1.1 L'àtom
Classificació de la matèria Activitats
1.1 El concepte d’àtom de Demòcrit. Activitats
Els primers que van preguntar-se com estava feta la matèria van ser els grecs i la primera idea d'àtom la tenim d'un grec,
Demòcrit (460 -370 a.C.):
La matèria no es pot dividir indefinidament
La matèria està formada per àtoms (no divisible).
Hi ha 4 tipus d'elements (terra, aigua, aire i foc)
Els àtoms són molt petits, durs i impenetrables.
Video introductori de la visió històrica de l'àtom a càrrec de Cantinflas
1.2 La teoria atòmica de Dalton. Enllaç
La teoria es basa en l'experimentació. A partir dels experiments, junt amb Lavoisier i Proust formula les lleis clàssiques de la química.
En Dalton estableix un model que explica com està feta la matèria
Fonaments:
La matèria està formada per partícules molt petites i indivisibles anomenades àtoms.
Els elements estan formats per àtoms iguals en massa i totes les altres propietats.
Hi ha molts tipus d'elements (més dells 4 que deien els grecs)
Els àtoms d'elements diferents tenen massa i propietats diferents.
Els compostos es formen per unió d'àtoms en relació numèrica senzilla
Descripció:
Partícules esfèriques.
Elements diferents formats per àtoms de mida i massa diferent.
1.3 Models atòmics
El model atòmic de Thompson (1904):
Fonaments:
Àtom no és indivisible.
L'àtom està format almenys per matèria carregada positivament i partícules de càrrega negativa, els electrons (descoberts en 1897 per en Thomson, els raigs catòdics).
Descripció:
Àtom format per un conjunt d'electrons incrustats en una massa esfèrica uniforme de càrrega positiva.
El conjunt és neutre, els electrons incrustats tenen càrrega que neutralitza l'àtom.
Àtom format per un conjunt d'electrons incrustats en una massa esfèrica uniforme de càrrega positiva.
El conjunt és neutre, els electrons incrustats tenen càrrega que neutralitza l'àtom.
La teoria explica:
L’existència d’ions.
La naturalesa elèctrica de la matèria.
El model atòmic de Rutherford (1911):
En 1910 quan els físics van començar a aprofundir en l'estudi de l'àtom es van adonar que tot era diferent del que s'havien pogut imaginar. Els físics no podien veure àtoms i per determinar l'estructura es basaven en el seu comportament quan se li feien coses, com bombardejar-lo amb partícules. Els resultats dels experiments de vegades eren desconcertants i no sabien com interpretar-los.
L’experiència de Rutherford: Va descobrir el nucli atòmic.
Rutherford va bombardejar un làmina d'or amb partícules a (He2+).
La majoria de les partícules travessaven la làmina sense desviar-se.
Algunes partícules van travessar la làmina desviant-se considerablement de llur trajectòria (0,1%)
Molt poques partícules van rebotar contra la làmina i no la van travessar (1 de cada 20000)
L'àtom no podia ser massís.
Descripció:
La major part de la massa i tota la càrrega positiva es concentren en el nucli.
L'àtom, molt més gran que el nucli, inclou l'escorça electrònica, que és la regió on els electrons fan òrbites circulars al voltant del nucli.
El model atòmic de Bohr (1913)
En Bohr, un físic danès, ser deixeble d’en Rutherford, proposa un model que explica les contradiccions entre el model de Rutherford i els experiments.
Descripció:
L'electró es mou fent òrbites circulars al voltant del nucli.
Cadascuna de les òrbites es correspon amb nivell d'energia dels electrons. L’energia dels nivells electrònics és més gran quan més allunyats estiguin del nucli.
S’assigna un nombre a cada nivell segons la proximitat al nucli (n=1, 2, 3, ... ).
En cada nivell hi cap un nombre màxim d’electrons: 2n2:
Un electró per passar a un nivell d’energia superior necessita absorbir energia.
Un electró per passar a un nivell d’energia inferior necessita emet energia, en forma de radiació.
Només s'absorbeix o s'emet energia quan un electró passa d'un nivell d'energia a un altre.
