstein pudo dar cuenta del hecho de que la energa de los fotoelectrones no cambia cuando aumenta o disminuye la intensidad de la luz incidente. Si cambia la intensidad de la luz, lo que cambia es simplemente el nmero de cuantos que llegan a la superficie iluminada. Por cierto, la energa total que transporta el rayo luminoso, que puede concebirse como la suma de todas las energas de los cuantos componentes, es proporcional a la intensidad, pero la energa de cada cuanto individual es independiente de ella.Finalmente, Einstein explic la ausencia de retardo temporal en la emisin de fotoelectrones suponiendo que la absorcin y emisin de los cuantos de luz por la materia se realiza de manera instantnea, o, al menos, que se trata de procesos que duran un tiempo caracterstico de la escala atmica. Esta idea es coherente con elsupuesto inicial de que la energa de los cuantos de luz est localizada de manera puntual, como ocurre en el caso de las partculas materiales, y no distribuida en regiones grandes del espacio, como el frente de una onda electromagntica.La explicacin de Einstein delEFes claramente una explicacin causal. Su forma corresponde de manera bastante precisa a la del llamadomodelo mecnico-causalde W. Salmon.6Esta clase de explicacin consiste, en una de sus formas tpicas, en ofrecer unahistoria causaldel hecho que se quiere explicar, historia que expone los mecanismos por medio de los cuales se produce. As, por ejemplo, la ocurrencia de un evento de tipoBse explica mediante una cadena causal que comienza en otro evento de tipoAy termina enB. Usualmente, se distinguen entreAyBotros eventos, cada uno de los cuales est causalmente conectado con el que lo sucede inmediatamente en la cadena. Los eventos que se estipulan como comienzo de la cadena causal, as como los diferentes eventos intermediarios, dependen del contexto y de diversos factores pragmticos, tales como los intereses de la comunidad cientfica o los presupuestos del pblico al que se dirige la explicacin. En los casos paradigmticos, un cientfico profesional dirige la explicacin a un grupo, ms o menos indeterminado, pero a veces muy reducido, de miembros de su disciplina de especializacin o de una comunidad ms amplia de especialistas dentro de una misma ciencia.En la explicacin delEFla cadena causal en cuestin comienza con la emisin de cuantos de luz por una fuente ms o menos puntual, pero no es necesario especificar, entre otras cosas, cmo se produce la luz (por ejemplo, mediante una corriente elctrica que calienta una resistencia) ya que ese hecho se considera irrelevante para la explicacin. En principio, una cadena causal puede remontarse indefinidamente hacia el pasado, por lo que el evento que se elija como comienzo es una cuestin convencional. De la misma manera, slo se mencionan los eventos intermediarios de la cadena que se consideran relevantes para la explicacin. En el caso delEF, si la fuente de luz es una lmpara, no se mencionar el hecho deque los cuantos de luz atraviesen el vidrio de la lmpara, pese a que all se produce algn tipo de interaccin entre los tomos del vidrio y los cuantos. Sin embargo, esos eventos se consideran irrelevantes porque no modifican la frecuencia de la luz incidente, que es la variable ms importante en la explicacin de este fenmeno, y, adems, porque tienen un efecto despreciable sobre otras variables relevantes, como la intensidad de la luz. Por supuesto, los eventos relevantes slo pueden distinguirse de los irrelevantes sobre la base de un amplio conjunto de teoras presupuestas. La atribucin de causas a un evento determinado, como sealara Hanson (1958), es una actividad altamente cargada de teora y, por esa razn, resulta siempre falible y sujeta a eventuales revisiones. La historia causal que explica la ocurrencia de un evento dado es, entonces, una construccin realizada por el cientfico sobre la base de todo su conocimiento previo y de sus intereses especficos, as como del contexto pragmtico en que se produce la explicacin.Tpicamente, las explicaciones mecnico-causales apelan a entidades y procesos microscpicos como causas de los eventos macroscpicos que se quieren explicar. A menudo, pero no siempre, postulan todo un nivel de estructuras inobservables subyacentes a los fenmenos. Estas estructuras fsicas son las que relacionan los fenmenos que constituyen el comienzo y el final de la cadena causal. As, en la produccin delEFslo son observables las propiedades de la luz incidente (frecuencia, intensidad) y las de la corriente elctrica emitida por el material iluminado (intensidad, energa). Ni los cuantos de luz incidentes ni los fotoelectrones emergentes son observables; ambos pertenecen a la estructura causal explicativa, de carcter microscpico. La existencia de electrones en el interior de los tomos y la explicacin de las corrientes elctricas como flujo de electrones libres eran hiptesis aceptadas ya en 1905. La existencia de cuantos de luz, en cambio, era una hiptesis novedosa y revolucionaria porque contradeca a la explicacin entonces aceptada sobre la naturaleza de la luz.El pasaje donde Einstein aplica su teora del cuanto de luz para explicar la produccin delEFcontiene de manera explcita la narracin de una historia causal:Los cuantos de luz inciden en la capa superficial de los cuerpos y su energa cintica se convierte, al menos en parte, en energa cintica delos electrones. La representacin ms simple del proceso es que un cuanto