Un atom este cea mai mică unitate de particule existente ca substanță simplă, fiind capabil să intervină într-o combinație chimică. De-a lungul secolelor, cunoștințele limitate care s-au avut despre atom au fost doar subiectul unor presupuneri și presupuneri, astfel încât datele concrete nu au putut fi obținute decât mulți ani mai târziu. În secolele al XVIII-lea și al XIX-lea, omul de știință englez John Dalton a sugerat existența atomilor ca o unitate extrem de mică, din care ar fi alcătuită toată materia, și le-a atribuit masă și le-a reprezentat ca sfere solide și indivizibile.
Ce este un atom
Cuprins
Este unitatea minimă de materie, din care sunt compuse solide, lichide și gaze. Atomii sunt grupați împreună, putând fi de același tip sau diferiți, pentru a forma molecule, care, la rândul lor, constituie materia din care sunt compuși corpurile existente. Cu toate acestea, oamenii de știință au stabilit că doar 5% din materia din univers este formată din atomi, deoarece materia întunecată (care ocupă mai mult de 20% din univers) este formată din particule necunoscute, precum și din energia întunecată (care ocupă 70%).
Numele său provine de la latinul atomus, care înseamnă „indivizibil”, iar cei care i-au dat această terminologie au fost filosofii greci Democrit (460-370 î.Hr.) și Epicur (341-270 î.Hr.).
Acești filozofi, care fără a fi experimentat, în căutarea unui răspuns la întrebarea din ce suntem compuși și explicația realității, au ajuns la concluzia că este imposibil să împărțim materia la infinit, că ar trebui să existe un „vârf”, ceea ce însemna că ar fi atins limita minimă din ce sunt compuse toate lucrurile. Ei au numit acest „vârf” un atom, deoarece acea particulă minimă nu mai putea fi împărțită și universul ar fi compus din acest lucru. Ar trebui adăugat că acest concept este păstrat și astăzi când se vorbește despre ce este un atom.
Este alcătuit dintr-un nucleu, în care există cel puțin un proton și același număr de neutroni (a căror unire se numește „nucleon”) și cel puțin 99,94% din masa sa se găsește în nucleul menționat. Restul de 0,06% este alcătuit din electronii care orbitează nucleul. Dacă numărul de electroni și protoni este același, atomul este neutru din punct de vedere electric; dacă are mai mulți electroni decât protoni, sarcina sa va fi negativă și se determină ca un anion; iar dacă numărul de protoni depășește electronii, sarcina lor va fi pozitivă și se va numi cation.
Dimensiunea sa este atât de mică (aproximativ zece miliarde de metru) încât, dacă un obiect ar fi împărțit de un număr considerabil de ori, nu ar mai exista niciun material din care a fost compus, dar atomii elementelor ar rămâne astfel, în combinație, l-au format și acestea sunt practic invizibile. Cu toate acestea, nu toate tipurile de atomi au aceeași formă și dimensiune, deoarece va depinde de mai mulți factori.
Elementele unui atom
Atomii au alte componente care îi alcătuiesc numite particule subatomice, care nu pot exista independent, decât dacă se află în condiții speciale și controlate. Aceste particule sunt: electroni, care au o sarcină negativă; protoni, care sunt încărcați pozitiv; și neutroni, a căror sarcină este egală, ceea ce îi face neutri din punct de vedere electric. Protonii și neutronii se găsesc în nucleul (centrul) atomului, formând ceea ce este cunoscut sub numele de nucleon, iar electronii orbitează nucleul.
Protoni
Această particulă se găsește în nucleul atomului, formând parte din nucleoni, iar sarcina sa este pozitivă. Acestea contribuie cu aproximativ 50% din masa atomului, iar masa lor este echivalentă cu 1836 ori mai mare decât a unui electron. Cu toate acestea, au o masă puțin mai mică decât neutronii. Protonul nu este o particulă elementară, deoarece este compus din trei quarcuri (care este un tip de fermion, una dintre cele două particule elementare existente).
Numărul de protoni dintr-un atom este decisiv în definirea tipului de element. De exemplu, atomul de carbon are șase protoni, în timp ce un atom de hidrogen are un singur proton.
Electroni
Acestea sunt particulele negative care orbitează în jurul nucleului atomului. Masa sa este atât de mică încât este considerată de unică folosință. În mod normal, numărul de electroni dintr-un atom este același cu cel al protonilor, astfel încât ambele sarcini se anulează reciproc.
