1

A  T  O  M  U  L


 
    Atomul este cea mai mică particulă a unui element chimic. Diametrul atomului este cuprins, aproximativ între 0,8 Å pentru elementele uşoare şi 3 Å pentru elemnetele grele. În contrast cu vechea lor reprezentare, atomii au o structură complexă, căreia i se datorează varietatea proprietăţilor fizice şi chimice. În antichitate atomul a fost reprezentat de gânditori mate-rialişti, ca Leu-cip, Democrit, Epicur şi Aris-totel. Conform teoriei lui Aris-totel: „ orice corp poate fi divizat în părticele oricât de mici fără ca prin aceasta să i se altereze substanţa. Nu se poate arăta o parte atât de mică dintr-o mărime, încât din ea să nu mai putem obţine, prin diviziune, una şi mai mică ”.
    De-a lungul evoluţiei cunoştinţelor acumulate şi a tehnicii aflate la dispoziţia omului s-au creat mai multe modele a ceea ce se credea a fi modelul perfect al atomului.
    MODELUL SFERIC Conform acestui model, atomilor le revin următoarele proprietăţi: atomii au formă sferică, atomii sunt complet elastici (la o ciocnire cu alţi atomi energia lor cinetică nu se transformă în alte forme de energie) şi atomii aceluiaşi fel de substanţă au aceeaşi mărime şi aceeaşi masă. Atomii au fost deci imaginaţi ca mici particule sferice în care masa este distribuită omogen. Reprezentarea atomului caracteri-zată prin cele 3 proprietăţi enumerate se numeşte modelul sferic al atomului.
    MODELUL ATOMIC THOMSON În anul 1904 J.J. Thomson (1856-1940) a dezvoltat un model conform căruia atomul constă dintr-o masă încărcată pozitiv şi distribuită omogen sub formă de sferă. În această masă sunt încorporate în unele locuri sfere mult mai mici, cu sarcină negativă – electronii. Numărul lor este atât de mare încât sarcina lor negativă totală este egală cu sarcina pozitivă a restului atomului. De aceea, în exterior atomul este neutru din punct de vedere electric. Când se separă un electron, restul atomului rămâne pozitiv. Cu ajutorul acestui model atomic, se explică de ce la condicţia electrică în metale participă electronii şi nu atomii reziduali.
    MODELUL ATOMIC RUTHERFORD
O extindere a modelului lui Thomson a fost întreprinsă în 1911 de către Rutherford (1871-1937). Bazându-se pe experienţele lui H. Hertz, Lenard, Geiger, Rutherford a elaborat un model atomic nou care are următoarele proprietăţi: aproape toată masa atomului este concentrată în interior într-un volum mic, nucleul atomic. Acest nucleu atomic are un diametru de 10-14 - 10-15  faţă de diametrul de 10-9 - 10-10 m al întregului atom; nucleul este încărcat pozitiv. El este înconjurat de un înveliş de electroni care fac ca, faţă de exterior, atomul să fie neutru din punct de vedere electric; electronii sunt reţinuţi de nucleu prin forţe electrostatice. O mişcare circulară în înveliş împiedică electronii să cadă pe nucleu. Atracţia electrostatică acţionează ca forţă centripetă. Rutherford a calculat traiectorii hiperbolice pentru cazul unei particule în câmpul unui nucleu atomic. El a obţinut o ecuaţie care descrie împrăştierea unui fascicul paralel de raze α la trecerea printr-o foiţă metalică de aur. Cu ajutorul acestei ecuaţii s-a demonstrat că numărul de ordine care îi revine unui element chimic în sistemul periodic este egal cu numărul de sarcină Z  al nucleului său. Prin reprezentarea atomului dată de Rutherford s-a introdus pentru prima dată noţiunea de nucleu atomic. El primeşte Premiul Nobel pentru chimie în 1908.
    Datele experimentale privind structura complexă a atomului au fost cele legate de: descoperirea electronului, descoperirea nucleului, a nivelelor energetice. Existenţa şi mişcarea electronilor în atomi s-a explicat prin mai multe teorii, dar multe sunt depăşite sau sunt de domeniul istoric. Teoria care a reuşit să explice în cea mai mare parte comportarea electronului în atom şi toate proprităţile substanţelor se bazează pe calculul mecano-cuantic asupra învelişului de electroni.