de luz cede la totalidad de su energa a un nico electrn. [...] Un electrn del interior del cuerpo dotado de energa cintica habr perdido una parte de su energa cintica cuando haya alcanzado la superficie. Adems, se supondr que cada electrn tiene que efectuar un trabajoP(caracterstico de cada cuerpo) cuando abandona el cuerpo. Los electrones excitados que se encuentren inmediatamente sobre la superficie del cuerpo lo abandonarn con la mxima velocidad en direccin perpendicular. La energa cintica de tales electrones esR/N- P.7(Einstein, 1905a, pp. 145-146).Es importante advertir que esta explicacin no es una explicacin de eventos singulares sino deregularidades generales. En verdad, las explicaciones de este tipo proporcionadas por la fsica terica son, casi siempre, explicaciones de hechos generales, esto es, de regularidades de la naturaleza.8De hecho, Einstein explica mediante su teora, como ya hemos sealado, cuatro regularidades previamente conocidas delEF.No se trata, sin embargo, de una explicacin restringida a estas regularidades. El mecanismo subyacente que Einstein postul para explicar elEFpoda aplicarse, y de hecho, se aplic, a otras clases de fenmenos de interaccin entre materia y radiacin. Podemos describir el mecanismo bsico de estos fenmenos de interaccin de la siguiente manera (la cual representa una extensin y generalizacin de las hiptesis de 1905, que el propio Einstein desarroll parcialmente en trabajos posteriores):91. Las fuentes luminosas emiten un nmero finito de cuantos de luz dotados de energa e impulso (E = h,p = h/c).2. Los cuantos de luz se mueven sin interactuar entre s siguiendo trayectorias definidas.3. Cuando un cuanto de luz colisiona con un electrn es completamente absorbido por ste y le transfiere todo su impulso y energa.4. Los electrones excitados pueden ser arrancados del material, o bien pueden emitir nuevos cuantos de luz.5. En todo proceso de absorcin o emisin de cuantos de luz se conservan la energa y el impulso totales, pero no el nmero de cuantos.Estos procesos constituyen el mecanismo subyacente de muchas clases de interacciones entre la radiacin y la materia. Permiten, por ejemplo, explicar la reflexin de la luz en el espejo como una interaccin entre la luz incidente y el espejo, una interaccin donde los cuantos de luz son absorbidos por los electrones de la placa del espejo y son emitidos nuevos cuantos correspondientes a la misma frecuencia. De esta manera se produce una autntica unificacin explicativa, la que en el marco del modelo mecnico-causal consiste en explicar el mayor nmero de fenmenos diferentes postulando el menor nmero de mecanismos causales subyacentes.10La hiptesis del cuanto de luz de Einstein consigue, efectivamente, unificar una amplia variedad de fenmenos de interaccin entre luz y materia. No logra, sin embargo, como veremos enseguida, proporcionar una explicacin unificada detodoslos fenmenos pticos.La explicacin causal delEFes posible porque la teora del cuanto de luz es todava una teora de carcter clsico, esto es, no cuntico. Los cuantos de luz de Einstein, todava retienen algunas propiedades caractersticas de los corpsculos materiales de la mecnica clsica: poseen localizacin espacio-temporal bien definida y tienen trayectorias perfectamente determinadas. Por esa razn pueden interactuar causalmente con partculas de otra especie, tales como los electrones. Tal interaccin involucra, como todas las interacciones clsicas, una transferencia de energa entre partculas. Aunque Einstein no lo afirm en 1905, no hay razn para suponer que pensaba que la energa poda no conservarse. De hecho la conservacin de la energa se hallaba presupuesta en la interpretacin delEF, relacionando la energa de los cuantos de luz incidentes con la energa necesaria para liberar un electrn del tomo y la energa de los fotoelectrones emitidos. Es precisamente el "parmetro" libreP, que depende de cada material, el que formalmente permite "restablecer" el balance de energa en cada caso.4. La naturaleza dual del cuanto de luzDesde fines del siglo XVII, cuando se formularon las concepciones corpuscular y ondulatoria de la luz, no existi una teora unificada de los fenmenos luminosos. Siempre se tuvo conciencia de que determinados fenmenos se explicaban mejor desde el punto de vista ondulatorio, mientras que otros se explicaban mejor desde el punto de vista corpuscular. Podemos agrupar las principales virtudes y defectos explicativos de las teoras corpuscular y ondulatoria de la luz de la siguiente manera.La teora corpuscular de la luz permite explicar de manera sumamente clara y satisfactoria los siguientes fenmenos: la propagacin rectilnea de los rayos luminosos, la formacin de sombras, la reflexin y la absorcin y emisin de la luz por la materia. Debe agregarse entre sus virtudes que no requiere de la existencia del ter para explicar la propagacin. Algunos de los fenmenos que no puede explicar satisfactoriamente son: la interferencia, la difraccin y la polarizacin de la luz. Entre las anomalas de esta teora debe mencionarse que no consigue explicar por qu losrayos luminosos no interfieren entre s cuando se cruzan y por qu el "tamao" de las fuentes luminosas no disminuye con el tiempo, ya que al emitir corpsculos deberan perder materia.La teora ondulatoria, por su parte, explica de manera satisfactoria los fenmenos de interferencia, difraccin y polarizacin. Adems, soluciona aceptablemente las dos principales