Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Àtom

Àtom

L'àtom és una estructura en la qual s'organitza la matèria en el món físic oa la natura. Els àtoms formen les molècules, mentre que els àtoms al seu torn estan formats per constituents subatómicos com els protons (amb càrrega positiva), els neutrons (sense càrrega) i els electrons. (Amb càrrega negativa).

D'una manera gràfic Què és un àtom? Imaginem que tienemos un tros de ferro. El partim. Seguim tenint dos trossos de ferro però més petits. Els vuelvemos a partir, una altra vegada ... Cada vegada tindrem més trossos més petits fins que arribarà un moment, en què si ho tornéssim a partir del que ens quedaria ja no seria ferro, seria un altre element de la taula periòdica. En aquest moment, podem dir que el que ens ha quedat és un àtom, un àtom de ferro.

Definició d'àtom

D'una manera més formal, definim àtom com la partícula més petita que un element pot ser dividit sense perdre les seves propietats químiques.

L'origen de la paraula àtom prové del grec, que significa indivisible. En el moment que es van batejar aquestes partícules es creia que efectivament no es podien dividir, encara que avui dia sabem que els àtoms estan formats per partícules encara més petites, repartides en les dues parts de l'àtom, les anomenades partícules subatòmiques.

Parts d'un àtom

Definició d'àtom

L'estructura d'un àtom resulta molt senzilla. Distingim dues parts d'un àtom: nucli i escorça.

El nucli és la part central de l'estructura de l'àtom. A la part del nucli es troben els protons (partícules amb càrrega positiva) i els neutrons (partícules sense càrrega elèctrica).

En l'escorça, la part exterior de l'àtom es troben els electrons (partícules amb càrrega elèctrica negativa).

Els protons, neutrons i electrons són les partícules subatòmiques que formen l'estructura de l'àtom. El que diferencia un àtom d'un altre és la relació que s'estableixen entre elles.

Els electrons, de càrrega negativa, són les partícules subatòmiques més lleugeres. Els protons, de càrrega positiva, pesen unes 1.836 vegades més que els electrons. Els neutrons, els únics que no tenen càrrega elèctrica, pesen aproximadament el mateix que els protons.

Els protons i neutrons es troben agrupats a la part central de l'àtom format el nucli atòmic. Per aquest motiu també se'ls anomena nucleons.

D'aquesta manera, la part central de l'àtom, el nucli atòmic, té una càrrega positiva en la qual es concentra gairebé tota la seva massa, mentre que en el escorç al voltant del nucli atòmic hi ha un cert nombre d'electrons, carregats negativament. La càrrega total del nucli atòmic (positiva) és igual a la càrrega negativa dels electrons, de manera que la càrrega elèctrica total de l'àtom sigui neutra.

Model de Bohr

Aquesta descripció dels electrons orbitant al voltant del nucli atòmic correspon al senzill model de Bohr. Segons la mecànica quàntica cada partícula té una funció d'ona que ocupa tot l'espai i els electrons no es troben localitzats en òrbites encara que la probabilitat de presència sigui més alta a una certa distància del nucli.

Propietats dels àtoms

Les unitats bàsiques de la química són els àtoms. Durant les reaccions químiques dels àtoms es conserven com a tals, no es creen ni es destrueixen, però s'organitzen de manera diferent creant enllaços diferents entre un àtom i un altre.

Els àtoms s'agrupen formant molècules i altres tipus de materials. Cada tipus de molècula és la combinació d'un cert nombre d'àtoms enllaçats entre ells d'una manera específica.

Segons la composició de cada àtom es diferencien els diferents elements químics representats en la taula periòdica dels elements químics. En aquesta taula podem trobar el nombre atòmic i el nombre màssic de cada element:

  • Nombre atòmic, es representa amb la lletra Z, indica la quantitat de protons que presenta un àtom, que és igual a la d'electrons. Tots els àtoms amb un mateix nombre de protons pertanyen al mateix element i tenen les mateixes propietats químiques. Per exemple tots els àtoms amb un protó seran d'hidrogen (Z = 1), tots els àtoms amb dos protons seran d'heli (Z = 2).
  • Nombre màssic, es representa amb la lletra A, i fa referència a la suma de protons i neutrons que conté l'element. Els isòtops són dos àtoms amb el mateix nombre de protons, però diferent nombre de neutrons. Els isòtops d'un mateix element, tenen unes propietats químiques i físiques molt semblants entre si.

Tabla periódica de los elementos. Características de los átomos.

Els àtoms i els seus isòtops

Passa que els àtoms d'un element no tenen tots el mateix nombre de neutrons en el nucli. Això es diu isòtop. Els isòtops tenen (gairebé) les mateixes propietats químiques, però altres propietats físiques. Es coneix més d'un isòtop de pràcticament tots els elements. A més, és possible produir nous àtoms amb reaccions nuclears, però sovint són inestables i pateixen un deteriorament radioactiu.

Els isòtops són molt importants en la indústria de l'energia nuclear ja que manipulant es poden generar variants ( isòtops) més inestables que afavoreixin les reaccions de fissió nuclear. L' enriquiment d'urani és, precisamiente, l'convertir un isòtop d'urani en un altre isòtop d'urani més inestable.

