Teoria atòmica

En física i en química la teoria atòmica o model atòmic és una teoria sobre la natura de la matèria que estableix que la matèria és composta per unitats discretes anomenades àtoms, concepte oposat a la possibilitat que la matèria pugui ser dividida indefinidament en parts més petites. La teoria atòmica va començar essent un concepte filosòfic a l'antiga Grècia i a l'Índia i va arribar al camp de la ciència vers el segle xix quan els descobriments en el camp de la química van mostrar que la matèria era formada per partícules.

Teories filosòfiques

En l'actualitat, la idea que la matèria és constituïda per unes partícules anomenades àtoms està ben consolidada científicament i, probablement, és un dels conceptes científics més coneguts. Tanmateix, el camí per acceptar l'existència dels àtoms ha estat força llarg i controvertit. Alguns filòsofs grecs (segle v aC) creien que tot estava format per la combinació d'unes poques substàncies simples que no podien descompondre's en altres de més senzilles. Aquests elements eren quatre: aigua, aire, foc i terra. En aquest mateix segle, va aparèixer la primera hipòtesi atòmica enunciada pels filòsofs grecs Leucip i Demòcrit (atomisme). Aquesta hipòtesi deia que la matèria era formada per unes partícules molt petites i indivisibles, els àtoms. Els àtoms eren les partícules més petites en què es podria dividir la matèria.

Teories científiques

John Dalton el 1808 va descriure en el llibre A New System of Chemical Philosophy la teoria atòmica que diu que tota la matèria està formada per àtoms, que són els components més petits de la matèria que no es poden descompondre sense perdre les propietats químiques i físiques bàsiques d’aquesta matèria. Un cop acceptada la teoria atòmica, els científics es van proposar determinar el nombre d'elements químics. No obstant això, a la pràctica no va ser tan fàcil. Si no podem descompondre una substància pura, pot passar que es tracti d'un element, però també és possible que sigui un compost al qual no hem aplicat el mètode adequat. Llavors amb l'electròlisi apareixen noves idees sobre que els àtoms no podien ser esferes massisses de matèria, sinó que havien de tenir una estructura interna de naturalesa elèctrica. Aquí apareixen tots el models atòmics.

Quasi un segle després, els nous avanços en física atòmica permetrien J. J. Thomson descobrir l'electró (1894) i idear el model atòmic de Thomson (1904). El model de Thomson afirmava que els àtoms eren una esfera amb càrrega positiva amb partícules més menudes elèctricament negatives, conferint-li una càrrega neutra.

El 1906, Ernest Rutherford va idear un experiment, segons el qual les partícules alfa travessarien els àtoms d'una làmina d'or. Els resultats mostraren que algunes partícules es desviaven o, fins i tot, tornaven enrere. És a partir d'aquest experiment que Rutherford formularia el model atòmic de Rutherford.

No obstant això, el model encara presentava algunes inconsistències, com que els electrons devien caure cap al nucli, o que devia emetre energia de forma contínua. És arran d'aquests fets que Niels Bohr va idear altre model: el model atòmic de Bohr. Aquest model postula que els electrons, mitjançant la quantització d'energia, es troben a determinades òrbites circulars segons la seua energia, donant solució així als problemes presentats pel model de Rutherford. Tres anys més tard, Arnold Sommerfeld va perfeccionar el model de Bohr, introduint els conceptes d'òrbites el·líptiques i velocitats relativistes per als electrons. S'ideava així el model atòmic de Sommerfeld.

Finalment, en 1926, Erwin Schrödinger va idear el seu propi model atòmic, emprant per primera vegada els principis generals de la mecànica quàntica a nivell atòmic. Durant els anys posteriors, el model va ser reformulat per tal de perfeccionar-lo mitjançant l'equació de Pauli-Shrödinger, l'equació de Dirac o l'electrodinàmica quàntica. Aquest és el model més complet respecte a la teoria de l'àtom.