anomalas de la teora corpuscular: los rayos de luz no interfieren porque las ondas, a diferencia de los corpsculos, pueden superponerse; las fuentes luminosas no disminuyen su tamao porque no emiten materia alguna. Entre los fenmenos que esta teora no puede explicar claramente se encuentran algunos que constituyen los mayores xitos explicativos de la teora corpuscular. La propagacin rectilnea y la reflexin de los rayos luminosos slo se pueden explicar mediante la nocin de frente de onda. La formacin de sombras bien definidas resulta problemtica ya que las ondas luminosas deberan transmitirse en todas direcciones rodeando los obstculos. La interaccin entre las ondas luminosas y la materia tampoco tiene explicacin precisa, por lo que los fenmenos de absorcin y emisin de la luz no resultan del todo comprensibles. Finalmente, la teora ondulatoria necesitaba postular la existencia de un ter luminfero dotado de propiedades mecnicas muy especiales (extrema rigidez y, a la vez, completa penetrabilidad y falta de resistencia al movimiento de los cuerpos) para explicar la propagacin de las ondas luminosas en el espacio aparentemente vaco de materia.Es interesante sealar que, en rigor de verdad, ninguna de las dos teoras clsicas de la luz proporcionaba una explicacin completamente satisfactoria de los fenmenos de absorcin y emisin de la luz por la materia. La teora corpuscular, por ejemplo, no explicaba qu ocurra con los corpsculos luminosos cuando la materia los absorba. Por su parte, la teora ondulatoria no especificaba cmo el ter luminfero continuo poda interactuar con una materia compuesta por tomos. En consecuencia, ambas teoras deban recurrir a hiptesis auxiliares muchas veces poco plausibles. La situacin, en este aspecto, no era esencialmente diferente en 1905, pese a los xitos tericos y experimentales obtenidos por la teora ondulatoria de la luz a lo largo del siglo XIX. Cuando Einstein formul su hiptesis acerca del cuanto de luz en 1905, claramente, la teora ondulatoria era dominante y haba desplazadohaca tiempo a la teora de la emisin de Newton; no obstante, se tena clara conciencia de algunas de sus dificultades, lo que poda hacer sospechar que no era una teora completa.Ahora bien, durante casi dos dcadas la hiptesis del cuanto de luz fue rechazada de manera casi unnime por la comunidad de los fsicos.11Algunos la consideraron como un retorno a una concepcin corpuscular que crean superada. Muchos insistieron en la imposibilidad de explicar los fenmenos de interferencia, difraccin y polarizacin de la luz, que tan naturalmente se explicaban en el contexto de la teora ondulatoria. Einstein concedi este punto; en el Congreso Solvay de 1911 afirm:Insisto en el carcter provisional de este concepto (quantade luz) que no parece reconciliable con las consecuencias experimentales verificadas de la teora ondulatoria.12Despus de 1905 era claro que haba dos concepciones diferentes de la luz, cada una de las cuales era exitosa para explicar diferentes tipos de fenmenos pticos y que, desde un comienzo, la posicin de Einstein frente a esta dualidad de teoras rivales parece haber sido ambivalente. En primer lugar, reconoci que la teora ondulatoria, expresada en la electrodinmica de Maxwell y Lorentz, eraincompleta, esto es, incapaz de explicar toda una clase de fenmenos pticos: los de absorcin y emisin de luz por la materia. En segundo lugar, sostuvo que la electrodinmica clsicano sera reemplazadacomo explicacin del dominio de fenmenos en los que resultaba exitosa. En su artculo de 1905 escribi:La teora ondulatoria de la luz, que opera con funciones espaciales continuas, se ha mostrado soberbia para describir fenmenos puramente pticos y probablemente nunca ser reemplazada por otra teora. (Einstein, 1905a, p. 132).En tercer lugar, admiti que su teora del cuanto de luz tambin eraincompleta, ya que dejaba sin explicar todo el dominio defenmenos pticos que la teora ondulatoria explicaba de manera ms satisfactoria. En cuarto lugar, sostuvo que la teora del cuanto de luz eraprovisoriay deba ser reemplazada, y pens que en el futuro deba buscarse unateora unificadade la luz que fuera, por as decirlo, una sntesis de las teoras corpuscular y ondulatoria. En 1909 lo expres de esta manera:Es innegable que hay un amplio grupo de hechos concernientes a la radiacin que muestran que la luz posee ciertas propiedades fundamentales que pueden comprenderse mucho mejor desde el punto de vista de la teora de la emisin de Newton que desde el punto de vista de la teora ondulatoria. Es mi opinin, por consiguiente, que el prximo estadio en el desarrollo de la fsica terica nos traer una teora de la luz que pueda comprenderse como una especie de fusin de la teora ondulatoria con la de la emisin. (Einstein , 1909, p. 817)En quinto y ltimo lugar, si bien no formul ni siquiera el esbozo de esta teora unificada de la luz, conjetur que deba ser unateora de campos, en la cual el concepto de partcula no poda tener lugar, y, por tanto, tampoco el de cuanto de luz (entendido como una entidad independiente del campo, tal como las partculas clsicas).13As pues, tanto la electrodinmica clsica como la teora delcuanto de luz eran, segn Einstein, incompletas. Sin embargo, la primera era definitiva y sera integrada como parte de una teora completa de la luz, mientras que la segunda era provisoria y sera reemplazada sin que, aparentemente, se conservara nada de ella. La razn de esta diferencia