Te-ai întrebat vreodată din ce sunt făcute lucrurile din jurul tău? Spuneți doar că vă uitați la o masă, s-ar putea să chemați o masă din lemn. Chiar și așa, când te uiți la oglindă, vei spune că este din sticlă. Practic, aceste două materiale au caracteristici diferite, dar știați că ambele sunt compuse din aceeași materie? Numele său este atom.
Atomii sunt cele mai mici particule ale unui element care iau parte la reacții chimice. Dimensiunea lor foarte mică îi face să nu poată fi văzuți folosind chiar și cele mai puternice microscopuri cu lumină. Dintre acestea, cel mai mic este atomul din hidrogen.
Modele Atom
Oamenii de știință au studiat aceste particule minuscule de secole, dar nu au reușit să-și dea seama ce sunt. Abia în 1808 Dalton și-a publicat teoria despre structura atomului. De atunci, modelele atomice au evoluat împreună cu cele mai recente descoperiri. De această dată, vom discuta diverse modele atomice propuse de oamenii de știință.
Teoria lui Dalton
John Dalton este un chimist, fizician și meteorolog britanic care a publicat mai întâi cercetări privind existența atomilor. Dalton a explicat că materia constă din particule indivizibile numite atomi.
Din păcate, cercetările ulterioare au dovedit că atomii înșiși sunt divizibili și constau din particule subatomice. Particulele subatomice sunt formate din electroni, protoni și neutroni. De atunci, oamenii de știință au încercat să propună diferite modele luând în considerare poziția acestor particule subatomice, inclusiv J. J. Thomson și Rutherford.
Modelul atomic arată structura atomică și dispunerea particulelor subatomice în interiorul unui atom. Descoperirea protonilor și a electronilor i-a determinat pe oamenii de știință să susțină că atomii sunt compuși din protoni și electroni care își echilibrează sarcinile. Au descoperit că protonii se aflau în interiorul atomului, în timp ce electronii erau în exterior și se desprindeau ușor.
Există 4 modele atomice propuse de oamenii de știință și anume modelul propus de Thomson, Rutherford, Bohr și modelul mecanic cuantic.
Modelul Thomson al atomului
Joseph John Thomson a fost fizicianul britanic câștigător al Premiului Nobel care a propus mai întâi modelul atomic. De fapt, le-a publicat înainte de descoperirea protonului și a nucleului atomic. În teoria sa, Thomson considera că atomii sunt ca pâinea cu stafide sau un model de budincă de prune, deoarece electronii din sfera încărcată pozitiv arătau ca fructe uscate în budinca de Crăciun.
(Citiți și: Cunoașteți straturile Pământului pe baza straturilor și a compoziției lor chimice)
Acest model presupune că un atom constă dintr-o bilă încărcată pozitiv cu electroni încorporați în ea. Un atom poate avea o sarcină neutră, deoarece are aceleași sarcini negative și pozitive.
Modelul atomului nuclear al lui Rutherford
Ernest Rutherford este un fizician și chimist născut în Noua Zeelandă, cu sediul în Anglia. El a propus modelul atomic după efectuarea unui experiment cunoscut sub numele de experimentul de împrăștiere Rutherford. El și doi dintre studenții săi au efectuat experimente de împrăștiere a razelor alfa pe o placă subțire de aur.
Rutherford a considerat că sarcina pozitivă globală a unui atom este concentrată într-o regiune foarte mică cunoscută sub numele de nucleu. Electronii se rotesc în jurul nucleului atomic cu viteză mare pe căi circulare numite orbite. Atracția electrostatică dintre nucleu și electroni păstrează electronii în traiectoria lor.
Modelul Rutherford a dezvăluit, de asemenea, că numărul de protoni este egal cu numărul de electroni și este cunoscut sub numele de număr atomic. Între timp, dacă numărul de protoni și numărul de neutroni sunt combinați, valoarea este aceeași cu numărul de masă atomică.
