Models Atòmics i Radioactivitat: De Dalton a la Fusió Nuclear
La Teoria Atòmica de Dalton
La teoria atòmica clàssica estableix:
- Tota la matèria està formada per àtoms.
- Els àtoms són partícules microscòpiques i indivisibles.
- Els àtoms d'un mateix element són iguals entre si i diferents dels d'un altre element.
- Els àtoms de diferents elements es poden combinar per formar compostos.
Per què la llei de la indivisibilitat atòmica va resultar falsa?
El punt 2 de la teoria de Dalton va ser refutat perquè es va descobrir l'electró, una partícula amb càrrega elèctrica més petita que l'àtom. Això demostrava que l'àtom no era indivisible.
El Model Atòmic de Thomson (Púding de Panses)
Segons Thomson, l'àtom era una bola massissa carregada positivament on estaven inserits els electrons (el famós model del "púding de panses").
La neutralitat de l'àtom segons Thomson
Thomson va suposar que la massa de l'àtom havia de ser positiva perquè, com que els electrons són negatius, la càrrega total de l'àtom havia de ser neutra.
Com es valida una teoria científica?
Els científics utilitzen la demostració experimental per comprovar si les teories són certes o no.
L'Experiment Clau de Rutherford
L'experiment consistia a disparar un feix de partícules alfa contra una làmina d'or molt fina per observar què els passava a aquestes partícules.
Predicció segons el Model de Thomson
Si Thomson hagués tingut raó, moltes partícules s'haurien quedat enganxades als àtoms d'or i d'altres haurien sortit rebotades cap enrere.
Resultats de l'Experiment de la Làmina d'Or
La immensa majoria de les partícules va travessar sense problemes la làmina d'or. Unes quantes es van desviar i molt poques van rebotar cap enrere.
El Model Atòmic de Rutherford (Model Planetari)
Rutherford va construir un nou model d'àtom en què hi ha un nucli positiu al voltant del qual giren els electrons negatius, formant una esferra.
Distància entre el Nucli i els Electrons
La distància entre el nucli i els electrons és de 10.000 vegades la mida del nucli. Per exemple:
- Nucli: 1 m
- Àtom: 10.000 m
Dificultats del Model de Rutherford
Els científics van observar tres problemes principals en el model de Rutherford:
- Amb només protons (p+) i electrons (e-), no s'explica tota la massa d'un àtom.
- Les càrregues del mateix signe es repel·leixen, per tant, el nucli no seria estable.
- Tota càrrega en moviment perd energia (i els electrons haurien de caure al nucli).
El Model Atòmic de Bohr
El model de Bohr va intentar solucionar les deficiències de Rutherford:
- Els electrons giren al voltant del nucli en òrbites circulars definides.
- Mentre l'electró es troba en la seva òrbita, no perd ni guanya energia.
- En 1932, Chadwick va descobrir el neutró.
- Aquest model va solucionar els dos primers problemes del model de Rutherford.
Partícules Subatòmiques Fonamentals
- Protó (p+): Quantitat més petita de matèria amb càrrega positiva. El nombre de protons és igual al nombre atòmic (Z).
- Neutró (n): Quantitat més petita de matèria sense càrrega elèctrica. El nombre de neutrons és A - Z.
- Electró (e-): Quantitat més petita de matèria amb càrrega negativa. En un àtom neutre, e- = p+.
Estabilitat del Nucli Atòmic
Els protons tenen tendència a separar-se (per repulsió elèctrica), però es mantenen units al nucli gràcies als neutrons.
Què és la Força Nuclear?
És la força que manté units els protons i els neutrons dins del nucli.
Per què els electrons no cauen al nucli?
Els electrons haurien de caure cap al nucli (atracció positiva), però no ho fan perquè estan constantment en moviment al seu voltant.
Definició d'Element Químic
Els elements són aquelles substàncies homogènies que no es poden descompondre en cap de més simple, ja que estan formats per un sol tipus d'àtom.
Nombre Atòmic (Z)
És el nombre de protons dels àtoms d'un mateix element. No hi ha dos elements que tinguin el mateix nombre atòmic.
Nombre Màssic (A)
És la suma de protons i neutrons. Es representa amb una A majúscula.
Isòtops
Són àtoms que tenen el mateix nombre de protons (mateix element) però diferent nombre de neutrons.
Ions
Un ió és un àtom carregat elèctricament perquè perd o guanya electrons.
Radioactivitat: Descobriment i Tipus
Substàncies Radioactives
Són substàncies que emeten radiacions de manera natural. Aquest fenomen va ser descobert pel físic francès Becquerel.
Quins tipus de substàncies són radioactives?
Normalment són isòtops amb excés de neutrons, ja que això fa que el nucli sigui inestable.
Tipus de Radiació
- Radiació Alfa (α): Són nuclis d'heli (He). No poden travessar un full de paper.
- Radiació Beta (β): Són electrons. Poden travessar un full de paper o la pell, però no travessen un full d'alumini.
- Radiació Gamma (γ): Són ones electromagnètiques. Només poden ser aturades per una pantalla de plom.
Perill de les Partícules Radioactives
Són perilloses perquè la radioactivitat que produeixen pot ser letal.
Fissió Nuclear
La fissió vol dir tallar o dividir.
El Procés de la Fissió d'un Nucli
Els nuclis poden rebre una ajuda externa per desintegrar-se. Si es disparen neutrons contra un element radioactiu, aquest es desintegra alliberant energia i més neutrons. Aquests neutrons, al seu torn, impacten altres nuclis, trencant-los i alliberant més energia i més neutrons (reacció en cadena).
Usos de la Fissió Nuclear
La fissió s'utilitza per generar energia elèctrica i per moure determinats vehicles, com ara les naus espacials.
Usos Negatius de l'Energia Nuclear
Un exemple tràgic és la bomba atòmica llançada sobre Hiroshima, que va causar la mort de 211.000 persones.
Fusió Nuclear
La fusió nuclear és la unió de dos àtoms lleugers per formar-ne un de més pesant.
Avantatges de la Fusió
- Aquesta energia no genera residus radioactius, sent més neta que la fissió.
- L'energia alliberada per fusió és molt més gran que la que s'allibera per fissió.
On es produeix la Fusió Nuclear de manera natural?
La fusió nuclear és el procés que fa funcionar els estels i el Sol, sent la responsable de la llum i la calor solar.
Formació d'Àtoms als Estels
Els àtoms de tots els elements es formen a partir de l'hidrogen, que és l'únic element que existia a l'inici de l'univers.
Origen dels Àtoms dels Planetes
Els àtoms que formen els planetes provenen de l'explosió dels estels, on els elements es van unir i dispersar.