de actitud de Einstein respecto de las dos teoras de la luz se explica por la primaca ontolgica que concedi al campo sobre las partculas. La teora de Maxwell, en tanto teora de campos puros, proporcionaba para Einstein el modelo sobre el que deban construirse todas las teoras de la fsica.14En particular, en una teora unificada y completa de la luz no podan retenerse los cuantos de luz como entidades autosubsistentes. Las manifestaciones aparentemente corpusculares de la luz deban explicarse como producidas por regiones del campo electromagntico en las cuales la concentracin de energa era particularmente alta. Einstein siempre expres una profunda insatisfaccin con el dualismo ontolgico de campo y materia, o de ondas y partculas, legado por la fsica del siglo XIX, y, a la vez, tuvo una marcada preferencia por la nocin de campo como entidad fundamental. La unificacin de la fsica, segn este punto de vista, deba conseguirse reduciendo las partculas a los campos y no a la inversa.Notemos que el cuanto de luz, ya desde 1905, resultaba una entidad hbrida, dotada a la vez de caractersticas corpusculares y ondulatorias. Como las partculas materiales, posea una localizacin puntual en el espacio y el tiempo, adems de trayectorias bien determinadas. Como a las ondas, se le asociaba una frecuencia, y por consiguiente una longitud de onda, dos propiedades caractersticamente ondulatorias que no tiene sentido asignar a los corpsculos materiales. En rigor de verdad, deberamos considerar al cuanto de luz slo como un "bloque" de energa bien determinada, ms que como una partcula newtoniana, lo cual era potencialmente compatible con una teora de campo.En un esquema corpuscular de tipo newtoniano, la energa de cada corpsculo luminoso debera depender de su masa y de su velocidad. Por ello, en principio, era posible que existieran corpsculos de luz dotados de diferentes masas movindose con diferentes velocidades. En este cuadro, cuando la luz se propaga, se concibe que las partculas luminosas se mueven libremente en un espacio casi vaco, sin colisionar con los corpsculos de materia. Esta propagacin no requiere de la existencia de un ter luminfero. Los corpsculos de luz interactan con los medios densos mediante fuerzas a distancia, a modo de la gravitacin, de tal manera que aumentan su velocidad cuando ingresan a un medio de mayor densidad, por ejemplo, al pasar del aire al agua. No hay nada en este modelo de la naturaleza de la luz que permita, en principio, relacionar las propiedades de los corpsculos luminosos con propiedades ondulatorias tales como la frecuencia o la amplitud de onda.En la concepcin ondulatoria clsica, en cambio, la energa de la luz depende funcionalmente de la amplitud de la onda luminosa mientras que el color depende de su frecuencia. En el esquema conceptual ondulatorio, por su parte, no hay lugar para conceder a la luz propiedades caractersticas de los corpsculos tales como localizacin espacial y temporal, masa o impenetrabilidad. Las ondas se extienden sobre volmenes de espacio cada vez mayores a medida que se propagan en el tiempo, pueden superponerse y ocupar el mismo volumen, y, finalmente, no tienen masa y, por tanto, carecen de un impulso asociado a sta.Cuando Einstein introduce la nocin de cuantos de luz y caracteriza a la energa de stos en funcin de su frecuencia, realiza una atpica combinacin de propiedades corpusculares y ondulatorias. Los cuantos de luz tienen una localizacin espacio-temporal precisa, y por tanto, trayectorias espaciales, como las partculas materiales newtonianas. Presumiblemente deberan tener tambin masa e impulso. Sin embargo, Einstein no les atribuy impulso en el artculo de 1905, cosa que recin hizo en 1916.15Por otra parte, la relatividad especial, habra de poner, de hecho, restricciones ineludibles a la velocidad y a una eventual masa de los cuantos de luz. Desde el punto de vista relativista todos los cuantos deberan moverse en el vaco con una velocidad invariantecy tener una masainercial en reposo nula; es evidente, entonces, que los cuantos de luz no podan ser corpsculos newtonianos. Por todas estas razones, la teora del cuanto de luz de Einstein no poda considerarse como un retorno a las teoras clsicas de la emisin.La frecuencia es, en el trabajo de 1905, la propiedad esencial de los cuantos de luz porque de ella dependen tanto la energa como el color asociado. Este es un aspecto heterodoxo desde el punto de vista ondulatorio ya que en la teora ondulatoria slo el color de la luz, pero no su energa, depende de la frecuencia de la onda luminosa. Por qu las energas cinticas de los cuantos de luz de diferentes colores no dependan de diferencias en sus velocidades cuando en un modelo corpuscular de la luz eso era lo que cabra esperar? Creemos que en este punto Einstein conserv un compromiso fuertemente maxwelliano. Acept de la teora ondulatoria la idea de que todos los colores, esto es la luz de diferentes frecuencias, se mueven en el vaco con la misma velocidad. Por esa razn, las diferentes energas cinticas de los cuantos de luz slo podan depender de las diferencias en sus respectivas frecuencias. La unicidad de la velocidad de la luz en el vaco ya se insinuaba en (1905a) como una suerte de propiedad absoluta que Einstein en (1905b), apenas tres meses despus, elevara a la condicin de postulado.Con todo, los cuantos de luz, a pesar de su carcter dual, no eran todava entidades plenamente