El nom "àtom" es tradueix del grec com "indivisible". Tot el que ens envolta (sòlids, líquids i aire) es construeix a partir de milers de milions d'aquestes partícules.
L'aparició de la versió sobre l'àtom
Els àtoms es van conèixer per primera vegada al segle V aC, quan el filòsof grec Demòcrit va suggerir que la matèria consisteix en moure partícules diminutes. Però llavors no va ser possible comprovar la versió de la seva existència. I encara que ningú va poder veure aquestes partícules, es va discutir la idea, perquè l'única manera que els científics podien explicar els processos que ocorren en el món real. Per tant, van creure en l'existència de micropartícules molt abans que poguessin demostrar aquest fet.
Només al segle XIX. van començar a analitzar-se com els components més petits dels elements químics, amb les propietats específiques dels àtoms: la capacitat d'entrar en compostos amb altres en una quantitat estrictament prescrita. A principis del segle XX, es creia que els àtoms eren les partícules de matèria més petites, fins que es va demostrar que estaven formats per unitats encara més petites.
De què està fet un element químic?
L'àtom d'un element químic és un bloc microscòpic de la matèria. El pes molecular de l'àtom s'ha convertit en la característica definitòria d'aquesta micropartícula. Només el descobriment de la llei periòdica de Mendeleiev va demostrar que els seus tipus són diverses formes d'una sola matèria. Són tan petits que no es poden veure amb microscopis normals, només els dispositius electrònics més potents. En comparació, un pèl d'una mà humana és un milió de vegades més ample.
L'estructura electrònica d'un àtom té un nucli, format per neutrons i protons, així com per electrons, que fan revolucions al voltant del centre en òrbites constants, com els planetes al voltant de les seves estrelles. Tots ells es mantenen units per la força electromagnètica, una de les quatre forces principals de l'univers. Els neutrons són partícules amb càrrega neutra, els protons amb càrrega positiva i els electrons amb càrrega negativa. Aquests últims se senten atrets pels protons carregats positivament, de manera que tendeixen a romandre en òrbita.
Estructura àtom
A la part central hi ha un nucli que omple la part mínima de tot l'àtom. Però els estudis mostren que gairebé tota la massa (99,9%) s'hi localitza. Cada àtom conté protons, neutrons i electrons. El nombre d'electrons en rotació és igual a la càrrega central positiva. Les partícules amb la mateixa càrrega nuclear Z, però diferent massa atòmica A i el nombre de neutrons del nucli N s'anomenen isòtops, i amb la mateixa A i diferents Z i N s'anomenen isòbares. L'electró és la partícula més petita de la matèria amb un negatiucàrrega elèctrica e=1,6 10-19 coulomb. La càrrega d'un ió determina el nombre d'electrons perduts o guanyats. El procés de metamorfosi d'un àtom neutre en un ió carregat s'anomena ionització.
Nova versió del model àtom
Els físics han descobert moltes altres partícules elementals fins ara. L'estructura electrònica de l'àtom té una nova versió.
Es creu que els protons i els neutrons, per petits que siguin, estan formats per les partícules més petites anomenades quarks. Constitueixen un nou model per a la construcció de l'àtom. Com que els científics solien recollir proves de l'existència del model anterior, avui estan intentant demostrar l'existència dels quarks.
RTM és el dispositiu del futur
Els científics moderns poden veure partícules atòmiques d'una substància en un monitor d'ordinador, així com moure-les per la superfície mitjançant una eina especial anomenada microscopi d'exploració de túnels (RTM).
Aquesta és una eina informàtica amb una punta que es mou molt suaument a prop de la superfície del material. A mesura que la punta es mou, els electrons es mouen a través del buit entre la punta i la superfície. Tot i que el material sembla perfectament llis, en realitat és desigual a nivell atòmic. L'ordinador fa un mapa de la superfície de la matèria, creant una imatge de les seves partícules, i així els científics poden veure les propietats de l'àtom.
Partícules radioactives
Ions carregats negativament circulen al voltant del nucli a una distància prou gran. L'estructura d'un àtom és tal que és sencerés realment neutre i no té càrrega elèctrica perquè totes les seves partícules (protons, neutrons, electrons) estan en equilibri.
Un àtom radioactiu és un element que es pot dividir fàcilment. El seu centre està format per molts protons i neutrons. L'única excepció és el diagrama de l'àtom d'hidrogen, que té un sol protó. El nucli està envoltat per un núvol d'electrons, és la seva atracció la que els fa girar al voltant del centre. Els protons amb la mateixa càrrega es repel·len mútuament.
Això no és un problema per a la majoria de partícules petites que en tenen diverses. Però alguns d'ells són inestables, especialment els grans com l'urani, que té 92 protons. De vegades, el seu centre no pot suportar aquesta càrrega. S'anomenen radioactius perquè emeten diverses partícules del seu nucli. Després que el nucli inestable s'ha desfet dels protons, els protons restants formen una nova filla. Pot ser estable en funció del nombre de protons del nou nucli, o es pot dividir més. Aquest procés continua fins que es manté un nucli secundari estable.
