Àtom
De Viquipèdia
| Àtom | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
 |
||||||
| Esquema d'un àtom d'heli (no escala) Mostrant el nucli, amb dos protons (vermells) i dos neutrons (verd) i una òrbita de probabilitat (cercle) d'on trobar els dos electrons (groc). |
||||||
| Classificació | ||||||
|
||||||
| Propietats | ||||||
|
Un àtom és la part més petita que forma part d'un sistema químic. És la mínima quantitat d'un element químic que presenta les mateixes propietats de l'element. Tot i que la paraula àtom deriva del grec atomos, que vol dir indivisible, els àtoms estan formats per partícules encara més petites, les partícules subatòmiques.
En general, els àtoms estan composats per tres tipus de partícules subatòmiques. La relació entre aquestes són les que confereixen a un àtom les seves característiques:
- Electrons, tenen càrrega negativa i són les més lleugeres.
- Protons, tenen càrrega positiva i són unes 1836 vegades més pesades que els electrons.
- Neutrons, no tenen càrrega elèctrica i pesen aproximadament el mateix que els protons.
Als protons i neutrons, se'ls anomena nucleons, ja que es troben agrupats al centre de l'àtom, formant el nucli atòmic, que és la part més pesada de l'àtom. Orbitant al voltant d'aquest nucli, s'hi troben els electrons.
Aquesta descripció dels electrons orbitant al voltant d'un nucli 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.
Taula de continguts |
[edita] Propietats
Els àtoms són les unitats bàsiques de la química, i es conserven durant les reaccions químiques, durant les quals els àtoms es reorganitzen, canviant els enllaços entre ells, però no es creen ni es destrueixen. Els àtoms s'agrupen formant molècules i altres tipus de materials. Cada tipus de molècula és la combinació d'un cert nombre d'àtoms disposats d'una manera concreta. Per exemple la molècula d'aigua (H2O) conté dos àtoms d'hidrogen enllaçats a un d'oxigen, i la molècula de metà (CH4) conté sempre quatre àtoms d'hidrogen, units a un de carboni.
A la taula periodica:
- 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 número 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), i així successivament.
- Nombre màssic, es representa amb la lletra A, i fa referència a la suma de protons i neutrons que conté l'element. Dos àtoms amb el mateix número de protons, però diferent nombre de neutrons, direm que són isòtops. Els isòtops d'un mateix element, tenen unes propietats químiques i físiques molt semblants entre si. Per exemple, el proti és l'isòtop més abundant de l'hidrogen amb un sol protó (Z=1, A=1) i el deuteri és l'isòtop de l'hidrogen amb un protó i un neutró (Z=1, A=2).
Els àtoms neutres, tenen el mateix nombre de protons que d'electrons. Així l'hidrogen (H) té un protó i un electró, i l'oxigen (O) té vuit protons i vuit electrons. Quan arrenquem un o més electrons d'un àtom es forma un ió positiu, o catió, per exemple al arrencar un electró de l'hidrogen es forma H+. Quan es dóna el procés invers, i un àtom adquireix electrons, es forma un ió negatiu o anió, per exemple quan un àtom d'oxigen captura dos electrons es forma l'anió O2-.
[edita] Història
El concepte d'àtom ja va ser proposat per filòsofs grecs com Demòcrit i Leucip i els epicuris. Demòcrit, deixeble de Leucip, va encunyar el terme ἄτομος (atomos) vers l'any 450 aC amb el significat d'indivisible, però aquests conceptes d'atom no eren més que idees abstractes, raonaments filosòfics sense cap mena de suport experimental o empíric. Tanmateix aquest concepte filosòfic seria oblidat durant molts segles.
El 1661 Robert Boyle va publicar The Sceptical Chymist on defensava que la matèria era composada per diferents partícules de diferents tipus i mides, en comptes dels tradicionals elements clàssics d'aire, terra, foc i aigua. Boyle va avançar en la diferenciació entre compost i mescla i en l'anàlisi dels seus components però no va anar més enllà de la conjectura pel que respecta a les partícules. El 1789 Antoine Lavoisier va definir el terme element com a la substància bàsica que no pot ser dividida amb els mètodes de la química.
El 1803 John Dalton va utilitzar el concepte d'àtom per explicar perquè els elements sempre reaccionen en una proporció entera, la llei de les proporcions múltiples o de Dalton, i perquè uns gasos es dissolien en aigua millor que no pas d'altres. Dalton va proposar la idea de que els elements eren formats per àtoms d'un mateix tipus i aquests àtoms podien unir-se per formar compostos químics. La teoria atòmica de Dalton va ser la primera des de les teories filosòfiques de l'antiguitat.
El 1827 quan el botànic Robert Brown va descobrir amb l'ajut del microscopi el moviment irregular i aleatori que segueixen les partícules immerses en un fluid, aquest moviment brownià no seria explicat matemàticament fins el 1905 per Albert Einstein basant-se en la teoria atòmica. Basant-se en el treball d'Einstein, el físic francès Jean Baptiste Perrin va calcular de manera experimental la massa i les dimensions dels àtoms.