cunticas, tal como las entendemos actualmente. De las propiedades que hoy consideramos caractersticas de las entidades cunticas, los cuantos de luz slo posean dos. La primera es la energa cuantificada, en el sentido de que la luz est compuesta de unidades mnimas asociadas a los efectos producidos sobre los fotoelectrones y que dependen de la frecuencia, peronocuantificada en el sentido de que slo existen ciertos valores de energas permitidos (como sucede, desde que Bohr los postul en 1913, en el tomo de hidrgeno para los electrones ligados). En principio, un cuanto de luz, y dentro de cierto rango, puede estar dotado de cualquier frecuencia y, por consiguiente, de cualquier energa, ambas magnitudes continuas. La segunda caracterstica es una suerte de dualidad onda-partcula, que implicara entender a la luz como constituida por cuantos con localizacin espacio-temporal bien determinada o como ondas electromagnticas, lo cual presupone concebir a la luz como un"objeto" espacialmente extendido. Los cuantos de luz de Einstein, por otra parte, no estn sometidos al principio de indeterminacin de Heisenberg, formulado recin en (1927), por lo que poseeran un impulso y una posicin bien determinados que podran ser simultneamente conocidos. Como consecuencia de ello, los cuantos de luz tienen, en principio, trayectorias bien definidas en el espacio.En resumen, los cuantos de luz de Einstein, si bien obviamente no son ondas clsicas, tampoco presentan todas las propiedades tpicas de las partculas. Poseen algunas propiedades caractersticas de las partculas materiales y algunas otras propiedades caractersticas de las ondas. Tienen, por as decir, unstatus"mixto" entre ondas y partculas, que, comprensiblemente resultaba difcil de entender para los fsicos de la poca, e incluso para el propio Einstein. La dualidad onda-partcula haca aqu su primera aparicin, todava de una manera implcita y no bien reconocida.16Porltimo, los cuantos de luz tampoco son entidades plenamente cunticas, como los fotones. Tienen tambin un carcter semiclsico o intermedio entre las partculas newtonianas y las "partculas" de la fsica cuntica.5. Explicaciones alternativas del efecto fotoelctricoLa ecuacin de Einstein para elEFhaca predicciones empricas nuevas y bien definidas. A. Pais las describe de esta manera:Esta ecuacin [E = h - P] hizo predicciones nuevas y muy fuertes. Primera, queEdeba variar linealmente con. Segunda, que la pendiente del grfico (E,) es una constante universal, independiente de la naturaleza del material irradiado. Tercera, que el valor de la pendiente deba ser la constante de Planck determinada a partir de la ley de radiacin. Nada de eso se saba entonces. (Pais, 1982, p. 381).Sin embargo, durante una dcada despus de 1905, ninguna de estas predicciones result claramente confirmada. Antes de 1915los resultados experimentales slo haban confirmado, despus de muchas dudas, el carcter lineal de la relacin entre la energa y la frecuencia de los fotoelectrones. Entre 1915 y 1916, los experimentos de R. Millikan confirmaron con toda precisin la relacin energa- frecuencia establecida en la ecuacin de Einstein delEF, pese a que la intencin declarada de Millikan era refutar dicha ecuacin.17Este resultado le permiti a Millikan, adems, medir de manera precisa la constante de Planck.No obstante, despus de publicados los resultados de Millikan, la comunidad de los fsicos sigui rechazando mayoritariamente la hiptesis del cuanto de luz. Una de las razones de ese rechazo era, indudablemente, el carcter heterodoxo de la nocin misma de cuanto de luz. La naturaleza revolucionaria de la concepcin cuntica de la luz de Einstein consiste, sobre todo, en que supone que, para explicar los efectos de interaccin luz-materia, laradiacin librese describe mejor, no como una onda continua, sino como un agregado de cuantos discretos. Esto significa que la hiptesis cuntica no deba aplicarse solamente a la interaccin de la luz con la materia, sino tambin a la propagacin de la luz en el vaco. Einstein, recordemos, propuso esta hiptesis con un carcter meramente heurstico. Planck y la mayora de los fsicos en ese momento, fueron ms conservadores y prefirieron mantener la teora de Maxwell para la radiacin libre, trasladando el problema del carcter cuntico de la luz exclusivamente a los procesos de interaccin con la materia.18Einstein podra haber seguido este camino, que luego se revel intransitable ya que dej sin explicar cmo la onda luminosa incidente poda "transformarse" para actuar como corpsculos discretos cuando la luz interactuaba con cuerpos materiales.Otra razn que explica la resistencia de los fsicos a aceptar la existencia del cuanto de luz es el hecho de que despus de 1905 se formularon varias interpretaciones delEFque se proponan explicarlo sin emplear esa hiptesis. Lorentz, Thomson y Sommerfeld idearon distintas teoras delEFbasadas en diferentes modelos de la estructura del tomo, sobre la cual se conoca muy poco en ese momento.19El supuesto comn a todas estas teoras era que resultaba preferible explicar elEFmediante hiptesis acerca de la estructura atmica que no implicaran modificacin alguna de la electrodinmica de Maxwell y Lorentz. Todas ellas postularon un mecanismo por el cual una onda luminosa incidente, que tuviera una frecuencia superior a la frecuencia crtica, pudiera excitar a los electrones, a menudo concebidos como parte del ncleo atmico, y arrancarlos de los tomos. Para ello