1. Generalităţi
Orice material este compus din particule mici numite atomi. Acestea sunt atât de mici încât încap cu milioanele pe vârful unui ac. Gruparea mai multor atomi formează molecule; cele mai mari grupări de acest gen conţin mai multe mii de atomi.
Ideea că orice material se compune din particule mici a apărut încă din vremea Grecei Antice. În jurul anului 420 i.e.n. filozoful Democrit a ajuns la concluzia că materia se compune din particule mici indivizibile. Aceste particule se numesc şi astăzi atomi, după cuvântul grecesc atomos, adică indivizibil.
Alţi filozofi aveau teorii diferite. În secolul IV î.e.n. Aristotel era de părere că fiecare material se compune din patru elemente de bază: pământ, aer, foc, apă -, numai că în cantităţi diferite. Aceasta a fost o teorie acceptată pe larg până la început secolului XVII. Obiectivul alchimiei a fost crearea “elixirului vieţii”, o băutură care ar da viaţă eternă omului. Un alt obiectiv a fost îmbogăţirea prin transformarea metalelor obişnuite în aur. Mulţi alchimişti s-au lăudat că au rezolvat aceste probleme, dar în realitate nici unul nu a avut succes.
2. Teoria revoluţionară a lui Dalton
Câţiva oameni de ştiinţă au rămas în continuare de părere că materia se compune din atomi, însă până la începutul anilor 1800 nu a existat nici o dovadă ştiinţifică care să susţină această teorie. Un chimist şi scriitor englez, John Dalton, a realizat experienţe cu gaze, mai precis a cercetat modul de combinare între ele. A determinat de exemplu, că hidrogenul şi oxigenul se combină întotdeauna în acelaşi raport de greutate spre a forma apa. La rezultate similare au ajuns şi alţi cercetători, însă Dalton a fost primul care a înţeles implicaţiile acestora. El a concluzionat că materiile sunt compuse din atomi şi că atomii unei substanţe primare au toţi aceeaşi greutate. Daca două substanţe primare se combină între ele atunci atomii se unesc întotdeauna în acelaşi raport cantitativ. Teoria de atom daltoniana a explicat cauza din care atomii se combină întotdeauna în acelaşi raport cantitativ şi a creat un punct de plecare pentru alţi cercetători spre examinarea în detaliu a materiei.
Materia se compune deci din atomi, dar oare atomii din ce se compun? Primele indicii în acest sens au apărut spre sfârşitul anilor 1800, când cercetătorii au examinat trecerea electricităţii prin aerul rarefiat dintr-un tub de sticlă. Tubul a emis din când în când lumina verde, în momentele în care s-a aplicat o tensiune înaltă pe cele două plăcuţe de metal, introduse în gaz, sau altfel spus electrozi.
Această luminozitate era produsă de radiaţia invizibilă care pornea de pe electrodul negativ şi se lovea de peretele tubului de sticlă.
În anii 1890 fizicianul britanic J.J. Thomson a arătat că aceste raze catodice, după cum se numeau în acea vreme, sunt de fapt curenţi de particule purtătoare de sarcini negative. În acea vreme s-a presupus că electronii sunt smulşi într-un mod oarecare din atomi, dar nu era de loc clară organizarea lor din interiorul atomului. Ipoteza lui Thomson era că atomii seamănă într-un fel cu o budinca de stafide: mai multe particule cu sarcina negativa- electronii, sunt incorporate intr-o materie voluminoasa dar uşoara, de forma sferică. Experienţele elaborate şi realizate ulterior pentru clarificarea structurii interne a atomului au infirmat teoria lui Thomson.
3. Modelul Rutherford
În 1911, un coleg al lui Thomson, Ernest Rutherford, născut în Noua Zeelandă, dar care a lucrat în Marea Britanie, a schiţat o nouă structura atomică, care a dat răspuns la fenomenele observate în experimente. În conformitate cu aceasta, mijlocul atomului sau altfel spus nucleul, are sarcina pozitivă şi este relativ greu. În jurul lui se rotesc electronii: particule foarte mici şi uşoare, purtătoare de sarcină negativă.
Rutherford nu a realizat însă că nucleul atomic se compune de regula din mai multe tipuri de particule: unele cu sarcina pozitiva şi altele fără sarcină. Existenta particulelor cu sarcina pozitivă – a protonilor – s-a dovedit în jurul anului 1920. Particulele fără sarcină electrică au fost descoperite în 1932 de Sir James Chadwick, care le-a denumit neutroni. Prin aceasta s-a completat modelul de atom prin care putem înţelege comportamentul materiei.
