Een atoom is de kleinste eenheid van deeltjes die bestaat als een eenvoudige stof, die kan ingrijpen in een chemische combinatie. Door de eeuwen heen was de beperkte kennis die over het atoom bestond, slechts onderwerp van vermoeden en aannames, zodat concrete gegevens pas vele jaren later konden worden verkregen. In de 18e en 19e eeuw suggereerde de Engelse wetenschapper John Dalton het bestaan van atomen als een extreem kleine eenheid, waaruit alle materie zou bestaan, en kende ze massa toe en stelde ze voor als vaste en ondeelbare sferen.
Wat is een atoom
Inhoudsopgave
Het is de minimale eenheid van materie, waaruit vaste stoffen, vloeistoffen en gassen zijn samengesteld. De atomen zijn gegroepeerd, in staat om van hetzelfde type of verschillend te zijn, om moleculen te vormen, die op hun beurt de materie vormen waaruit de bestaande lichamen zijn samengesteld. Wetenschappers hebben echter vastgesteld dat slechts 5% van de materie in het universum uit atomen bestaat, aangezien donkere materie (die meer dan 20% van het universum beslaat) bestaat uit onbekende deeltjes en uit donkere energie (die 70% beslaat).
De naam komt van het Latijnse atomus, wat "ondeelbaar" betekent, en degenen die het deze terminologie gaven, waren de Griekse filosofen Democritus (460-370 v.Chr.) En Epicurus (341-270 v.Chr.).
Deze filosofen, die zonder te hebben geëxperimenteerd, bij het zoeken naar een antwoord op de vraag waaruit we zijn samengesteld en de verklaring van de werkelijkheid, concludeerden dat het onmogelijk was om de materie oneindig te verdelen, dat er een 'top' moest zijn, wat betekende dat het zou de minimumgrens hebben bereikt waaruit alle dingen zijn samengesteld. Ze noemden dit "top" een atoom, aangezien dat minimumdeeltje niet langer kon worden verdeeld en het universum daaruit zou bestaan. Hieraan moet worden toegevoegd dat dit concept nog steeds wordt bewaard als we praten over wat een atoom is.
Het bestaat uit een kern, waar er minstens één proton en hetzelfde aantal neutronen is (waarvan de vereniging een "nucleon wordt genoemd), en minstens 99,94% van zijn massa wordt in die kern gevonden. De resterende 0,06% bestaat uit de elektronen die rond de kern draaien. Als het aantal elektronen en protonen hetzelfde is, is het atoom elektrisch neutraal; als het meer elektronen dan protonen heeft, is zijn lading negatief en wordt het bepaald als een anion; en als het aantal protonen groter is dan de elektronen, zal hun lading positief zijn en een kation worden genoemd.
De afmeting is zo klein (ongeveer tien miljardste van een meter) dat als een object een aanzienlijk aantal keren zou worden verdeeld, er geen materiaal meer zou zijn waaruit het bestond, maar de atomen van de elementen zouden blijven. in combinatie hebben ze het gevormd, en deze zijn praktisch onzichtbaar. Echter, niet alle atomen hebben dezelfde vorm en grootte, aangezien het zal afhangen van verschillende factoren.
Elementen van een atoom
Atomen hebben andere componenten waaruit ze bestaan, subatomaire deeltjes genaamd, die niet onafhankelijk kunnen bestaan, tenzij onder speciale en gecontroleerde omstandigheden. Deze deeltjes zijn: elektronen, die een negatieve lading hebben; protonen, die positief geladen zijn; en neutronen, waarvan de lading gelijk is, waardoor ze elektrisch neutraal zijn. Protonen en neutronen worden gevonden in de kern (het midden) van het atoom en vormen een zogenaamd nucleon, en elektronen draaien rond de kern.
Protonen
Dit deeltje wordt gevonden in de kern van het atoom, maakt deel uit van de nucleonen en is positief geladen. Ze dragen ongeveer 50% van de massa van het atoom bij, en hun massa is gelijk aan 1836 keer die van een elektron. Ze hebben echter iets minder massa dan neutronen. Het proton is geen elementair deeltje, aangezien het is samengesteld uit drie quarks (een soort fermion, een van de twee bestaande elementaire deeltjes).
Het aantal protonen in een atoom is bepalend voor het type element. Het koolstofatoom heeft bijvoorbeeld zes protonen, terwijl een waterstofatoom maar één proton heeft.
Elektronen
Het zijn de negatieve deeltjes die in een baan om de kern van het atoom draaien. De massa is zo klein dat het als wegwerpbaar wordt beschouwd. Normaal gesproken is het aantal elektronen in een atoom hetzelfde als dat van protonen, dus beide ladingen heffen elkaar op.