Història de la teoria atòmica

El concepte d'àtom és molt antic. Fins i tot Demokritos va suggerir que tot està fet d'àtoms i buit, i pel fet que no hi ha buit en els àtoms, són indivisibles, perquè només el buit pot separar les cançons entre si.

El concepte d'àtom en química va ser introduït per John Dalton a principis del segle XIX. Amb això, va explicar en particular la llei dels coeficients de pes múltiple. Aquesta llei diu que si dos elements formen més d'un compost, llavors les quantitats d'un element que poden coincidir amb la mateixa quantitat d'un altre element estan en una proporció sencera simple, generalment petita.

A principis del segle XIX, aquesta teoria i les reaccions químiques van permetre determinar molt de prop la relació entre les masses dels àtoms de diferents elements. No obstant això, encara no se sabia com de grans eren les seves masses en una fracció d'un gram, només es coneixien les seves masses relatives. Per tant, va ser necessari introduir una unitat especial de massa atòmica que es va definir inicialment com la massa de l'àtom d'hidrogen. (Avui dia es defineix com 1/12 de la massa de l'àtom de carboni-12).

Alhora, la termo-teoria i la teoria del gas cinètic estretament relacionada, que també requeria gas consistent en molècules, també es van desenvolupar ràpidament. Llei d'Avogadro, basada en la teoria del gas cinètic. També va resultar útil per a determinar les masses atòmiques d'elements gasosos.

No obstant això, al segle XIX, la teoria atòmica era de particular importància en la química orgànica. A través de diverses reaccions químiques, es van extreure conclusions de gran abast sobre l'estructura de les molècules orgàniques i l'ordre en què els àtoms se situen entre si. Quan molt més tard les estructures de les molècules orgàniques també podien estudiar-se amb raigs X, les conclusions fetes pels químics van demostrar ser correctes en la majoria dels casos.

La teoria atòmica va ser acceptada ràpidament pels científics, tot i que encara hi havia dubtes a la fi del segle XIX, per exemple Ernst Mach. Només els resultats de la radioactivitat i l'explicació del moviment d'Albert per Albert Einstein en 1905 finalment van resoldre la disputa i van permetre determinar la relació entre la unitat de massa atòmica i el gram.

Igual que la democràcia, Dalton i la comunitat científica molt després d'ell van mantenir l'àtom indivisible. No obstant això, l'estudi de l'electròlisi cap a la conclusió que l'àtom pot obtenir una càrrega elèctrica, és a dir, ionitzat, va conduir gradualment a la suposició que també hi ha partícules més petites carregades elèctricament.

Models atòmics

Fa poc més de 2.000 anys, el filòsof Plató va introduir els àtoms en diversos elements dels timios. Va combinar un polígon regular, l'anomenada peça platònica, en cada element clàssic: terra, aire, foc i aigua, de manera que la terra era equivalent a una galleda, un octàedre d'aire, un icosàedre d'aigua i un tetraedre de foc. Plató pensava que cada element estava format pels seus propis àtoms, com suposen les teories actuals.

Dels models atòmics actuals, basats en troballes científiques, el primer és el patró de bulb del cercador d'electrons Joseph Thomson. S'havia trobat que l'àtom era elèctricament neutre però estava format per partícules carregades de diferents marques. Segons la teoria clàssica, l'únic model atòmic permanent possible era un en què les partícules positives i negatives es distribueixen uniformement a l'àtom.

No obstant això, Ernest Rutherford va fer un experiment en què va bombardejar una prima làmina d'or amb partícules alfa. Per la seva gran sorpresa, va descobrir que una petita part de les partícules rebotava a través de les altres, com si la majoria de l'àtom estigués buit i només un petit nucli contenia tota la massa. Rutherford va acabar en un model de sistema solar on els electrons circulen un nucli positiu de la mateixa manera que els planetes del sol. No obstant això, el model atòmic de Rutherford no seria estable, segons la física clàssica, perquè els electrons en el moviment circular aviat irradiarían la seva energia.

Niels Bohr va resoldre el problema argumentant que els electrons fan circular el nucli només en certs camins estacionaris permanents. En el model de Bohr, els electrons només s'emeten quan es mouen d'una pista a una altra en absorbir o emetre un fotó. Les debilitats del model estan relacionades amb el fet que de cap manera explica aquest que fa.

Finalment, físics com Erwin Schrödinger van rebre la mecànica quàntica desenvolupada. El model atòmic en el qual els electrons formen núvols de probabilitat al voltant del nucli: mai se sap amb seguretat on està l'electró, però és com si s'estengués per l'espai. A causa de la complexitat i la racionalitat de la mecànica quàntica, els models simples de Rutherford i Bohr encara s'utilitzen en l'ensenyament, i la majoria de les persones encara pensa en els àtoms com petits sistemes solars. No obstant això, el model atòmic mecànic quàntic ha demostrat ser vàlid en molts experiments extrems. 

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 19 de abril de 2019