Un àtom és la unitat de partícules més petites existent com a substància simple, podent intervenir en una combinació química. Al llarg dels segles, els coneixements limitats que es tenien sobre l'àtom, només van ser objecte de conjectures i suposicions, de manera que no es van poder obtenir dades concretes sinó fins molts anys després. Als segles XVIII i XIX, el científic anglès John Dalton va suggerir l'existència dels àtoms com una unitat extremadament petita, de la qual estaria composta tota la matèria, i els va assignar massa i els va representar com esferes massisses i indivisibles.
Què és un àtom
Taula de Continguts
És la unitat mínima de la matèria, del que es componen els sòlids, líquids i gasos. Els àtoms s'agrupen, podent ser de el mateix tipus o diferents, per formar molècules, les quals, al seu torn constitueix la matèria de la qual estan compostos els cossos que existeixen. No obstant això, científics han determinat que tot just un 5% de la matèria existent en l'univers està constituïda per àtoms, ja que la matèria fosca (que ocupa més de l'20% de l'univers) està composta de partícules desconegudes, així com l'energia fosca (que ocupa un 70%).
El seu nom prové de el llatí atomus, que significa "indivisible", i els que li van atorgar aquesta terminologia van ser els filòsofs grecs Demòcrit (460-370 aC) i Epicur (341-270 aC).
Aquests filòsofs, els que sense haver experimentat, en la recerca d'una resposta davant la interrogant de què estem compostos i l'explicació de la realitat, van concloure que era impossible dividir la matèria infinitament, que havia d'existir un "límit", el que significava que es hauria arribat a l' límit mínim del que estan compostes totes les coses. A aquest "límit", el van anomenar àtom, ja que aquesta partícula mínima ja no podia ser dividida i d'això estaria compost l'univers, cal afegir que encara es conserva aquest concepte en l'actualitat quan es parla de què és un àtom.
Està conformat per un nucli, on hi ha a l'almenys un protó i igual quantitat de neutrons (a la unió se li denomina "nucleó), i a l'almenys un 99,94% de la seva massa es troba en aquest nucli. El restant 0,06% el constitueixen els electrons que orbiten el nucli. Si la quantitat d'electrons i protons és la mateixa, l'àtom és elèctricament neutre; si té més electrons que protons, la seva càrrega serà negativa i se li determina com anió; i si la quantitat de protons supera els electrons, la seva càrrega serà positiva, i anomenat catió.
La seva grandària és tan petit (d'aproximadament la deu mil milionèsima part d'un metre) que si es dividís un objecte una quantitat considerable de vegades, ja no quedaria res de l'material de què estava compost, sinó que quedarien els àtoms dels elements que, en combinació, el formaven, i aquests són pràcticament invisibles. No obstant això, no tots els tipus d'àtoms tenen la mateixa forma i mida, ja que dependrà de diversos factors.
Elements d'un àtom
Els àtoms tenen altres components que els conformen anomenats partícules subatòmiques, les quals, no poden existir independentment, llevat que sigui sota unes condicions i controlades. Aquestes partícules són: electrons, que tenen càrrega negativa; protons, que tenen càrrega positiva; i neutrons, la càrrega és igual, el que els fa neutres elèctricament. Els protons i neutrons es troben al nucli (al centre) de l'àtom, formant el que es coneix com nucleó, i els electrons orbiten el nucli.
protons
Aquesta partícula es troba en el nucli de l'àtom, formant part dels nucleons, i la seva càrrega és positiva. Aporten prop de el 50% de la massa de l'àtom, i la seva massa és equivalent a 1836 vegades la d'un electró. No obstant això, presenten una lleugera quantitat menor de massa que els neutrons. El protó no és una partícula elemental, ja que està compost per tres quarks (que és un tipus de fermió, una de les dues partícules elementals existents).
La quantitat de protons en un àtom és determinant per definir el tipus d'element. Per exemple, l'àtom de carboni té sis protons, mentre que un àtom d'hidrogen té un únic protó.
electrons
Són les partícules negatives que es troben orbitant el nucli de l'àtom. La seva massa és tan ínfima que es considera descartable. Normalment, la quantitat d'electrons en un àtom és la mateixa dels protons, per la qual cosa ambdues càrregues es cancel·len les unes amb les altres.