Electronii diferiților atomi sunt legați de forța Coulomb (electrostatică) și, atunci când sunt împărțiți și schimbați de la un atom la altul, provoacă legături chimice. Există electroni care pot fi liberi, fără a fi atașați de niciun atom; iar cele care sunt legate de una, pot avea orbite de diferite dimensiuni (cu cât raza orbitală este mai mare, cu atât este mai mare energia conținută în ea).
Electronul este o particulă elementară, deoarece este un tip de fermion (leptoni) și nu este constituit de niciun alt element.
Neutroni
Este particula neutră subatomică a atomului, adică are aceeași cantitate de sarcină pozitivă și negativă. Masa sa este puțin mai mare decât cea a protonilor, cu care formează nucleul atomului.
La fel ca protonii, neutronii sunt compuși din trei quarcuri: doi descendenți sau descendenți cu o încărcare de -1/3 și unul ascendent sau sus cu o încărcare de +2/3, rezultând o sarcină totală de zero, care îi conferă neutralitate. Un neutron în sine nu poate exista în afara nucleului, deoarece durata sa medie de viață în afara nucleului este de aproximativ 15 minute.
Cantitatea de neutroni dintr-un atom nu determină natura acestuia, decât dacă este un izotop.
Izotopi
Sunt un tip de atomi, a căror compoziție nucleară nu este echitabilă; adică are același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni. În acest caz, atomii care alcătuiesc același element vor fi diferiți, diferențiați de numărul de neutroni pe care îi conțin.
Există două tipuri de izotopi:
- Natural, găsit în natură, cum ar fi atomul de hidrogen, care are trei (protiu, deuteriu și tritiu); sau atomul de carbon, care are și trei (carbon-12, carbon-13 și carbon-14; fiecare cu utilități diferite).
- Artificiale, care sunt produse în medii controlate, în care particulele subatomice sunt bombardate, fiind instabile și radioactive.
Există izotopi stabili, dar stabilitatea menționată este relativă, deoarece, deși sunt radioactivi în același mod, perioada lor de dezintegrare este lungă în comparație cu existența planetei.
Cum sunt definite elementele unui atom
Un atom va fi diferențiat sau definit de mai mulți factori, și anume:
- Cantitatea de protoni: variația acestui număr poate duce la un element diferit, deoarece determină cărui element chimic îi aparține.
- Număr de neutroni: specifică izotopul elementului.
Forța cu care protonii atrag electronii este electromagnetică; în timp ce cel care atrage protonii și neutronii este cel nuclear, a cărui intensitate este mai mare decât primul, care respinge protonii încărcați pozitiv unul de celălalt.
Dacă numărul de protoni dintr-un atom este mare, forța electromagnetică care îi respinge va deveni mai puternică decât cea nucleară, există probabilitatea ca nucleonii să fie expulzați din nucleu, producând dezintegrarea nucleară sau ceea ce este, de asemenea, cunoscut sub numele de radioactivitate; pentru a duce ulterior la transmutația nucleară, care este conversia unui element în altul (alchimia).
Ce este un model atomic
Este o schemă care ajută la definirea a ceea ce este un atom, a compoziției sale, a distribuției sale și a caracteristicilor pe care le prezintă. De la nașterea termenului, au fost dezvoltate diferite modele atomice, care ne-au permis să înțelegem mai bine structurarea materiei.
Cele mai reprezentative modele atomice sunt:
Modelul atomic al lui Bohr
Fizicianul danez Niels Bohr (1885-1962), după studii cu profesorul său, chimistul și fizicianul Ernest Rutherford, a fost inspirat de modelul acestuia din urmă de a-l expune pe al său, luând ca ghid atomul de hidrogen.
Modelul atomic al lui Bohr constă într-un fel de sistem planetar, în care nucleul se află în centru și electronii se mișcă în jurul lui ca niște planete, pe orbite stabile și circulare, unde cea mai mare stochează mai multă energie. Include absorbția și emisia de gaze, teoria cuantificării lui Max Planck și efectul fotoelectric al
Albert Einstein
Electronii pot sări de la o orbită la alta: dacă trece de la una cu energie inferioară la alta cu energie superioară, va crește o cuantică de energie pentru fiecare orbită pe care o atinge; Opusul se întâmplă atunci când trece de la energie mai mare la energie mai mică, unde nu numai că scade, ci o pierde și sub formă de radiații precum lumina (fotonul).