El 1879 el físic anglès Joseph John Thomson va descobrir l'electró i la seva natura subatòmica mentre treballava amb els raigs catòdics, trencant amb la idea de la indivisibilitat de l'àtom. Thomson pensava que els electrons eren distribuïts de manera aleatòria dins de la matèria de l'àtom que era carregada positivament, de manera que la seva càrrega negativa compensaven la càrrega positiva. Era el model atòmic de Thomson que va ser proposat el 1904, abans de la descoberta del nucli atòmic.
El 1909 Hans Geiger y Ernest Marsden treballaven sota la direcció d'Ernest Rutherford bombardejant làmines de metall amb partícules alfa i beta, en bombardejar una làmina d'or van observar que un petit percentatge eren desviades amb angles molt més grans dels predits utilitzant el model atòmic proposat per Thomson [1]. Rutherford va interpretar que l'experiment de la làmina d'or suggeria que la càrrega positiva de l'àtom i la major part de la seva massa era concentrada a un nucli al centre de l'àtom, amb els electrons orbitant al seu voltant. Aquest seria el model atòmic de Rutherford que va ser proposat el 1911.
El 1913, treballant sobre la desintegració radioactiva Frederick Soddy el químic anglès Frederick Soddy es va adonar de que semblava que havia més d'un tipus d'àtom per a cada posició de la taula periòdica. Margaret Todd li va suggerir el nom d'isòtop per als diferents tipus d'àtom que són del mateix element. Thomson va crear un tècnica per a separar els diferents isòtops mentre treballava amb gasos ionitzats, que portaria al descobriment dels isòtops estables.
També el 1913, el físic danès Niels Bohr va revisar el model atòmic de Rutherford suggerint que els electrons eren confinats dins d'unes òrbites clarament definides, quantitzades, entre les que podien saltar, però no podien ocupar situacions intermèdies. En el model atòmic de Bohr un electró pot absorbir o emetre una quantitat específica d'energia per a moure's entre òrbites fixes. Quan la llum procedent d'un material escalfat passa a través d'un prisma produeix un espectre de colors, l'aparició de línies espectrals fixes va ser explicada a través de les transicions orbitals dels electrons.
L'enllaç químic entre els àtoms va ser explicat el 1916 per Gilbert Newton Lewis com les interaccions entre els electrons que en formaven part[2]. Com les propietats químiques dels elements es repeteixen segons la llei periòdica descoberta per Mendeléiev, el 1919 el químic estatunidenc Irving Langmuir va suggerir que això es posia explicar si els electrons dels àtoms eren agrupats d'alguna manera. Es va pensar que grups d'electrons ocuparien un conjunt de diferents capes entorn del nucli atòmic[3].
El 1922 l'experiment de Stern-Gerlach va aportar noves evidències de la natura quàntica de l'àtom. Quan un eixam d'àtoms de plata passa a través d'un camp magnètic no uniforme de direcció vertical l'eixam es divideix en dos. El que s'esperaria segons el model clàssic seria que els electrons no fossin afectats pel camp magnètic descrivint una trajectòria rectilínia, però van ser separats en dues parts en funció de l'orientació de l'espín. En el cas de la plata l'espín és 1/2 i no pot prendre més que dos valors discrets +1/2 i -1/2, d'aquí la separació en dues parts[4].
El 1926 Erwin Schrödinger basant-se en la proposta de Louis-Victor de Broglie d'associar les partícules a ones va desenvolupar un model matemàtic de l'àtom que descrivia els electrons com a ones tridimensionals en comptes de partícules puntuals. Una conseqüència d'utilitzar formes d'ona per a descriure els electrons com a ones és que és matemàticament impossible d'obtenir valors exactes per a la posició i el moment al mateix temps, això va ser conegut com a principi d'incertesa i va ser formulat el 1926 per Werner Heisenberg.
Segons aquest concepte, per a cada mesura de la posició només es pot obtenir un interval de possibles valors de la quantitat de moviment i a la inversa. Malgrat que aquest model és difícil de visualitzar, va poder explicar observacions del comportament de l'àtom que els models precedents no havien pogut, com ara algunes qüestions estructurals o certes línies espectrals d'àtoms més grans que el d'hidrogen. Per tant, el model planetari de l'àtom va ser descartat en favor d'un altre que descrivia zones orbitals al voltant del nucli on era més probable de trobar un electró donat[5][6].
[edita] Referències
- ↑ The Scattering of a and b Particles by Matter and the Structure of the Atom E. Rutherford, 1911
- ↑ Lewis, Gilbert N.. «The Atom and the Molecule». Journal of the American Chemical Society, vol. 38, 4, pàg. 762–786.
- ↑ Langmuir, Irving. «The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules». Journal of the American Chemical Society, vol. 41, 6, pàg. 868–934 [Consulta: 01-09-2008].
- ↑ Scully, Marlan O.; Lamb Jr., Willis E.; Barut, Asim. «On the theory of the Stern-Gerlach apparatus». Foundations of Physics, vol. 17, 6, pàg. 575–583.
- ↑ Brown, Kevin. «The Hydrogen Atom». MathPages, 2007. [Consulta: 31-05-2009].
- ↑ Harrison, David M.. «The Development of Quantum Mechanics». University of Toronto, Març 2000. [Consulta: 31-05-2009].
[edita] Vegeu també
- Forces fonamentals
- Massa atòmica
- Nucleosíntesi
- Nucli atòmic
- Orbital atòmic
- Principi d'incertesa de Heisenberg
- Reacció química
- Reacció nuclear