Din păcate, modelul de atom al lui Rutherford nu a putut explica stabilitatea atomului. Conform teoriei electromagnetice, particulele încărcate pierd energie în timpul accelerării. Pierderea de energie poate încetini viteza electronilor și, în cele din urmă, electronii vor fi atrași de nucleu și atomii sunt distruși. În afară de aceasta, modelul de atom al lui Rutherford nu a explicat nimic despre distribuția electronilor și energiile electronilor. Mai mult, acest model atomic nu este de asemenea în măsură să explice spectrul de linie dat de fiecare element.
Modelul atomic al lui Bohr
Pentru a răspunde deficiențelor din modelul atomic al lui Rutherford, în special în ceea ce privește spectrul de linie și stabilitatea atomică, Niels Bohr și-a publicat apoi propriul model atomic. El a spus că electronii se învârt în jurul nucleului atomic în anumite orbite circulare numite cochilii de energie sau niveluri de energie. Electronii care se rotesc în carcasa energetică sunt asociați cu o cantitate fixă de energie. Aceste coji de energie sunt numerotate 1, 2, 3 și așa mai departe de nucleul atomic sau sunt definite ca cochilii k, l, m și așa mai departe.
Aranjamentul electronilor într-un atom este cunoscut sub numele de configurație electronică. Configurația electronică poate ajuta la explicarea modului în care se pot lega atomii. Umplerea electronilor în cochilii atomice începe de la umplerea cojii cele mai interioare sau a celei cu cea mai mică energie. Numărul maxim de electroni care pot ocupa coaja este de 2n2.
Teoria atomică a mecanicii cuantice
Din păcate, modelul atomic propus de Bohr nu a putut explica spectrul atomilor de hidrogen atât în câmpul magnetic, cât și în cel electric. Fizicianul austriac Erwin Schrödinger a încercat să răspundă. El a dezvoltat o teorie atomică bazată pe principiile mecanicii cuantice. Modelul propus de Schrödinger nu este foarte diferit de cel al lui Bohr, prin aceea că atomul are un nucleu încărcat pozitiv și este înconjurat de electroni încărcați negativ. Diferența este în poziția electronilor care înconjoară nucleul atomic.
În teoria sa, Bohr a susținut că electronii înconjoară nucleul atomic pe orbite cu o anumită distanță de nucleul atomic, care se numește raza atomică. Dar în teoria mecanicii cuantice, poziția electronilor care înconjoară nucleul atomic nu poate fi cunoscută cu certitudine, conform principiului incertitudinii lui Heisenberg. Prin urmare, cea mai mare probabilitate a poziției unui electron este pe acea orbită. Adică, se poate spune că regiunea cu cea mai mare probabilitate de a găsi electroni în atomi se află pe orbitali.
Modelul mecanic cuantic afirmă, de asemenea, că mișcarea electronilor în jurul nucleului atomic are proprietatea dualismului, așa cum a propus de Broglie. Deoarece mișcarea electronilor din jurul nucleului atomic are o natură asemănătoare undelor, ecuația pentru mișcarea electronilor din jurul nucleului trebuie să fie legată de funcția de undă.
Schrödinger și-a completat teoria cu o ecuație care afirmă că mișcarea electronilor în jurul nucleului atomic asociată cu natura dualistă a materiei poate fi exprimată în termeni de coordonate carteziene. Această ecuație a devenit cunoscută sub numele de ecuația Schrödinger.
Din această ecuație, Schrödinger a produs trei numere cuantice, și anume cuantica principală (n), cuantumul azimutului (A) și cuanticul magnetic (m). Aceste trei numere cuantice sunt numere întregi simple care indică probabilitatea electronilor în jurul nucleului atomic. Soluția la ecuația Schrödinger produce trei numere cuantice. Orbitalul este derivat din ecuația Schrödinger, astfel încât există o relație între orbital și cele trei numere.