contaban con cierta libertad para elaborar hiptesis acerca de la estructura de la materia, cuyo conocimiento era an incipiente. Sin embargo, todas estas teoras, elaboradas entre 1910 y 1913, resultaron incompatibles con el modelo atmico de Bohr (1913), por lo que fueron rpidamente abandonadas despus de 1913.La nica teora delEFalternativa a la de Einstein que permaneci en pie despus de 1913 fue la de O. W. Richardson, publicada en varios trabajos a partir 1912.20La razn de ello es, simplemente, que la teora de Richardson era de carcter puramente macroscpico y no empleaba ninguna hiptesis acerca de la estructura de los tomos. Su enfoque era de tipo termodinmico y se propona tratar explcitamente el problema de la interaccin entre los tomos y la luz, o "radiacin etrea", como l la llamaba (Richardson, 1912a, p. 617). Richardson emple la ley de distribucin de Wien para la radiacin, a la que tambin haba apelado Einstein en (1905a), as como la hiptesis auxiliar de que el nmero de electrones emitidos en elEFera proporcional a la intensidad de la luz incidente. Sobre la base de estos supuestos, consigui deducir la ecuacin delEFde Einstein sin emplear la hiptesis del cuanto deluz. Sostuvo, adems, que ninguna de sus hiptesis auxiliares implicaba que la luz estuviera compuesta por cuantos discretos. Segn su punto de vista, la ley de Planck, tambin presupuesta en su deduccin de la ecuacin de Einstein, era independiente de la hiptesis del cuanto de luz. Adems, segn Richardson, nadie haba probado que esta ltima hiptesis fuera necesaria para explicar la proporcionalidad entre el nmero de electrones emitidos en elEFy la intensidad de la luz incidente. Richardson concluy que la confirmacin experimental de la ecuacin de Einstein "no implicara la aceptacin de la teora unitaria [o sea, de cuantos] de la luz".21l mismo, en colaboracin con K. T. Compton, llev a cabo los experimentos ms precisos hasta ese momento sobre elEFy logr confirmar el carcter lineal de la relacin entre la energa cintica de los fotoelectrones y la frecuencia de la luz incidente.22Entre 1912 y 1915 R. Millikan realiz una serie de experimentos de alta precisin con el fin de contrastar las tres predicciones, ya citadas, que se deducan de la ecuacin de Einstein para elEF. El resultado, publicado en 1916, fue la confirmacin de todas las predicciones conjuntamente. Sus datos, que mostraban la energa de los fotoelectrones como funcin de la frecuencia de la luz incidente, caan todos sobre una lnea recta cuya pendiente erah/e, tal como se deduca de la ecuacin de Einstein (Millikan, 1916b). Desde ese momento la comunidad de los fsicos acept que dicha ecuacin estaba confirmada ms all de toda duda razonable. Sin embargo, eso no llev a la aceptacin de la explicacin de Einstein delEF. El propio Millikan rechaz la hiptesis del cuanto de luz y termin su trabajo proponiendo una explicacin alternativa (Millikan, 1916b, p. 385). De acuerdo con ella, deban existir "osciladores" de todas las frecuencias en los metales que experimentaban elEF. Dichos osciladores estaban en todo momento cargando energa hasta el valorh, por lo que algunos de ellos se encontraran en sintona con la frecuencia0de la onda electromagntica incidente. Esos osciladores absorberan la energa hasta alcanzar el valor crticoh0, y, en ese momento, el electrn sera expulsado del tomo por una suerte de explosin. Como se advierte, se trata de una teorano einsteiniana delEF; una teora clsica, en tanto presupone una concepcin ondulatoria de la luz, a la que se agrega un conjunto de hiptesis nuevas acerca de la estructura microscpica de la materia.Este hecho hace que la teora de Millikan se diferencie de la de Richardson, que es puramente macroscpica, y se asemeje al tipo de las de Sommerfeld y Thomson que tambin proponan hiptesis sobre el comportamiento de las partculas subatmicas. Slo despus de los experimentos de Millikan se dispuso de una confirmacin satisfactoria de la ecuacin de Einstein. Sin embargo, no se obtena de esta manera una evidencia crucial a favor de la hiptesis del cuanto de luz. En realidad, los resultados de Millikan confirmaron la teora de Einstein, pero no constituyeron un experimento crucial respecto de la teora rival de Richardson, o de su propia teora (o, ms bien, esbozo de teora), que tambin quedaron confirmadas. En ese momento pareca razonable, entonces, suspender el juicio acerca de la confirmacin de la hiptesis del cuanto de luz hasta que se realizaran otro tipo de experimentos que proporcionaran nuevas evidencias.La teora de Einstein, aunque haca una conjetura sumamente audaz sobre la estructura microscpica de la luz, no inclua, al igual que la de Richardson, ninguna hiptesis especfica acerca de la estructura de la materia. Sin embargo, presupona algunas concepciones generales acerca de la naturaleza del tomo. Einstein asumi que la materia era de carcter discreto y estaba constituida por tomos, cuya estructura interna dej casi sin determinar. La nica idea acerca de la composicin de los tomos que Einstein presupuso es que estos contenan electrones ligados de manera ms o menos dbil. Estos supuestos los comparte tambin la teora de Richardson. Einstein tambin supuso, de manera tcita, que los electrones eran la nica clase de partculas que interactuaban con los cuantos de luz para producir elEF. Ninguna de estas hiptesis poda considerarse establecida hacia 1905, pero en el curso de las siguientes dcadas resultaron