La teoria atòmica és una teoria científica de la naturalesa de la matèria. La teoria atòmica afirma que la matèria està composta d'unitats anomenades àtoms.
La teoria atòmica va començar com un concepte filosòfic a l'antiga Grècia. Llavors es creia que un àtom era una entitat indivisible. La paraula àtom s'origina en l'adjectiu atòmic de el grec antic, que significa "indivisible".
A partir del segle XIX els científics van començar a experimentar ia desenvolupar teories científiques.
A principis de segle XX, els físics van descobrir que el "àtom indivisible" en realitat és un conglomerat de partícules subatòmiques diferents (electrons, protons i neutrons).
La física de partícules és el camp científic que estudia les partícules subatòmiques. En aquest camp els físics esperen descobrir la veritable naturalesa fonamental de la matèria.
Què va descobrir John Dalton sobre l'àtom?
John Dalton va desenvolupar la llei de proporcions múltiples i més tard va proposar un primer model atòmic científic: la teoria atòmica de Dalton.
A prop de la fi de segle XVIII, van sorgir dues lleis sobre les reaccions químiques, sense fer referència a la noció de teoria atòmica:
Llei de conservació de massa (Antoine Lavoisier, 1789), que estableix que la massa total en una reacció química roman constant.
Llei de les proporcions definides (Joseph Louis Proust, 1799). Aquesta llei estableix que, si un compost es descompon en els seus elements constituents, les masses dels compostos constituents sempre tindran les mateixes proporcions.
Llei de proporcions múltiples
John Dalton va estudiar les dues lleis i desenvolupar la llei de proporcions múltiples:
"Si dos elements es poden combinar per formar una sèrie de compostos, la relació de massa de l'segon element que es combina amb una massa fixa de el primer element serà una relació de nombres enters petits."
Model atòmic de Dalton
Dalton va proposar que cada element químic estava compost d'àtoms d'un sol tipus. Tot i que no es podien modificar o destruir per mitjans químics, es podien combinar per formar estructures més complexes (molècules).
Dalton va arribar a aquestes conclusions empíricament i seguint un mètode científic. Per tant, aquesta era la primera teoria veritablement científica de l'àtom.
La teoria atòmica de Dalton es basa en els següents enunciats:
La matèria està formada per àtoms, que són partícules indivisibles i indestructibles.
Tots els àtoms d'un mateix element químic són iguals en massa i propietats i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.
Els compostos es formen per combinacions d'àtoms de diferents elements.
El descobriment de les partícules subatòmiques
En 1897, JJ Thomson va descobrir l'electró:
L'àtom no era la partícula més petita d'un element.
Thomson va suggerir que els àtoms eren divisibles, amb altres elements constituents.
Descobriment de l'nucli atòmic
En 1909, Rutherford va descobrir que la majoria de la massa i la càrrega positiva de l'àtom es concentren en una fracció molt petita del seu volum en una àrea que va assumir que era al centre.
Aquest descobriment va portar a Rutherford a proposar un model atòmic planetari en què un núvol d'electrons envolta un nucli petit i compacte de càrrega positiva.
El model quàntic de l'àtom
La teoria quàntica va revolucionar la física a principis de segle XX, quan Max Planck i Albert Einstein va postular que l'energia lluminosa s'emet o s'absorbeix en quantitats discretes conegudes com els quants.
El model planetari anterior plantejava dues deficiències significatives :.
A diferència dels planetes, els electrons són partícules carregades. Se sap que una càrrega elèctrica de l'accelerador emet ones electromagnètiques. Una partícula en òrbita hauria de perdre constantment energia i girar en espiral cap al nucli, xocant amb ella en una fracció de segon.
El model planetari no podia explicar els espectres d'emissió i absorció dels àtoms observats.
Teoria atòmica de Bohr
El 1913, Niels Bohr va desenvolupar el model atòmic de de Bohr: "els electrons només poden girar al voltant de l'nucli en certa òrbita circular amb el moment angular i l'energia distància fixa des del nucli (és a dir, abast) és proporcional a l'energia. "
En aquest model, un electró no pot entrar en el nucli, perquè no podia perdre energia en una forma contínua; En el seu lloc, només podia realitzar salts quàntics instantanis entre nivells d'energia fixos.
Què és la dualitat ona-partícula?
En 1924, Louis de Broglie va afirmar que totes les partícules en moviment exhibien alguna forma d'ona.
L'equació de Schrödinger (1926) descriu un electró com una ona en lloc d'una partícula puntual. Max Born, en canvi, va suggerir que la funció d'ona de Schrödinger podria usar-se per a calcular la probabilitat de trobar un electró en qualsevol lloc al voltant de l'nucli.
Les dues teories van introduir la idea de dualitat ona-partícula: "L'electró pot exhibir tant propietats de longitud d'ona com de partícula."
Principi d'incertesa de Heisenberg
Una conseqüència de la descripció dels electrons com una ona és la impossibilitat matemàtica de calcular simultàniament la posició i l'impuls d'un electró.
Això es va conèixer com el principi d'incertesa de Heisenberg (Werner Heisenberg, 1927). Aquest principi va invalidar el model de Bohr amb les seves òrbites circulars clares i clarament definides.
Com és el model atòmic modern?
El model modern de l'àtom descriu les posicions dels electrons en un àtom en termes de probabilitats.
Es pot trobar un electró a qualsevol distància de l'nucli, però, depenent del seu nivell d'energia, passa amb més freqüència en algunes regions al voltant de l'nucli que en altres; aquest patró de probabilitat es diu orbital atòmic.
