Un atome est la plus petite unité de particules existant en tant que substance simple, pouvant participer à une combinaison chimique. Au cours des siècles, les connaissances limitées dont on disposait sur l'atome n'ont fait que faire l'objet de conjectures et d'hypothèses, de sorte que des données concrètes ne pouvaient être obtenues que plusieurs années plus tard. Aux XVIIIe et XIXe siècles, le scientifique anglais John Dalton a suggéré l'existence des atomes comme une unité extrêmement petite, dont toute la matière serait composée, et leur a attribué une masse et les a représentés comme des sphères solides et indivisibles.
Qu'est-ce qu'un atome
Table des matières
C'est l' unité minimale de matière dont sont composés les solides, les liquides et les gaz. Les atomes sont regroupés, pouvant être du même type ou différents, pour former des molécules qui, à leur tour, constituent la matière dont se composent les corps existants. Cependant, les scientifiques ont déterminé que seulement 5% de la matière de l'univers est composée d'atomes, car la matière noire (qui occupe plus de 20% de l'univers) est composée de particules inconnues, ainsi que d'énergie noire (qui occupe 70%).
Son nom vient du latin atomus, qui signifie «indivisible», et ceux qui lui ont donné cette terminologie étaient les philosophes grecs Démocrite (460-370 av. JC) et Epicure (341-270 av. JC).
Ces philosophes, qui sans avoir expérimenté, dans la recherche d'une réponse à la question de ce dont nous sommes composés et de l'explication de la réalité, ont conclu qu'il était impossible de diviser la matière à l' infini, qu'il devait y avoir un «sommet», ce qui signifiait que il aurait atteint la limite minimale de ce dont toutes choses sont composées. Ils appelaient ledit "sommet" un atome, puisque cette particule minimale ne pouvait plus être divisée et que l'univers en serait composé Il faut ajouter que ce concept est encore préservé aujourd'hui quand il s'agit de ce qu'est un atome.
Il est constitué d'un noyau, où il y a au moins un proton et le même nombre de neutrons (dont l'union est appelée «nucléon), et au moins 99,94% de sa masse se trouve dans ledit noyau. Les 0,06% restants sont constitués des électrons qui gravitent autour du noyau. Si le nombre d'électrons et de protons est le même, l'atome est électriquement neutre; s'il a plus d'électrons que de protons, sa charge sera négative et il est déterminé comme un anion; et si le nombre de protons dépasse les électrons, leur charge sera positive et appelée cation.
Sa taille est si petite (environ dix milliardième de mètre) que si un objet était divisé un nombre considérable de fois, il n'y aurait plus aucune des matières dont il a été composé, mais les atomes des éléments resteraient cela, en combinaison, ils l'ont formé, et ceux-ci sont pratiquement invisibles. Cependant, tous les types d'atomes n'ont pas la même forme et la même taille, car cela dépendra de plusieurs facteurs.
Éléments d'un atome
Les atomes ont d'autres composants qui les composent, appelés particules subatomiques, qui ne peuvent exister indépendamment, à moins que ce ne soit dans des conditions spéciales et contrôlées. Ces particules sont: des électrons, qui ont une charge négative; les protons, qui sont chargés positivement; et les neutrons, dont la charge est égale, ce qui les rend électriquement neutres. Les protons et les neutrons se trouvent dans le noyau (le centre) de l'atome, formant ce que l'on appelle un nucléon, et les électrons gravitent autour du noyau.
Les protons
Cette particule se trouve dans le noyau de l'atome, faisant partie des nucléons, et sa charge est positive. Ils contribuent pour environ 50% de la masse de l'atome, et leur masse équivaut à 1836 fois celle d'un électron. Cependant, ils ont une masse légèrement inférieure à celle des neutrons. Le proton n'est pas une particule élémentaire, car il est composé de trois quarks (qui est un type de fermion, l'une des deux particules élémentaires existantes).
Le nombre de protons dans un atome est déterminant pour définir le type d'élément. Par exemple, l'atome de carbone a six protons, tandis qu'un atome d'hydrogène n'a qu'un seul proton.
Les électrons
Ce sont les particules négatives qui gravitent autour du noyau de l'atome. Sa masse est si petite qu'elle est considérée comme jetable. Normalement, le nombre d'électrons dans un atome est le même que celui des protons, de sorte que les deux charges s'annulent.
