L'Àtom: Models, Isòtops, Radioactivitat i Energia Nuclear
Primeres Teories Atòmiques
A la Grècia del segle V a.C. van sorgir dues teories principals:
- Aristòtil: La matèria és contínua i està formada per 4 elements: aire, terra, foc i aigua.
- Demòcrit: La matèria està formada per partícules indivisibles anomenades àtoms.
Teoria Atòmica de Dalton
La matèria està formada per partícules molt petites i indivisibles anomenades àtoms.
- Cada element químic té àtoms idèntics, però diferents dels àtoms d'altres elements químics.
- Cada compost està format per la unió d'àtoms de diferents elements, sempre del mateix tipus i en la mateixa proporció.
Representacions d'àtoms segons Dalton:
- Oxigen: rodona blanca
- Hidrogen: rodona amb punt
- Nitrogen: rodona partida en 2
- Carboni: rodona negra
- Sofre: rodona partida en 4
Classificació de la Matèria
La matèria es classifica en:
- Substàncies pures:
Elements
No es poden descompondre en substàncies més senzilles; només estan formats per un tipus d'àtom.
Compostos
Es poden descompondre en substàncies més senzilles; estan formats per àtoms de més d'un tipus.
- Mescles
Descobriment de l'Electró (Thomson)
J. J. Thomson descobreix una partícula més petita que l'àtom: l'electró.
- Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques: positiva i negativa.
- Les càrregues de diferent signe s'atreuen i les de mateix signe es repel·leixen.
- Com més petita sigui la distància entre càrregues, més gran és la força d'atracció o repulsió.
- Les càrregues poden passar d'un lloc a un altre.
Model Atòmic de Thomson
L'electró té càrrega negativa. Perquè l'àtom sigui neutre, la resta de l'àtom ha de tenir càrrega positiva (model del 'púding de panses').
Experiment de Rutherford
Rutherford va utilitzar la radioactivitat (radiació alfa, partícules positives) per bombardejar una fina làmina d'or.
Model Atòmic de Rutherford
Basat en el seu experiment, Rutherford va proposar que:
- L'àtom té un nucli on es concentra gairebé tota la massa i la càrrega positiva.
- Aquest nucli és petitíssim en comparació amb la resta de l'àtom.
- Els electrons negatius giren al voltant del nucli.
- El nucli atòmic està format per dues partícules: protons (positius) i neutrons (neutres).
Model Atòmic Actual
Conceptes clau del model actual:
- Nombre atòmic (Z): És el nombre de protons (p+) que té l'àtom. Defineix l'element químic.
- Nombre màssic (A): És el nombre de protons (p+) + el nombre de neutrons (n0).
- Nombre de neutrons (N): N = A - Z.
Isòtops i Representació Química
Cada element químic té un nombre atòmic (Z) determinat, i cada Z correspon a un element químic. Tots els àtoms d'un element tenen el mateix nombre de protons al nucli.
En un mateix element, podem trobar àtoms que tinguin diferent nombre de neutrons al nucli. Pesen diferent i tenen diferent nombre màssic (A). Els diferents tipus d'àtoms d'un mateix element s'anomenen isòtops.
Càlcul de Partícules Atòmiques
En la representació d'un àtom (AXZ):
- Z = Nombre de protons (p+).
- En un àtom neutre, Nombre d'electrons (e-) = Nombre de protons (p+) = Z.
- A = Nombre màssic = Protons (p+) + Neutrons (n0).
- Nombre de neutrons (n0) = A - Z.
Radioisòtops i Radioactivitat
Es va descobrir que algunes substàncies emetien una radiació desconeguda. Més tard es va veure que els responsables d'aquesta radiació eren uns isòtops que eren inestables i es desintegraven emetent radiació.
Aquests isòtops se'ls va anomenar radioisòtops i la radiació emesa, radioactivitat.
Tipus de Radiació
Els principals tipus de radiació emesa són:
- Alfa (α): Són nuclis d'heli (2 p+, 2 n0). Són poc penetrants.
- Beta (β): Són electrons (e-) emesos a gran velocitat. Són més penetrants que l'alfa.
- Gamma (γ): És radiació electromagnètica (com la llum, però molt més energètica). És molt penetrant.
La radiació es pot utilitzar en medicina per a proves diagnòstiques o tractar el càncer.
Energia Nuclear
Els nuclis dels àtoms poden produir molta energia.
Fissió Nuclear
Trenquem un nucli pesat (com l'Urani) per obtenir-ne dos de més lleugers.
Avantatges:
- Produeix molta energia.
- No emet gasos d'efecte hivernacle (no contamina l'aire).
Inconvenients:
- Produeix residus radioactius de llarga durada.
- L'urani és un recurs limitat (no és sostenible a llarg termini).
Fusió Nuclear
Unim dos nuclis lleugers (com isòtops d'hidrogen) per formar-ne un de més pesat.
Avantatges:
- Dona molta més energia que la fissió.
- No genera residus radioactius de llarga durada.
- El combustible (isòtops d'hidrogen) és abundant.