Simulació: Transicions d'energia i emissions
Simulació: Com funciona un fluorescent
Simulació: Espectres dels elements
Les partícules subatòmiques:
L’àtom no és una bola massisa i indivisible. Els àtoms estan composats per tres tipus de partícules subatòmiques.
La relació entre aquestes són les que confereixen a un àtom les seves característiques:
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.
Model actual:
En cada àtom hi ha tres tipus de partícules elementals: protons, electrons,i neutrons.
En l'àtom distingim dues parts: el nucli i l'escorça electrònica:
El nucli atòmic és la part central d'un àtom, on es concentra aproximadament el 99.99% de la massa total i té càrrega positiva. Està format per partícules amb càrrega positiva, els protons, i partícules que no posseeixen càrrega elèctrica, és a dir són neutres, els neutrons (denominats nucleons) que es mantenen units per mitjà de la interacció nuclear forta.
L'escorça electrònica és la part exterior de l'àtom. En ella es troben els electrons, amb càrrega negativa. Aquests, ordenats en diferents nivells, giren al voltant del nucli. Els àtoms són elèctricament neutres, degut al fet que tenen igual nombre de protons que d'electrons.
La imatge que tenim del àtom, és la d'un electró o dos volant al voltant d'un nucli com planetes al voltant del sol. De fet els electrons no s'assembles res a planetes orbitant, sinó més aviat a les aspes d'un ventilador que gira aconseguint d'emplenar simultàniament cada tros d'espai de les seves òrbites, però amb la diferència fonamental que les aspes del ventilador només sembles estar i els electrons hi són.
La imatge que tenim del àtom, és la d'un electró o dos volant al voltant d'un nucli com planetes al voltant del sol. De fet els electrons no s'assembles res a planetes orbitant, sinó més aviat a les aspes d'un ventilador que gira aconseguint d'emplenar simultàniament cada tros d'espai de les seves òrbites, però amb la diferència fonamental que les aspes del ventilador només sembles estar i els electrons hi són.
Dimensions atòmiques.
La grandària o volum exacte d'un àtom és difícil de calcular, ja que els núvols d'electrons no conten amb vores definides, però pot estimar-se que el nucli d'un àtom és prop de 100.000 vegades menor que l'àtom mateix, i no obstant això, concentra pràcticament el 100% de la seva massa.
Per a efectes de comparança, si un àtom tingués la grandària d'un camp de futbol, el nucli seria de la grandària d'una puça col·locada en el centre, i els electrons, com partícules de pols agitades pel vent al voltant dels seients.
Què manté unides les partícules a l’àtom ?
Els electrons de l’escorça es mantenen units a l’àtom a través de les forces electromagnètiques (hi ha una força atractiva entre el nucli, amb càrrega positiva i els electrons amb càrrega negativa)
I el nucli ?
La força nuclear forta és la responsable de mantenir units als nucleons (protó i neutró) que coexisteixen en el nucli atòmic, vencent a la repulsión electromagnètica entre els protons que posseïxen càrrega elèctrica del mateix signe (positiva) i fent que els neutrons, que no tenen càrrega elèctrica, romanguin units entre si i també als protons.
Els efectes d'aquesta força d'interacció només s'aprecien a distàncies molt petites (menors a 1 fm), de la grandària dels nuclis atòmics i no es perceben a distàncies majors a 1 fm. A aquesta característica se li coneix com ésser de curt abast, en contraposició amb la força gravitatòria o la força electromagnètica que són de llarg abast (realment l'abast d'aquestes dues és infinit).
I els protons i neutrons ?
Els protons es componen de dos quarks up i un quark down , els quals també estan units per la força nuclear forta gràcies als gluons.
El 1932 J. Chadwick va descobrir el neutró.
Un neutró està format per dos quarks down i un quark up. Fora del nucli atòmic és inestable i té una vida mitja d'uns 15 minuts emetent un electró i un antineutrí per a convertir-se en un protó.
El neutró és necessari per a l'estabilitat de gairebé tots els nuclis atòmics (l'única excepció és l'hidrogen), ja que interacciona fortament atraient-se amb els protons, però sense repulsió electrostàtica.