Els electrons de diferents àtoms queden enllaçats per la força de Coulomb (electrostàtica), i a l'compartir i intercanviar-se d'un àtom a un altre, causa els enllaços químics. Hi ha electrons que poden estar lliures, sense estar units a algun àtom; i els que estan enllaçats a un, poden tenir òrbites de diferents mides (a major ràdio orbital, més l'energia continguda en ell).
L'electró és una partícula elemental, ja que és un tipus de fermió (leptons), i no el constitueix cap altre element.
neutrons
És la partícula subatòmica neutra de l'àtom, és a dir, que presenta la mateixa quantitat de càrrega positiva i negativa. La seva massa és lleugerament superior a la dels protons, amb els quals conforma el nucli de l'àtom.
A l'igual que els protons, els neutrons estan compostos per tres quarks: dos descendents o down amb càrrega -1/3 i un ascendent o up amb càrrega +2/3, resultant una càrrega total de zero, la qual cosa li dóna neutralitat. Un neutró per si sol no pot existir fora de l'nucli, ja que la seva mitjana de vida fora d'aquest, és d'uns 15 minuts.
La quantitat de neutrons en un àtom, no determina la naturalesa d'aquest, llevat que es tracti d'un isòtop.
isòtops
Són un tipus d'àtoms, la composició nuclear no és equitativa; és a dir, que presenta la mateixa quantitat de protons però diferent quantitat de neutrons. En aquest cas, els àtoms que conformen un mateix element seran diferents, diferenciats pel nombre de neutrons que continguin.
Hi ha dos tipus d'isòtops:
- Naturals, que es troben en la naturalesa, com el cas de l'àtom d'hidrogen, que té tres (protio, deuteri i triti); o l'àtom de carboni, que també té tres (carboni-12, carboni-13 i carboni-14, cada un amb utilitats diferents).
- Artificials, que es produeixen en ambients controlats, en els quals es bombardegen partícules subatòmiques, sent inestables i radioactius.
Hi isòtops estables, però aquesta estabilitat és relativa, ja que, encara que de la mateixa manera són radioactius, el seu període de desintegració és extens comparat a l'existència de l'planeta.
Com es defineixen els elements d'un àtom
Un àtom estarà diferenciat o definit per diversos factors, a saber:
- Quantitat de protons: la variació en aquest número, pot resultar en un altre element diferent, ja que determina a quin element químic pertany.
- Quantitat de neutrons: especifica l'isòtop de l'element.
La força amb què els protons atrauen els electrons, és la electromagnètica; mentre que la que atrau els protons i neutrons és la nuclear, la intensitat és major a la primera, que repel·leix als protons carregats positivament entre si.
Si en un àtom la quantitat de protons és elevada, la força electromagnètica que els repel·leix es tornarà més fort que la nuclear, hi ha la probabilitat que els nucleons siguin expulsats de l'nucli, produint la desintegració nuclear, o el que també se li coneix com radioactivitat; per després resultar en transmutació nuclear, que és la conversió d'un element en un altre (alquímia).
Què és un model atòmic
És un esquema que ajuda a definir què és un àtom, la seva composició, la seva distribució i les característiques que presenta. Des del naixement de el terme, s'han desenvolupat diferents models atòmics, que van permetre comprendre millor l'estructuració de la matèria.
Els models atòmics més representatius són:
Model atòmic de Bohr
El físic danès Niels Bohr (1885-1962), després estudis amb el seu professor, el químic i també físic Ernest Rutherford, es va inspirar en el model d'aquest últim per exposar el seu, prenent com a guia el àtom d'hidrogen.
El model atòmic de Bohr consisteix en una mena de sistema planetari, en què el nucli és al centre i els electrons es mouen al voltant de la mateixa a manera de planetes, en òrbites estables i circulars, on la més gran guarda major energia. Inclou en el mateix l'absorció i emissió de gasos, la teoria de la quantització de Max Planck i l'efecte fotoelèctric de
Albert Einstein
Els electrons poden saltar d'una òrbita a una altra: si va des d'una de menor a una altra de major energia, s'incrementarà un quant o cuantio d'energia per cada òrbita que abast; succeint el contrari quan va de més a menys energia, on no només decreix la mateixa, sinó que la perd en forma de radiació com a llum (fotó).
No obstant això, el model atòmic de Bohr va tenir falles, ja que no va ser aplicable per a un altre tipus d'àtoms.