De elektronen van verschillende atomen zijn verbonden door de Coulomb- kracht (elektrostatisch), en wanneer ze worden gedeeld en uitgewisseld van het ene atoom naar het andere, veroorzaakt het de chemische bindingen. Er zijn elektronen die vrij kunnen zijn, zonder aan een atoom vast te zitten; en degenen die eraan zijn gekoppeld, kunnen banen van verschillende afmetingen hebben (hoe groter de straal van de baan, hoe groter de energie die erin zit).
Het elektron is een elementair deeltje, aangezien het een soort fermion (leptonen) is, en het bestaat niet uit een ander element.
Neutronen
Het is het subatomaire neutrale deeltje van het atoom, dat wil zeggen, het heeft dezelfde hoeveelheid positieve en negatieve lading. Zijn massa is iets hoger dan die van protonen, waarmee het de kern van het atoom vormt.
Net als protonen zijn neutronen samengesteld uit drie quarks: twee dalen of dalen met lading -1/3 en één stijgend of omhoog met lading +2/3, wat resulteert in een totale lading van nul, wat het neutraliteit geeft. Een neutron op zichzelf kan niet buiten de kern bestaan, aangezien de gemiddelde levensduur buiten de kern ongeveer 15 minuten is.
Het aantal neutronen in een atoom bepaalt niet de aard ervan, tenzij het een isotoop is.
Isotopen
Ze zijn een soort atomen waarvan de nucleaire samenstelling niet rechtvaardig is; dat wil zeggen, het heeft hetzelfde aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen. In dit geval zullen de atomen waaruit hetzelfde element bestaat verschillend zijn, gedifferentieerd door het aantal neutronen dat ze bevatten.
Er zijn twee soorten isotopen:
- Natuurlijk, gevonden in de natuur, zoals in het geval van het waterstofatoom, dat er drie heeft (protium, deuterium en tritium); of het koolstofatoom, dat er ook drie heeft (koolstof-12, koolstof-13 en koolstof-14; elk met verschillende hulpprogramma's).
- Kunstmatig, die worden geproduceerd in gecontroleerde omgevingen, waarin subatomaire deeltjes worden gebombardeerd, die onstabiel en radioactief zijn.
Er zijn stabiele isotopen, maar die stabiliteit is relatief, want hoewel ze op dezelfde manier radioactief zijn, is hun desintegratie lang in vergelijking met het bestaan van de planeet.
Hoe de elementen van een atoom worden gedefinieerd
Een atoom wordt gedifferentieerd of gedefinieerd door verschillende factoren, namelijk:
- Aantal protonen: de variatie in dit aantal kan resulteren in een ander element, aangezien het bepaalt tot welk chemisch element het behoort.
- Aantal neutronen: specificeert de isotoop van het element.
De kracht waarmee de protonen de elektronen aantrekken is elektromagnetisch; terwijl degene die protonen en neutronen aantrekt nucleair is, waarvan de intensiteit groter is dan de eerste, die positief geladen protonen van elkaar afstoot.
Als het aantal protonen in een atoom hoog is, zal de elektromagnetische kracht die ze afstoot sterker worden dan de nucleaire, is er een kans dat de nucleonen uit de kern worden verdreven, waardoor nucleaire desintegratie ontstaat, of wat ook bekend staat als radioactiviteit.; om later te resulteren in nucleaire transmutatie, wat de omzetting is van het ene element in het andere (alchemie).
Wat is een atomair model
Het is een schema dat helpt te bepalen wat een atoom is, zijn samenstelling, zijn distributie en de kenmerken die het presenteert. Sinds de geboorte van de term zijn er verschillende atomaire modellen ontwikkeld, waardoor we de structurering van materie beter kunnen begrijpen.
De meest representatieve atomaire modellen zijn:
Bohr atomair model
De Deense natuurkundige Niels Bohr (1885-1962) liet zich na studies bij zijn professor, de scheikundige en tevens natuurkundige Ernest Rutherford, door diens model inspireren om zijn eigen model bloot te leggen, waarbij hij het waterstofatoom als leidraad nam.
Bohr's atomaire model bestaat uit een soort planetair systeem, waarin de kern zich in het midden bevindt en elektronen er als planeten omheen bewegen, in stabiele en cirkelvormige banen, waar de grotere meer energie opslaat. Het omvat de opname en emissie van gassen, de kwantisatietheorie van Max Planck en het foto-elektrische effect van
Albert Einstein
Elektronen kunnen van de ene baan naar de andere springen: als het van een lagere energie naar een andere met hogere energie gaat, zal het een kwantum aan energie vergroten voor elke baan die het bereikt; het tegenovergestelde gebeurt wanneer het van hogere naar lagere energie gaat, waar het niet alleen afneemt, maar ook verliest in de vorm van straling zoals licht (foton).