4. Elemente
Elementele sunt acele substanţe, în care fiecare atom are acelaşi număr de protoni. Acest număr comun de protoni indica numărul atomic al elementului. Exista în totalitate un număr de 92 de elemente în natură. În atomii lor, numărul protonilor poate varia de la 1 la 92. Prin intermediul unor echipamente speciale, numite acceleratoare de particule se pot produce alte câteva elemente care sa conţină mai mulţi protoni.
În multe substanţe, atomii formează grupări numite molecule. Gazul de hidrogen este format tot din molecule, fiecare moleculă fiind compusă din doi atomi de hidrogen. Şi apa este o compoziţie: molecula de apă conţine doi atomi de hidrogen şi un atom de oxigen. Există numeroase molecule care conţin un număr mult mai mare de atomi: proteinele din organismele vii sunt compuse din molecule sofisticate, numărul atomilor ajungând la ordinul miilor.
Unele elemente se găsesc în natură numai compuse. Spre exemplu sodiul este un metal, care intră în legătură cu alte metale atât de repede încât niciodată nu poate fi găsit în natură în forma pură, primară. Forma cea mai răspândită este compoziţia cu clorul, şi anume clorura de sodiu, adică sarea de bucătărie. Sodiul este un metal, se extrage din această compoziţie, şi adesea se utilizează pentru producerea altor substanţe.
5. Legături chimice
Atomii din molecule pot fi legaţi sau conectaţi în mai multe moduri, dar de fiecare dată implică un schimb de electroni sau punerea lor în comun pentru a se ajunge la structura stabilă de octet sau de dublet. Cele două tipuri simple de legături chimice sunt legătura covalentă şi ionică.
În legătura covalentă atomii pun în comun electroni. În molecula de hidrogen, cei doi atomi de hidrogen sunt legaţi printr-o legătură covalentă. Cei doi electroni aparţinând celor doi atomi de hidrogen se rotesc în jurul ambelor nuclee, şi astfel stau împreună. Legătura covalentă se realizează între două metale sau nemetale.
La legătura ionică un atom cedează unul sau mai mulţi electroni atomului pereche, iar legătura între ele se datorează forţei de atracţie electrostatice. În mod normal numărul protonilor pozitivi dintr-un atom coincide cu numărul electronilor negativi. Aceste sarcini de mărimi egale dar de sens contrar se anulează reciproc, astfel atomul nu are sarcina electrică. Dacă însă atomul pierde electroni, atunci sarcina pozitivă va fi preponderentă, iar atomul care a primit electroni va fi de sarcină negativă. Aceşti atomi care prezintă o sarcină globală pozitivă sau negativă, se numesc ioni. Ionii cu sarcini de sens opus se atrag, şi tocmai această forţă de atracţie menţine legătura între atomi. Molecula din sarea de bucătărie se formează printr-o asemenea legătură ionică: un atom de sodiu cedează un electron unui atom de clor. Legătura ionică se realizează între un metal şi un nemetal.
Atomii unui element oarecare au întotdeauna acelaşi număr de protoni. Numărul neutronilor însă poate fi diferit. De exemplu, în carbonul natural numărul neutronilor din nucleu este în general de şase, dar
într-un procentaj de aproximativ unu la sută acest număr este de şapte. Aceşti atomi diferiţi ai aceluiaşi element se numesc izotopi. Aceştia nu diferă în caracterul lor chimic: fiecare formează aceleaşi compoziţii cu diferitele materiale, dar diferă în caracteristicile lor fizice, de exemplu îngheaţă sau încep fierberea la temperaturi diferite.
Când cercetătorii vorbesc despre un anumit izotop al unui element, atunci îl definesc prin numărul atomic, adică prin numărul total al protonilor şi neutronilor. De exemplu izotopului cel mai răspândit în natura al carbonului este atomul carbon-12, în care există şase protoni şi şase neutroni. Dacă în izotopul mai rar există cu un neutron mai mult, atunci acesta este izotopul de carbon-13.
6. Masa atomică
Masa protonului şi a neutronului este aproape aceeaşi; de circa 1800 ori masa electronului. Astfel, dacă vrem să ne referim la masa atomului, de obicei este suficient să indicăm masa atomică a elementului respectiv, care este egală cu numărul total al protonilor şi neutronilor, deci este întotdeauna un număr întreg.
