Title: 3.1. Estructura de l'àtom: models atòmics, representació.
Course: Física i química 3r ESO 1r T

L'àtom

L'àtom

Com de petit és un àtom?

Abans d'entrar en matèria (i potser mai més ben dit!) mirem aquest vídeo de TED education, de només 5 minuts on se'ns explica com de petit és un àtom.

Els àtoms, com ja hem anat veient, són les porcions o partícules més petites de matèria que conserven les propietats característiques d'un element.

Un àtom amb Z=3 és un àtom de liti, no pot ser un altre àtom, per petit que sigui, l'àtom de liti serà la part més petita que podrem considerar que segueix sent liti. Podem dir el mateix si agafem un electró del liti? podem assegurar que aquell electró (que és una partícula molt més petita) conserva les propietats del liti un cop l'hem extret? els electrons, els neutrons, els protons, per si sols podrien correspondre a qualsevol àtom, junts i en les condicions i nombre adequats, formen partícules amb característiques pròpies. Aquestes partícules són els àtoms.

Si agaféssim un tros de ferro i el féssim petit, petit, petit... 🤏 tan petit que semblés que no li puguem fer més, segurament aquella partícula de ferro contrindria encara milers i milers i milers d'àtoms de Ferro, de fet, si agafem un tros de Ferro de 55,8 grams tindrien exactament 6,022·10^23 grams de Ferro. De moment, ens ho hem de creure! més endavant veurem per què. No oblideu aquest nom: Avogadro.

Drets de la imatge: imatge lliure de drets d’autor sota sota llicència Creative Commons - Piqsels

💡 [Curiositats] El que observeu a la imatge que il·lustra aquests continguts són làmines de grafè. El grafè està format per làmines de Carboni. El Carboni és un element molt versàtil, present en totes les molècules orgàniques (a la química orgànica se l'anomena també química del carboni). Segons com es distribueix en l'espai pot formar estructures tan conegudes com el carbó mineral (grafit) que utilitzem per escriure deixant com a làmines de pols sobre el paper, o per fer brasa, o tan valuoses com els diamants o amb tant de futur com el grafè (que és un material derivat del grafit però format tan sols per una capa de carboni del tamany d'un àtom i que s'obté molt fàcilment a nivell de laboratori a partir del grafit amb cinta adhesiva fent això un centenars de cops!). Aquest grafè, però, no té propietats estables del tot i s'ha de seguir investigant, però el que sí que es sap és que les seves propietats són diferents de les del grafit: presenta una gran resistència, transparència i una elevadíssima conductivitat elèctrica de manera que el seu potencial tecnològic és molt rellevant, sobretot pel que fa a l'ús en pantalles fines de dispositius que podrien projectar informació.

+ Info Del grafit al grafè: una nova era tecnològica basada en el carboni - UPCTV.

Models atòmics. Una mica d'història.

Models atòmics

El concepte d'àtom no sempre ha estat del tot clar, com en tot, en ciència, va evolucionant i segurament podríem dir que no podem estar mai al 100% segurs de tenir una teoria exacta que doni respostes exactes en tot.

De fet.... la matèria en sí mateixa és neutra però...

- La matèria és capaç d'electritzar-se
- Per tant, la materia té partícules que permeten conduir l'electricitat...

La llista que veureu a continuació no és qüestió ni d'aprendre-la ni d'estudiar-la en sí mateixa. Tan sols és per adonar-se'n del que acabem de comentar: la ciència evoluciona, i els models científics es van construint uns sobre els altres, amb les idees que els precedeixen. De vegades fent passes endarrere, de vegades endavant. És això el que ha permès a la ciència evolucionar i portar-nos a explorar nous horitzons i conèixer més el nostre Univers.

Imatge: aire - aigua - foc - terra. Imatge lliure de drets d’autor sota sota llicència Creative Commons - Piqsels

- Mosco de Sidó (s. XIII-XII aC) (Fenícia) ja parlava de partícules indivisibles abans de la de la Guerra de Troya.
- Leucip (S. V aC) (Grècia)  va dir que no podia ser que la matèria fos divisible de manera infinita.
- Demòcrit (deixeble de Leucip) (S. V aC) (Grècia)  va afirmar que la realitat està constituïda tan per àtoms com per buit entre els àtoms.
- Epicuri (s. IV aC) (Grècia)  va dir que l'atzar era inherent al moviment dels àtoms.
- Kanada (s. IIaC) (Índia) suggeria, igual que Empèdocles i Aristòtil, que les partícules més petites de la terra estaven formades per quatre elements fonamentals: terra, aire, aigua i foc, excepte l'epai, el temps, l'éter i l'esperit i l'ànima.
- John Dalton (1808) (Anglaterra) fent ús del mètode científic, va dir que l'àtom era la partícula més petita, indivisible i inalterable que existia. En aquell moment s'aproximava força a la idea que es necessitava per explicar la matèria, però si l'àtom era la partícula més petita, com s'explicava que alguns elements conduïssin l'electricitat i altres no? hi havia d'haver alguna cosa que feia que el corrent elèctric passés més fàcilment o no.
- Gilbert Lewis (1902-1916) (EEUU) va proposar un model cúbic pels àtoms.
- Hantaro Nagaoka (1903) (Japó) va suggerir que els àtoms tenien partícules al voltant formant una mena de satèl·lits en forma d'anell, com Saturn.
- Joseph Thomson (1904) (Anglaterra) proposava el model del pastís de panses on els electrons (corpuscles de carregues negatives) quedaven empastats al nucli.
- Jean Perrin (1907) (França) va fer una proposta atòmica platenària: va demostrar que hi havia càrregues negatives, a través de rajos catòdics, que es transferien al voltant de l'àtom. Al centre hi havia un nucli carregat positivament
- Ernest Rutherford (1911) (Novazelanda) va experimentar amb una làmina fina d'Or on va projectar partícules alfa (àtoms d'Heli) va comprovar que algunes partícules es desviaven, confirmant que xocaven contra alguna cosa que les desviava, altres cops no es desviaven gens, per tant, molta part de l'àtom estava buit!
- Niels Bohr (1913) (Dinamarca) va suposar que els electrons seguien òrbites circulars ordenades per nivells d'energia. Això va suposar ll'inici de la mecànica quàntica ja que el model era vàlid per l'àtom d'hidrogen però no podia explicar altres àtoms.
- Arnold Sommerfeld (1916)  (Alemània)  va ampliar la recerca de Bohr afegint que existien subnivells dins un mateix nivell energètic i a més que els electrons podien agafar velocitats properes a les velocitats de la llum.
- Erwin Schrödinger (1926) (Alemània)  va descriure el moviment de l'electró en forma de probabilitats i segons un comportament ondulatori.
- James Chadwick (1932) (Anglaterra) va descobrir el neutró que ja havia predit Rutherford el 1020.
- Paul Dirac i Pascual Jordan (1928) (Anglaterra - Alemània) van fer una versió relativista de Schrödinger introduint el concepte d'spin (un altre nivell quàntic que indica com es disposarà de l'electró dins l'orbital, de manera que en un sol nivell només trobarà un electró)

En aquest fil de twitter d'en Carlos Pazos podreu veure tota aquesta mateixa descripció en imatges ( veure )

🎥 [Vídeo] En aquest vídeo podeu veure una descripció més àmplia i amb animacions sobre els diferents models atòmics, encara que en anglès (podeu posar subtítols, però per què no els poseu també en anglès?)