bien confirmadas y se incorporaron a teoras generales acerca de las partculas subatmicas y sus interacciones. A la postre, la falta de hiptesis especficas acerca de la estructura del tomo result favorable para la teora de la luz de Einstein, ya que la hizo compatible con el modelo atmico de Bohr de 1913 y con los descubrimientos posteriores acerca del ncleo atmico.La hiptesis del cuanto de luz de Einstein, sin embargo, continu siendo resistida por la mayora de los fsicos. Ya no se poda dudar de la correccin de la ecuacin de Einstein, pero se buscaban explicaciones alternativas de corte clsico, esto es, que no modificaran la electrodinmica de Maxwell y Lorentz. El cambio decisivo en la actitud de la mayora de los fsicos se produjo despus de los experimentos de A. H. Compton, finalizados en 1923. Compton encontr que los rayos X dispersados por materiales como el grafito y la parafina emergan con una frecuencia menor (y consiguientemente una longitud de onda mayor) que las de los rayos incidentes. Este fenmeno resultaba incompatible con la teora clsica de la dispersin desarrollada por J. J. Thomson en el marco de la teora ondulatoria de la radiacin, de la cual se deduca que la frecuencia de los rayos dispersados deba ser la misma que la de los rayos incidentes.Ante esta situacin, Compton propuso adoptar una explicacin cuntica de los fenmenos de dispersin que haba observado. Supuso, entonces, que la luz estaba constituida por cuantos dotados de una energaE = hy un momentop = h/c(como haba sostenido Einstein en 1905 y 1916, respectivamente). Adems, supuso que en la interaccin entre la luz y la materia se satisfacan las leyes de conservacin del momento y de la energa. A partir de estas premisas, dedujo las frmulas para calcular la frecuencia y la longitud de onda de la luz dispersada. Dichas frmulas daban resultados casi idnticos a los de la electrodinmica clsica cuando la luz incidente era de baja o media frecuencia, pero predecan valores diferentes para los rayos X duros (muy energticos) y para los rayos . Estas nuevas predicciones concordaban muy bien con los resultados experimentales de Compton. De manera independiente y casi simultnea, P. Debye (1923) obtuvo los mismos resultados y los explic de la misma manera mediante la hiptesis del cuanto de luz.23Segn el propio Einstein, el efecto Compton demostraba el carcter orientado de la radiacin electromagntica,24por lo cual ya no poda dudarse de que se desplazaba por el espacio vaco con un impulsop = h/c. Esto convenci a la mayora de los fsicos de que deba adoptarse una teora cuntica de luz fundada en las hiptesis introducidas por Einstein casi veinte aos antes. Millikan, sin embargo, no abandon todas sus reticencias. En su discurso de recepcin del Premio Nobel, el 23 de mayo de 1924, despus de pasar revista a los numerosos experimentos, los propios y los que le sucedieron, que confirmaron la ecuacin de Einstein para elEF, afirm:En vista de todos estos mtodos y experimentos la validez general de la ecuacin de Einstein es, segn pienso, universalmente aceptada, yen esa medida la realidad de los cuantos de luz de Einstein puede considerarse experimentalmente establecida. Pero la concepcin de los cuantos de luz localizados [corpsculos], a partir de la cual Einstein obtuvo su ecuacin, debe considerarse todava lejos de estar establecida. (Millikan, 1924, p. 63; subrayado por el autor).El mismo discurso muestra que el descubrimiento del efecto Compton evidentemente lo impresion, aunque tampoco logr convencerlo totalmente de la realidad de los cuantos de luz. El efecto Compton pareca proporcionar una confirmacin de la hiptesis del cuanto de luz completamente independiente delEF. Millikan lo reconoci con estas palabras:Puede decirse, entonces, sin hesitacin que no es meramente la ecuacin de Einstein la que est teniendo un xito extraordinario en este momento, sino tambin la concepcin de Einstein (Millikan, 1924, p. 65).Sin embargo, Millikan conclua con la siguiente expresin de reservas respecto de la existencia del cuanto de luz:Pero hasta que esta [la hiptesis del cuanto de luz] pueda dar cuenta de los hechos de interferencia y otros efectos que hasta ahora han parecido irreconciliables con ella, debemos rehusarle nuestro completo asentimiento. (Millikan 1924, p. 65).Como ya sealamos antes, el propio Einstein haba reconocido siempre que su teora del cuanto de luz no era capaz de explicar los fenmenos de interferencia luminosa. En realidad, el problema al que Millikan alude, nunca pudo resolverse mediante la hiptesis de que los cuantos de luz estn localizados en todo momento.256. ConclusionesLa hiptesis del cuanto de luz, aunque resistida, tena evidentes xitos explicativos que deban evaluarse comparativamente con otras teoras rivales, de las cuales slo la de Richardson resultaba viable despus de 1913. Desde el punto de vista epistemolgico, la teora de Einstein tena dos claras ventajas sobre la de Richardson. En primer lugar, era una explicacin ms profunda porque apelaba a procesos causales que ocurran en el nivel microscpico. En segundo lugar, era una explicacin ms general y tena mayor poder unificador dado que no slo explicaba elEF, sino otros fenmenos luminosos. Ofreca una explicacin unificada, apelando a un mismo tipo de proceso causal subyacente a diversos procesos de interaccin entre la luz y la materia, procesos que, hasta ese momento, se consideraban susceptibles de explicaciones de