Masa atomică relativă a unui element (sau greutatea atomică relativă) este media maselor izotopilor ce se întâlnesc în natură, unitatea fiind 1/12 din masa atomică a izotopului de carbon-12. Masa moleculara relativă a unei substanţe este suma maselor atomice ale tuturor atomilor din molecula respectivă.
7. Complexitatea atomului
De îndată ce James Chadwick a descoperit neutronul în 1932, s-a crezut că se cunoaşte perfect structura atomului. De atunci însă, cercetătorii care au realizat experimente cu ajutorul acceleratoarelor de particule, au descoperit încă peste o sută de particule diferite în atom, iar fiecare descoperire nouă a ridicat şi mai multe întrebări. Din fericire pentru explicarea comportamentului materiei, în marea majoritate a cazurilor, este de ajuns şi acest model mai simplu.
Încă din antichitate unii filozofi greci au emis ipoteza după care materia este formată din particule foarte mici, indivizibile, numite atomi ( în limba greacă însemnând indivizibil).
Teoria atomică a secolului al XIX lea este întărită prin ipoteza lui A.Avogadro (1811) care a permis măsurarea maselor moleculare şi atomice.
Dacă în secolul al XIX lea atomul era considerat indivizibil, indestructibil şi invariabil, astăzi s-a stabilit că atomii la rândul lor sunt formaţi din alte particule.
Atomul reprezintă cea mai mică particulă dintr-o substanţă simplă şi pură care poate exista şi poate fi studiată independent.
Fiecare atom este format dintr-un nucleu cu sarcină electrică pozitivă, înconjurat de unul sau mai mulţi electroni, aceste particule având sarcină electrică negativă.
Toţi atomii unui element sunt identici între ei, adică toţi au aceeaşi mărime, proprietăţi oricare ar fi compoziţia şi proprietăţile substanţei din moleculele cărora fac parte . De exemplu, atomii de hidrogen sunt identici chiar dacă fac parte din moleculele unor substanţe atât de diferite cum ar fi : apa, amoniacul, acidul sulfuric, hidrogenul liber, etc.
Atomii sunt în continuă mişcare, ei se pot desface din moleculele în care se găsesc şi apoi se pot regrupa altfel, formând molecule noi.
Deoarece atomii sunt cele mai mici particule ale elementelor ce pot forma combinaţii chimice se poate spune că ei reprezintă limita divizibilităţii chimice a materiei.
Atomii aceluiaşi element care ocupă toţi acelaşi loc în tabelul periodic al elementelor, dar au mase atomice diferite se numesc izotopi ( în greceşte isos = acelaşi, topos = loc).
Atomii din molecule pot fi legaţi sau conectaţi în mai multe moduri, dar de fiecare dată implică un schimb de electroni sau punerea lor în comun. Cele două tipuri simple de legături chimice sunt legătura covalentă şi ionică.
În legătura covalentă atomii pun în comun electronii. În molecula de hidrogen, cei doi atomi de hidrogen sunt legaţi printr-o legătură covalentă. Cei doi electroni aparţinând celor doi atomi de hidrogen se învârt în jurul ambelor nuclee, şi astfel stau împreună.
La legătura ionică un atom cedează unul sau mai mulţi electroni la atomul pereche, iar legătura între ele se datorează forţei de atracţie electrostatice. În mod normal numărul protonilor pozitivi dintr-un atom coincide cu numărul electronilor negativi. Aceste sarcini de mărimi egale dar de sens contrar se anulează reciproc, astfel global atomul nu are sarcină electrică. Dacă însă atomul pierde electroni, atunci sarcina pozitivă va fi preponderentă, iar atomul care a primit electroni va fi de sarcină negativă. Aceşti atomi, care prezintă o sarcină globală pozitivă sau negativă, se numesc ioni. Ionii cu sarcini de sens opus se atrag, şi tocmai această forţă de atracţie menţine legătura între atomi. Molecula din sarea de bucătărie se formează printr-o asemenea legătură ionică: un atom de sodiu cedează un electron unui atom de clor.
Aceşti atomi diferiţi ai aceluiaşi element nu diferă în caracterul lor chimic: fiecare formează aceleaşi compoziţii cu diferitele materiale, dar diferă în caracteristicile lor fizice, de exemplu, îngheaţă sau încep fierberea la temperaturi diferite.
Join Us On Telegram @rubyskynews
Apply any time of year for Internships/ Scholarships