Les électrons de différents atomes sont liés par la force de Coulomb (électrostatique), et lorsqu'ils sont partagés et échangés d'un atome à un autre, cela provoque les liaisons chimiques. Il y a des électrons qui peuvent être libres, sans être attachés à aucun atome; et celles qui sont liées à une, peuvent avoir des orbites de tailles différentes (plus le rayon orbital est grand, plus l'énergie qu'il contient).
L'électron est une particule élémentaire, car c'est un type de fermion (leptons), et il n'est constitué d'aucun autre élément.
Neutrons
C'est la particule neutre subatomique de l'atome, c'est-à-dire qu'elle a la même quantité de charge positive et négative. Sa masse est légèrement supérieure à celle des protons, avec lesquels il forme le noyau de l'atome.
Comme les protons, les neutrons sont composés de trois quarks: deux descendant ou descendant avec une charge -1/3 et un montant ou montant avec une charge +2/3, ce qui donne une charge totale de zéro, ce qui lui donne la neutralité. Un neutron en lui-même ne peut pas exister en dehors du noyau, car sa durée de vie moyenne en dehors du noyau est d'environ 15 minutes.
La quantité de neutrons dans un atome ne détermine pas sa nature, sauf s'il s'agit d'un isotope.
Les isotopes
Ce sont des types d'atomes dont la composition nucléaire n'est pas équitable; c'est-à-dire qu'il a le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Dans ce cas, les atomes qui composent le même élément seront différents, différenciés par le nombre de neutrons qu'ils contiennent.
Il existe deux types d'isotopes:
- Naturel, trouvé dans la nature, comme l'atome d'hydrogène, qui en a trois (protium, deutérium et tritium); ou l'atome de carbone, qui en a également trois (carbone 12, carbone 13 et carbone 14; chacun avec des utilités différentes).
- Artificiel, qui sont produits dans des environnements contrôlés, dans lesquels des particules subatomiques sont bombardées, étant instables et radioactives.
Il existe des isotopes stables, mais cette stabilité est relative, car, bien qu'ils soient radioactifs de la même manière, leur période de désintégration est longue par rapport à l'existence de la planète.
Comment les éléments d'un atome sont définis
Un atome sera différencié ou défini par plusieurs facteurs, à savoir:
- Quantité de protons: la variation de ce nombre peut entraîner un élément différent, car elle détermine à quel élément chimique il appartient.
- Nombre de neutrons: spécifie l'isotope de l'élément.
La force avec laquelle les protons attirent les électrons est électromagnétique; tandis que celui qui attire les protons et les neutrons est le nucléaire, dont l'intensité est supérieure au premier, qui repousse les protons chargés positivement les uns des autres.
Si le nombre de protons dans un atome est élevé, la force électromagnétique qui les repousse deviendra plus forte que la force nucléaire, il y a une probabilité que les nucléons soient expulsés du noyau, produisant une désintégration nucléaire, ou ce que l'on appelle également la radioactivité; pour aboutir plus tard à la transmutation nucléaire, qui est la conversion d'un élément en un autre (alchimie).
Qu'est-ce qu'un modèle atomique
C'est un schéma qui aide à définir ce qu'est un atome, sa composition, sa distribution et les caractéristiques qu'il présente. Depuis la naissance du terme, différents modèles atomiques ont été développés, ce qui nous a permis de mieux comprendre la structuration de la matière.
Les modèles atomiques les plus représentatifs sont:
Modèle atomique de Bohr
Le physicien danois Niels Bohr (1885-1962), après des études avec son professeur, le chimiste et également physicien Ernest Rutherford, s'est inspiré du modèle de ce dernier pour exposer le sien, prenant l' atome d'hydrogène comme guide.
Le modèle atomique de Bohr consiste en une sorte de système planétaire, dans lequel le noyau est au centre et les électrons se déplacent autour de lui comme des planètes, sur des orbites stables et circulaires, où le plus grand stocke plus d'énergie. Il comprend l'absorption et l'émission de gaz, la théorie de quantification de Max Planck et l'effet photoélectrique de
Albert Einstein
Les électrons peuvent sauter d'une orbite à une autre: s'il passe d'une énergie inférieure à une autre d'énergie supérieure, il augmentera d'un quantum d'énergie pour chaque orbite qu'il atteint; Le contraire se produit quand il passe d'une énergie supérieure à une énergie inférieure, où non seulement il diminue, mais il la perd également sous forme de rayonnement tel que la lumière (photon).