Model atòmic de Dalton
John Dalton (1766-1844), matemàtic i químic, va ser pioner en la publicació d'un model atòmic amb basament científic, en què va exposar que els àtoms eren similars a les boles de billar, és a dir, esfèriques.
El model atòmic de Dalton estableix en el seu plantejament (a què va denominar "teoria atòmica") que els àtoms no poden dividir-se. També estableix que els àtoms d'un mateix element són de qualitats idèntiques, inclòs el seu pes i massa; que tot i que puguin ser combinats, romanen indivisibles amb relacions senzilles; i que poden combinar en proporcions diferents amb un altre tipus d'àtoms per crear diversos compostos (unió de dos o més tipus d'àtoms).
Aquest model atòmic de Dalton va ser inconsistent, a causa que no explicava la presència de les partícules subatòmiques, ja que es desconeixia la presència de l'electró i el protó. Tampoc va poder explicar els fenòmens de radioactivitat ni el corrent d'electrons (raigs catòdics); a més, no té en compte els isòtops (àtoms d'el mateix element amb diferent massa).
Model atòmic de Rutherford
Plantejat pel físic i químic Ernest Rutherford (1871-1937), aquest model és una analogia a el sistema solar. El model atòmic de Rutherford estableix que el major percentatge de la massa de l'àtom i la seva part positiva, es troben en el seu nucli (centre); i la part negativa o electrons, giren al voltant de la mateixa en òrbites el·líptiques o circulars, existint buit entre aquests. Així, es va convertir en el primer model a separar l'àtom a nucli i escorça.
El físic va realitzar experiments, en els quals va calcular l'angle de dispersió de les partícules a l'chocarlos contra una làmina d'or, i va notar que algunes rebotaven en angles incongruents, amb el que va concloure que el seu nucli havia de ser petit però de gran densitat. Gràcies a Rutherford, que va ser estudiant de JJ Thomson, es va tenir a més la primera noció sobre la presència de neutrons. Un altre assoliment va ser el plantejament d'interrogants sobre com les càrregues positives en el nucli podien romandre juntes en un volum tan petit, la qual cosa més tard va portar a la descoberta d'un de les interaccions fonamentals: la força nuclear forta.
El model atòmic de Rutherford va presentar incoherències, ja que contradeia les lleis de Maxwell sobre electromagnetisme; i tampoc explicava els fenòmens de radiació d'energia en la transició d'un electró d'un estat d'alta a baixa energia.
Model atòmic de Thomson
Va ser exposat pel científic i guanyador de el Premi Nobel de Física en 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). El model atòmic de Thomson descriu a l'àtom com una massa esfèrica de càrrega positiva amb electrons inserits en ella, com un budín de panses. La quantitat d'electrons en aquest model eren els suficients per neutralitzar la càrrega positiva, i la distribució de la massa positiva i electrons era aleatòria.
Va experimentar amb raigs catòdics: en un tub de buit va passar raigs de corrent amb dues plaques, produint un camp elèctric que els desviava. Així va determinar que l'electricitat estava composta d'una altra partícula; descobrint l'existència dels electrons.
No obstant això, el model atòmic de Thomson va ser breu, ja que mai va tenir acceptació acadèmica. La seva descripció sobre l'estructura interna de l'àtom era incorrecta, així com la distribució de les càrregues, no prenia en compte l'existència de neutrons i no es coneixia sobre els protons. Tampoc explica la regularitat de la Taula Periòdica dels Elements.
Malgrat això, els seus estudis van servir de base per descobriments posteriors, ja que a partir d'aquest model, es va conèixer sobre l'existència de partícules subatòmiques.
massa atòmica
Representada amb la lletra A, se li denomina massa atòmica a la massa total dels protons i neutrons continguts en un àtom, sense tenir en compte els electrons, ja que la seva massa és tan petita que pot ser descartable.
Els isòtops, són variacions d'àtoms d'un mateix element amb la mateixa quantitat de protons, però diferent nombre de neutrons, pel que la seva massa atòmica serà diferent tot i que siguin molt similars.
nombre atòmic
Es representa amb la lletra Z, i es refereix a la quantitat de protons continguts en un àtom, que és el mateix nombre d'electrons en el mateix. La Taula Periòdica dels Elements de Mendeléiev de 1869, es troba ordenada de menor a major d'acord a el nombre atòmic.
