Un atome est la plus petite unité de particules existant sous la forme d'une substance simple et peut intervenir dans une combinaison chimique. Au cours des siècles, les connaissances limitées qui avaient sur l'atome, n'étaient que l'objet de conjectures et d'hypothèses, raison pour laquelle des données concrètes ne pouvaient être obtenues que de nombreuses années plus tard. Aux XVIIIe et XIXe siècles, le scientifique anglais John Dalton a suggéré l'existence d'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
Il s'agit de l' unité minimale de matière, composée de solides, de liquides et de gaz. Les atomes se regroupent, pouvant être du même type ou différents, pour former des molécules qui, à leur tour, constituent la matière dont sont composés les corps existants. Cependant, les scientifiques ont déterminé que seulement 5% de la matière existante dans l'univers est constituée d'atomes, car la matière noire (qui occupe plus de 20% de l'univers) est composée de particules inconnues, ainsi que de l'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 avant JC) et Épicure (341-270 avant JC).
Ces philosophes qui, sans avoir expérimenté, dans la recherche d'une réponse à la question de savoir de quoi nous sommes faits et à l'explication de la réalité, ont conclu qu'il était impossible de diviser la matière à l' infini, qu'il devait y avoir un "chapeau", ce qui signifiait que il aurait atteint la limite minimale de tout ce qui est fait. Ce "sommet" s'appelait un atome, car cette particule minimale ne pouvait plus être divisée et l'univers en serait composé, il faut ajouter que ce concept est toujours préservé aujourd'hui quand on parle 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 le «nucléon»), et au moins 99, 94% de sa masse se trouve dans ledit noyau. Les 0, 06% restants sont constitués des électrons en orbite 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 elle sera déterminée 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 mille millionième de mètre ) que si un objet devait être divisé beaucoup de fois, il ne resterait plus rien de la matière dont il était composé, mais plutôt les atomes des éléments qui, 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, sauf dans des conditions spéciales et contrôlées. Ces particules sont: les électrons, qui ont une charge négative; les protons, qui ont une charge positive; 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 des électrons en orbite autour du noyau.
Protons
Cette particule se trouve dans le noyau de l'atome, faisant partie des nucléons, et sa charge est positive. Ils fournissent environ 50% de la masse de l'atome, et sa masse équivaut à 1836 fois celle d'un électron. Cependant, leur masse est 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).
La quantité de protons dans un atome est décisive pour définir le type d'élément. Par exemple, l'atome de carbone a six protons, tandis qu'un atome d'hydrogène a un seul proton.
Electrons
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, la quantité d'électrons dans un atome est la même que les protons, donc les deux charges s'annulent.
Les électrons de différents atomes sont liés ensemble par la force coulombienne (électrostatique), et en partageant et en échangeant d'un atome à un autre, il provoque des liaisons chimiques. Il y a des électrons qui peuvent être libres, sans être attachés à aucun atome; et ceux qui sont liés à un, 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 aucun autre élément ne le constitue.
Neutrons
C'est la particule subatomique neutre 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 constitués de trois quarks: deux descendants ou descendants avec une charge de -1/3 et un ascendant ou ascendant avec une charge de +2/3, résultant en une charge totale de zéro, ce qui lui confère 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.
Isotopes
Ils sont un type d'atome, 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 dans le cas de l'atome d'hydrogène, qui en a trois (protium, deutérium et tritium); ou l'atome de carbone, qui en possède également trois (carbone-12, carbone-13 et carbone-14; chacun ayant des utilités différentes).
- Artificielles, qui sont produites 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 également radioactifs, leur période de décroissance 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.
- Quantité 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 à la première, 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 le nucléaire, il y a une probabilité que les nucléons soient expulsés du noyau, provoquant une désintégration nucléaire, ou ce qu'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:
Le 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 économise 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 moindre à une autre d'énergie supérieure, il augmentera un quantum ou une quantité d'énergie pour chaque orbite qu'il atteint; l'inverse se produit lorsqu'elle passe d'une énergie supérieure à une énergie inférieure, où non seulement elle diminue, mais elle la perd sous forme de rayonnement sous forme de lumière (photon).
Cependant, le modèle atomique de Bohr était défectueux, car il n'était pas applicable à d'autres types d'atomes.
Le modèle atomique de Dalton
John Dalton (1766-1844), mathématicien et chimiste, a lancé la publication d'un modèle atomique à base scientifique, dans lequel il a expliqué que les atomes étaient similaires aux boules de billard, c'est-à-dire sphériques.
Le modèle atomique de Dalton déclare 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 différents composés (union de deux types d'atomes ou plus).
Le modèle atomique de Dalton était incohérent, car il n'expliquait pas la présence de particules subatomiques, car la présence de l'électron et du proton était inconnue. Il était également incapable d'expliquer les phénomènes de radioactivité ou le courant d'électrons (rayons cathodiques); De plus, il ne prend pas en compte les isotopes (atomes du même élément de masse différente).
Le 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 sa partie positive se trouvent dans son noyau (centre); et la partie négative, ou électrons, tourne 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 croûte.
Le physicien a effectué des expériences, dans lesquelles il a calculé l'angle de dispersion des particules en les heurtant contre une feuille d'or, et a noté que certains rebondissaient à des angles incongrus, concluant que leur noyau devait être petit mais de haute densité. Grâce à Rutherford, qui était un étudiant de JJ Thomson, la première notion de la présence de neutrons a également eu lieu. Une autre réalisation a été de soulever des questions sur la façon dont les charges positives dans le noyau pourraient rester ensemble dans un si petit volume, ce qui a conduit plus tard à la découverte d'une des interactions fondamentales: la force nucléaire puissante.
Le modèle atomique de Rutherford était incohérent, car il contredisait les lois de Maxwell sur l'électromagnétisme ; elle n'expliquait pas non plus les phénomènes de rayonnement énergétique lors de la transition d'un électron d'un état de haute à basse énergie.
Le modèle atomique de Thomson
Il a été exposé par le scientifique et lauréat du prix Nobel de physique en 1906, Joseph John Thomson (1856-1940). Le modèle atomique de Thomson décrit l'atome comme une masse sphérique chargée positivement avec des électrons insérés en lui, 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 expérimente les rayons cathodiques: dans un tube à vide, il fait passer les rayons actuels avec deux plaques, produisant un champ électrique qui les dévie. 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, car il n'a jamais été accepté par les universitaires . Sa description de la structure interne de l'atome était incorrecte, de même que la répartition des charges, elle ne tenait pas compte de l'existence des neutrons et les protons étaient inconnus. Elle n'explique pas non plus la régularité du tableau périodique des éléments.
Malgré cela, ses études ont servi de base à des découvertes ultérieures, car à partir de ce modèle, l'existence de particules subatomiques était connue.
Masse atomique
Représentée par la lettre A, la masse totale des protons et neutrons contenus dans un atome, sans tenir compte des électrons, est appelée masse atomique, car sa masse est si petite qu'elle peut être jetée.
Les isotopes sont des variations d'atomes d'un même élément avec le même nombre de protons, mais un nombre différent de neutrons, de sorte que leur masse atomique sera différente même lorsqu'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 est le même nombre d'électrons qu'il contient . Le tableau périodique des éléments de Mendeléiev de 1869, est ordonné du moins au plus grand selon le numéro atomique.