Propietats dels àtoms
Les propietats físiques i químiques d'un àtom canvien naturalment d'un element a un altre. Estan definits pels següents paràmetres principals.
Massa atòmica. Com que el lloc principal de les micropartícules l'ocupen protons i neutrons, la seva suma determina el nombre, que s'expressa en unitats de massa atòmica (amu) Fórmula: A=Z + N.
Radi atòmic. El radi depèn de la ubicació de l'element en el sistema de Mendeleiev, químicenllaços, nombre d'àtoms veïns i acció mecànica quàntica. El radi del nucli és cent mil vegades més petit que el radi del propi element. L'estructura d'un àtom pot perdre electrons i convertir-se en un ió positiu, o afegir electrons i convertir-se en un ió negatiu.
En el sistema periòdic de Mendeleiev, qualsevol element químic ocupa el lloc assignat. A la taula, la mida d'un àtom augmenta a mesura que es mou de d alt a baix i disminueix a mesura que es mou d'esquerra a dreta. A partir d'això, l'element més petit és l'heli i el més gran és el cesi.
València. La capa d'electrons exterior d'un àtom s'anomena capa de valència i els electrons que hi ha han rebut el nom corresponent: electrons de valència. El seu nombre determina com un àtom està connectat amb els altres mitjançant un enllaç químic. Mitjançant el mètode de creació de l'última micropartícula, intenten omplir les seves closques de valència exteriors.
La gravetat, l'atracció és la força que manté els planetes en òrbita, perquè els objectes alliberats de les mans cauen a terra. Una persona nota més la gravetat, però l'acció electromagnètica és moltes vegades més potent. La força que atrau (o repel·leix) les partícules carregades en un àtom és 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 vegades més potent que la gravetat en ell. Però hi ha una força encara més forta al centre del nucli que pot mantenir junts protons i neutrons.
Les reaccions als nuclis creen energia com en els reactors nuclears on els àtoms es divideixen. Com més pesat és l'element, més partícules es construeixen els seus àtoms. Si sumem el nombre total de protons i neutrons d'un element, ho descobrimmassa. Per exemple, l'urani, l'element més pesat que es troba a la natura, té una massa atòmica de 235 o 238.
Divisió d'un àtom en nivells
Els nivells d'energia d'un àtom són la mida de l'espai al voltant del nucli, on l'electró està en moviment. Hi ha 7 orbitals en total, corresponents al nombre de períodes de la taula periòdica. Com més lluny és la ubicació de l'electró del nucli, més important és la reserva d'energia. El número de període indica el nombre d'orbitals atòmics al voltant del seu nucli. Per exemple, el potassi és un element del 4t període, el que significa que té 4 nivells d'energia de l'àtom. El nombre d'un element químic correspon a la seva càrrega i al nombre d'electrons al voltant del nucli.
L'àtom és una font d'energia
Probablement la fórmula científica més famosa va ser descoberta pel físic alemany Einstein. Ella afirma que la massa no és més que una forma d'energia. A partir d'aquesta teoria, és possible convertir la matèria en energia i calcular mitjançant la fórmula quant se'n pot obtenir. El primer resultat pràctic d'aquesta transformació van ser les bombes atòmiques, que es van provar primer al desert de Los Alamos (EUA), i després van explotar sobre ciutats japoneses. I encara que només una setena part de l'explosiu es va convertir en energia, el poder destructiu de la bomba atòmica va ser terrible.
Per tal que el nucli alliberi la seva energia, s'ha de col·lapsar. Per dividir-lo, cal actuar amb un neutró de l'exterior. Aleshores, el nucli es divideix en dos altres més lleugers, alhora que proporciona una gran alliberació d'energia. La desintegració condueix a l'alliberament d' altres neutrons,i continuen dividint altres nuclis. El procés es converteix en una reacció en cadena, que resulta en una gran quantitat d'energia.
Pros i contres d'utilitzar la reacció nuclear en els nostres temps
La força destructiva, que s'allibera durant la transformació de la matèria, la humanitat intenta domar a les centrals nuclears. Aquí, la reacció nuclear no té lloc en forma d'explosió, sinó com un alliberament gradual de calor.
La producció d'energia atòmica té els seus pros i contres. Segons els científics, per mantenir la nostra civilització a un alt nivell, cal utilitzar aquesta enorme font d'energia. Però també cal tenir en compte que fins i tot els desenvolupaments més moderns no poden garantir la seguretat total de les centrals nuclears. A més, els residus radioactius produïts durant la producció d'energia, si s'emmagatzemen de manera inadequada, poden afectar els nostres descendents durant desenes de milers d'anys.
Després de l'accident de la central nuclear de Txernòbil, cada cop més gent considera que la producció d'energia nuclear és molt perillosa per a la humanitat. L'única central elèctrica segura d'aquest tipus és el Sol amb la seva enorme energia nuclear. Els científics estan desenvolupant tot tipus de models de cèl·lules solars i, potser, en un futur proper, la humanitat serà capaç de proporcionar-se energia atòmica segura.