Het atomaire model van Bohr had echter gebreken, omdat het niet van toepassing was op andere soorten atomen.
Atoommodel van Dalton
John Dalton (1766-1844), wiskundige en scheikundige, was de pionier van de publicatie van een atomair model met wetenschappelijke basis, waarin hij stelde dat de atomen vergelijkbaar waren met biljartballen, dat wil zeggen bolvormig.
Het atoommodel van Dalton stelt in zijn benadering (die hij "atoomtheorie" noemde) vast dat atomen niet kunnen worden verdeeld. Het stelt ook vast dat de atomen van hetzelfde element identieke kwaliteiten hebben, inclusief hun gewicht en massa; dat hoewel ze kunnen worden gecombineerd, ze ondeelbaar blijven met eenvoudige relaties; en dat ze in verschillende verhoudingen kunnen worden gecombineerd met andere soorten atomen om verschillende verbindingen te creëren (vereniging van twee of meer soorten atomen).
Dit atomaire model van Dalton was inconsistent, omdat het de aanwezigheid van subatomaire deeltjes niet verklaarde, aangezien de aanwezigheid van het elektron en het proton onbekend was. Evenmin kon het de verschijnselen van radioactiviteit of de stroom van elektronen (kathodestralen) verklaren; bovendien houdt het geen rekening met isotopen (atomen van hetzelfde element met verschillende massa).
Atoommodel van Rutherford
Dit model, opgevoed door de natuurkundige en chemicus Ernest Rutherford (1871-1937), is een analogie met het zonnestelsel. Rutherfords atoommodel stelt vast dat het hoogste percentage van de massa van het atoom en zijn positieve deel in zijn kern (midden) wordt gevonden; en het negatieve deel of de elektronen draaien er omheen in elliptische of cirkelvormige banen, met een vacuüm ertussen. Zo werd het het eerste model dat het atoom scheidde in kern en schil.
De natuurkundige voerde experimenten uit, waarin hij de hoek van de verstrooiing van de deeltjes berekende wanneer ze een bladgoud raakten, en merkte op dat sommige onder afwijkende hoeken stuiterden, en concludeerde dat hun kern klein moest zijn maar een grote dichtheid. Dankzij Rutherford, die een leerling was van JJ Thomson, bestond ook het eerste idee over de aanwezigheid van neutronen. Een andere prestatie was het opwerpen van vragen over hoe positieve ladingen in de kern bij elkaar konden blijven in zo'n klein volume, wat later leidde tot de ontdekking van een van de fundamentele interacties: de sterke kernkracht.
Rutherfords atomaire model was inconsistent, aangezien het in tegenspraak was met Maxwells wetten inzake elektromagnetisme; noch verklaarde het de verschijnselen van energiestraling in de overgang van een elektron van een hoge naar een lage energietoestand.
Thomson's atomaire model
Het werd blootgelegd door de wetenschapper en winnaar van de Nobelprijs voor natuurkunde in 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). Het atomaire model van Thomson beschrijft het atoom als een positief geladen bolvormige massa met elektronen erin, als een rozijnenpudding. Het aantal elektronen in dit model was voldoende om de positieve lading te neutraliseren, en de verdeling van de positieve massa en elektronen was willekeurig.
Hij experimenteerde met kathodestralen: in een vacuümbuis liet hij stroomstralen door met twee platen en produceerde een elektrisch veld dat ze afbuigde. Zo stelde hij vast dat elektriciteit uit een ander deeltje bestond; het bestaan van elektronen ontdekken.
Het atomaire model van Thomson was echter kort en werd nooit academisch geaccepteerd. Zijn beschrijving van de interne structuur van het atoom was onjuist, evenals de verdeling van ladingen, het hield geen rekening met het bestaan van neutronen en het was niet bekend over protonen. Evenmin verklaart het de regelmaat van het periodiek systeem der elementen.
Desondanks dienden zijn studies als basis voor latere ontdekkingen, aangezien uit dit model bekend was over het bestaan van subatomaire deeltjes.
Atoom massa
Weergegeven met de letter A, wordt de totale massa van de protonen en neutronen in een atoom atoommassa genoemd, zonder rekening te houden met de elektronen, omdat hun massa zo klein is dat deze kan worden weggegooid.
Isotopen zijn variaties van atomen van hetzelfde element met hetzelfde aantal protonen, maar met een verschillend aantal neutronen, dus hun atomaire massa zal anders zijn, zelfs als ze erg op elkaar lijken.
Atoomnummer
Het wordt weergegeven door de letter Z en verwijst naar het aantal protonen in een atoom, dat hetzelfde aantal elektronen bevat. Het periodiek systeem der elementen van Mendelejev uit 1869 is gerangschikt van klein naar groot volgens atoomnummer.