Cu toate acestea, modelul atomic al lui Bohr avea defecte, deoarece nu se aplica pentru alte tipuri de atomi.
Model atomic Dalton
John Dalton (1766-1844), matematician și chimist, a fost pionierul publicării unui model atomic cu o bază științifică, în care a afirmat că atomii erau similari cu bilele de biliard, adică sferice.
Modelul atomic al lui Dalton stabilește în abordarea sa (pe care a numit-o „teoria atomică”) că atomii nu pot fi divizați. De asemenea, stabilește că atomii aceluiași element sunt de calități identice, inclusiv greutatea și masa lor; că, deși pot fi combinate, rămân indivizibile cu relații simple; și că pot fi combinate în proporții diferite cu alte tipuri de atomi pentru a crea diferiți compuși (unirea a două sau mai multe tipuri de atomi).
Acest model atomic al lui Dalton a fost inconsistent, deoarece nu a explicat prezența particulelor subatomice, deoarece prezența electronului și a protonului era necunoscută. Nici nu ar putea explica fenomenele de radioactivitate sau curentul electronilor (raze catodice); în plus, nu ține cont de izotopi (atomi ai aceluiași element cu masă diferită).
Modelul atomic Rutherford
Crescut de fizicianul și chimistul Ernest Rutherford (1871-1937), acest model este o analogie cu sistemul solar. Modelul atomic al lui Rutherford stabilește că cel mai mare procent din masa atomului și partea sa pozitivă se găsesc în nucleul său (centru); iar partea negativă sau electronii se învârt în jurul ei în orbite eliptice sau circulare, cu un vid între ele. Astfel, a devenit primul model care a separat atomul în nucleu și înveliș.
Fizicianul a efectuat experimente, în care a calculat unghiul de împrăștiere a particulelor atunci când au lovit o folie de aur și a observat că unele au sărit în unghiuri incongruente, concluzionând că nucleul lor trebuie să fie mic, dar de mare densitate. Mulțumită lui Rutherford, care a fost student al lui JJ Thomson, s-a avut și prima noțiune despre prezența neutronilor. O altă realizare a fost ridicarea întrebărilor cu privire la modul în care sarcinile pozitive din nucleu ar putea rămâne împreună într-un volum atât de mic, ceea ce a dus mai târziu la descoperirea uneia dintre interacțiunile fundamentale: forța nucleară puternică.
Modelul atomic al lui Rutherford era inconsecvent, deoarece contrazicea legile lui Maxwell privind electromagnetismul; nici nu a explicat fenomenele de radiații energetice în tranziția unui electron de la o stare de energie ridicată la cea redusă.
Modelul atomic al lui Thomson
A fost expus de către omul de știință și câștigătorul Premiului Nobel pentru fizică din 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). Modelul atomic al lui Thomson descrie atomul ca o masă sferică încărcată pozitiv cu electroni introduși în el, ca o budincă de stafide. Numărul de electroni din acest model a fost suficient pentru a neutraliza sarcina pozitivă, iar distribuția masei pozitive și a electronilor a fost aleatorie.
A experimentat cu raze catodice: într-un tub de vid a trecut razele de curent cu două plăci, producând un câmp electric care le-a deviat. Astfel, el a stabilit că electricitatea era compusă dintr-o altă particulă; descoperind existența electronilor.
Cu toate acestea, modelul atomic al lui Thomson a fost scurt, neavând niciodată accept academic. Descrierea sa a structurii interne a atomului a fost incorectă, precum și distribuția sarcinilor, nu a ținut cont de existența neutronilor și nu se știa despre protoni. Nici nu explică regularitatea Tabelului periodic al elementelor.
În ciuda acestui fapt, studiile lor au servit ca bază pentru descoperirile ulterioare, deoarece din acest model se știa despre existența particulelor subatomice.
Masă atomică
Reprezentată cu litera A, masa totală a protonilor și neutronilor conținuți într-un atom se numește masă atomică, fără a lua în considerare electronii, deoarece masa lor este atât de mică încât poate fi aruncată.
Izotopii sunt variații ale atomilor aceluiași element cu același număr de protoni, dar un număr diferit de neutroni, deci masa lor atomică va fi diferită chiar și atunci când sunt foarte asemănători.
Numar atomic
Este reprezentată de litera Z și se referă la numărul de protoni conținut într-un atom, care este același număr de electroni din el. Tabelul periodic al elementelor din 1869 al lui Mendeleev este ordonat de la cel mai mic la cel mai mare în funcție de numărul atomic.