Cependant, le modèle atomique de Bohr avait des défauts, car il n'était pas applicable pour d'autres types d'atomes.
Modèle atomique de Dalton
John Dalton (1766-1844), mathématicien et chimiste, a été le pionnier de la publication d'un modèle atomique à base scientifique, dans lequel il a déclaré que les atomes étaient similaires aux boules de billard, c'est-à-dire sphériques.
Le modèle atomique de Dalton établit dans son approche (qu'il a appelée «théorie atomique») que les atomes ne peuvent pas être divisés. Il établit également que les atomes d'un même élément sont de qualités identiques, y compris leur poids et leur masse; que bien qu'ils puissent être combinés, ils restent indivisibles avec des relations simples; et qu'ils peuvent être combinés dans des proportions différentes avec d'autres types d'atomes pour créer divers composés (union de deux ou plusieurs types d'atomes).
Ce modèle atomique de Dalton était incohérent, car il n'expliquait pas la présence des particules subatomiques, puisque la présence de l'électron et du proton était inconnue. Il ne pouvait pas non plus expliquer les phénomènes de radioactivité ou de courant d'électrons (rayons cathodiques); de plus, il ne prend pas en compte les isotopes (atomes du même élément de masse différente).
Modèle atomique de Rutherford
Élevé par le physicien et chimiste Ernest Rutherford (1871-1937), ce modèle est une analogie avec le système solaire. Le modèle atomique de Rutherford établit que le pourcentage le plus élevé de la masse de l'atome et de sa partie positive se trouve dans son noyau (centre); et la partie négative ou les électrons, tournent autour d'elle en orbites elliptiques ou circulaires, avec un vide entre elles. Ainsi, il est devenu le premier modèle à séparer l'atome en noyau et en coquille.
Le physicien a mené des expériences dans lesquelles il a calculé l'angle de diffusion des particules lorsqu'elles heurtaient une feuille d'or, et a remarqué que certaines rebondissaient à des angles incongrus, concluant que leur noyau devait être petit mais de grande densité. Grâce à Rutherford, qui était un élève de JJ Thomson, la première notion sur la présence de neutrons était également acquise. Une autre réalisation a soulevé des questions sur la façon dont les charges positives dans le noyau pouvaient rester ensemble dans un si petit volume, ce qui a ensuite conduit à la découverte de l'une des interactions fondamentales: la force nucléaire forte.
Le modèle atomique de Rutherford était incohérent, car il contredit les lois de Maxwell sur l'électromagnétisme; et il n'expliquait pas non plus les phénomènes de rayonnement énergétique lors de la transition d'un électron d'un état à haute énergie à un état à faible énergie.
Le modèle atomique de Thomson
Il a été exposé par le scientifique et lauréat du prix Nobel de physique 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). Le modèle atomique de Thomson décrit l'atome comme une masse sphérique chargée positivement avec des électrons insérés dedans, comme un pudding aux raisins secs. Le nombre d'électrons dans ce modèle était suffisant pour neutraliser la charge positive, et la distribution de la masse positive et des électrons était aléatoire.
Il a expérimenté les rayons cathodiques: dans un tube à vide, il a passé des rayons de courant avec deux plaques, produisant un champ électrique qui les a déviés. Ainsi, il a déterminé que l'électricité était composée d'une autre particule; découvrir l'existence d'électrons.
Cependant, le modèle atomique de Thomson était bref, n'ayant jamais été accepté par les universitaires. Sa description de la structure interne de l'atome était incorrecte, ainsi que la répartition des charges, elle ne tenait pas compte de l'existence de neutrons et on ne savait pas sur les protons. Il n'explique pas non plus la régularité du tableau périodique des éléments.
Malgré cela, leurs études ont servi de base à des découvertes ultérieures, car à partir de ce modèle, on connaissait l'existence de particules subatomiques.
Masse atomique
Représentée par la lettre A, la masse totale des protons et neutrons contenus dans un atome est appelée masse atomique, sans tenir compte des électrons, car leur masse est si petite qu'elle peut être rejetée.
Les isotopes sont des variations d'atomes du même élément avec le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons, donc leur masse atomique sera différente même quand ils sont très similaires.
Numéro atomique
Il est représenté par la lettre Z et fait référence au nombre de protons contenus dans un atome, qui correspond au même nombre d'électrons. Le tableau périodique des éléments de Mendeleev de 1869 est ordonné du plus petit au plus grand selon le numéro atomique.