diferente naturaleza. Por esta razn, la hiptesis del cuanto de luz poda considerarse confirmada no slo por los datos experimentales acerca delEF, como los de Lenard, sino tambinpor todos los hechos conocidos que consegua explicar, como la fotoluminiscencia, la radiacin del cuerpo negro e incluso el efecto Compton, descubierto ms adelante.A pesar de las virtudes explicativas de la teora de Einstein, hubo algunos fsicos que siguieron dudando de la existencia del cuanto de luz y propusieron explicaciones de tipo ondulatorio tanto delEFcomo del efecto Compton.26Estas explicaciones alternativas, que persisten hasta la actualidad, no son empricamente equivalentes a la teora del cuanto de luz. La vigencia de la teora de Einstein debemos atribuirla al hecho de que siempre ha resultado mejor confirmada que cualquiera de las teoras rivales en las que el campo electromagntico no est cuantificado.27Adems, otro elemento que, indudablemente, ha contribuido a que esta teora resulte preferida, es su mayor elegancia, simplicidad y transparencia. Desde un punto de vista popperiano la teora de Einstein es una hiptesis audaz y sumamente falsable que resisti todos los intentos de refutacin (como los de Millikan), y, sin embargo, no se acept como bien corroborada. Una explicacin de esta actitud se puede atribuir al hecho de que nunca se obtuvo un completo consenso a favor de una interpretacin realista de la existencia del cuanto de luz, debido, a su vez, a la relacin reticente de la propia fsica cuntica respecto de la realidad de sus observables.Cuando Einstein recibi el premio Nobel, como sealamos al comienzo, su ecuacin delEFestaba bien corroborada, y sin embargo, su explicacin terica de este fenmeno an no era aceptada. No obstante, el hecho de que le hubiesen otorgado el premio invocando "su descubrimiento de la ley del efecto fotoelctrico", indica que la fertilidad heurstica de su hiptesis era entonces innegable. En cambio, las predicciones de la relatividad especial y general, por la que Einstein es hoy ms reconocido por el pblico y por los propios fisicos, no posean la fuerza delEFen cuanto a la claridad intuitiva y a la simplicidad de sus consecuencias, adems de no tener an suficiente confirmacin experimental.A pesar de su actitud realista respecto de las teoras fsicas, Einstein propuso su hiptesis del cuanto de luz como un mero instrumento explicativo; un modelo causal tan poderosamente predictivo que no necesitaba comprometerse con la realidad de las nuevas entidades que postulaba. En este sentido, elcarcter heursticode esta hiptesis permanece vigente hasta hoy y ha dado muestras de una enorme fertilidad explicativa. Sin embargo, elcomponente causalde la explicacin de Einstein no puede mantenerse en el contexto de una teora cuntica referida al movimiento de partculas. La realidad de los cuantos de luz resulta afectada por el problema general de la realidad de las entidades cunticas y no puede resolverse independientemente de l. Pocas veces el empleo del trminoheursticoen el ttulo del artculo de Einstein de 1905, result tan adecuado desde un punto de vista tanto epistemolgico como histrico.

PERSONAJES EN LA HISTORIA DEL ATOMO John Dalton(Eaglesfield, Gran Bretaa, 1766 - Manchester, 1844) Qumico y fsico britnico al que se debe la primera formulacin moderna de la teora atmica. Pese a recibir una educacin precaria a causa de las penurias econmicas, una inagotable curiosidad y afn de conocimientos le permiti completar su formacin y obtener cierto prestigio con sus primeros trabajos cientficos, que versaron sobre los gases y sobre una enfermedad visual que padeci, posteriormente llamada daltonismo.

John DaltonReconocido ya como cientfico y con una slida posicin acadmica, Dalton descubri la llamadaley de las proporciones mltiples, que rige el peso de los elementos que intervienen en una reaccin qumica, y propuso como interpretacin de la misma toda una teora sobre la constitucin de la materia que retomaba el atomismo griego: es el llamado modelo atmico de Dalton, que, vigente a lo largo de todo el siglo XIX, posibilitara importanes avances cientficos.BiografaMiembro de una familia muy humilde, en su infancia ayudaba con su hermano a su padre en el trabajo del campo y en la pequea tienda familiar donde tejan vestidos, mientras que su hermana Mary ayudaba a su madre en las tareas de la casa y venda papel, tinta y plumas. Aunque su situacin econmica era bastante precaria, los hermanos recibieron cierta educacin en la escuela cuquera ms cercana, a diferencia de otros nios de la misma condicin.El maestro de la escuela cuquera de Pardshow Hall proporcion a John Dalton una buena base y le transmiti el afn por la bsqueda incansable de nuevos conocimientos. Un cuquero rico, Elihu Robinson, se convirti en su mentor y en otra fuente de estmulo hacia las matemticas y las ciencias (especialmente la meteorologa). Con slo doce aos de edad, John Dalton abri una escuela en su localidad natal, Eaglesfield. Aunque supo manejar los problemas con sus alumnos mayores que l, despus de dos aos se vio obligado a abandonar su proyecto debido al bajo salario, y tuvo que volver a las tareas del campo trabajando para un to suyo.En 1781 John Dalton se uni a su hermano como asistente de George Bewley en su escuela de Kendall. Cuando George Bewley se retir, su hermano y l abrieron su propia escuela, donde ofrecan clases de ingls, latn, griego y francs, adems de veintin temas relacio