    TEORIA CUANTELOR Max Planck stabileşte că un corp fierbinte nu poate să emită sau să absoarbă lumină de o anumită lungime de unde în cantităţi arbitrare, ci poate să emită sau să absoarbă o anumită cuantă (cantitate) de energie luminoasă de o undă dată. Emiterea sau absorbţia de energie de către substanţe se face pe baza schimbului energetic suferit de electronii din atomi. Deoarece substanţele nu pot absorbi sau emite decât anumite cantităţi de energie, înseamnă că electronul când există în atom nu poate avea decât anumite energii. De aici reiese un adevăr foarte important: în spaţiul atomic electronul are energia cuantificată. Absorbţia de energie radiantă constă în trecerea electronului de la un nivel energetic inferior la unul superior. Emisia este datorată unei treceri inverse. Cantitatea de energie luminoasă W, de lungime de undă λ absorbită sau emisă într-un singur act nu este o cantitate constantă (ca de exemplu sarcina electronului), ci valoarea ei este proporţională cu frecvenţa ν a radiaţiei absorbite sau emise:
             ν = C / λ ;  W = h • ν , unde h este constantă universală , numită constanta lui Planck, are dimensiunile unei acţiuni [energie] × [timp] = 6,6256 • 10-34 j.s. (±0,0005 • 10-34  j.s.). În afara atomului electronul poate avea toată gama de energii posibile.energia electronului în afara atomului este necuantificată.
    TEORIA ONDULATORIE În mecanica cuantică, reţinându-se la descrierea clasică a unui mobil prin poziţia şi viteza sa, se afirmă că tot ce se poate şti despre o Întrucât azotul din cameră nu conţinea H, protonul trebuia să fi fost eliberat în locul de bifurcare. Aceasta l-a dus pe Rutherford la interpretarea corectă a proceselor. În locul de bifurcare, particula α a pătruns într-un nucleu de azot. A avut loc o reacţie nucleară, nucleul de azot preluând particula α şi cedând în schimb un proton. Conform legii conservării sarcinii, sercina nucleului nou format trebuie să fie cu o unitate elementară mai mare.particulă în mişcare se reduce la cunoaşterea unei funcţii matematice complexe ψ de cele trei coordonate şi timp: ψ (x, y, z, t), denumită funcţie de undă a particulei.
    Louis de Broglie (1924), pornind de la dualitatea undă – corpuscul sub care apare lumina, şi–a propus să studieze dacă această dualitate nu se manifestă şi la particule ca: electroni sau atomi.
    Fotonul ca particulă posedă o masă.                               
                    m = h• ν /c2
    Lungimea de undă a radiaţiei luminoase se exprimă cu ajutorul relaţiei:
                   λ = c / ν
    Dezintegrarea radioactivă naturală demonstra că nucleele atomice nu sunt indivizibile. De la această descoperire încoace, ţelul cercetării era de a găsi căi şi mijloace pentru a modifica compoziţia nucleelor atomice prin intervenţii. Prima transformare nucleară artificială i-a reuşit lui Rutherford în anul 1919. Iradiind într-o cameră Wilson  azot cu particule α emise de Ra – C , astfel obţinând fotografia primului nucleu modificat prin transmutaţie nucleară. Rezultatul izbitor reprezentat în fotografie este urma unei particule α care se bifurcă într-o urmă scurtă groasă şi una mai lungă şi subţire. În interpretarea acestei observaţii, Rutherford a pornit de la urma lungă şi subţire.judecând dupăputerea ei de ionizare, acesta nu a putut fi produsă decât de un proton, adică un nucleu de hidrogen. O reacţie nu-cleară este declanşată prin pă-trunderea unui pro-iectil nu-clear în nucleul atomic. Proiectilele nucleare uzuale sunt particulele α   He, protonul, deuteronul, neutronul şi cuanta γ. Nucleul intermediar instabil se transformă din nou după un timp foarte scurt.
    Două tipuri de reacţie importante sunt: a) reacţia de captură: particula bombardantă rămâne în nucleu. Nucleul puternic excitat nu-i mai dă drumul ci trece în starea sa fundamentală prin emisie de radiaţie γ. b) reacţia de schimb: particula bombardantă rămâne în nucleu iar în locul ei se emite alta. Emisia noii particule este însoţită adesea de radiaţie γ.
    În urma dezintegrării β creşte sau scade numărul atomic după cum atomul emite un electron sau un pozitron. Tranziţia izometrică în urma căreia se modifică numai energia internă a nucleului şi fisiunea spontană în urma căreia nucleele grele se sparg în două sau mai multe fragmente cu mase aproximativ egale şi se emit câţiva neutroni. Prin aceasta se produce o degajare de energie care face ca temperatura unui preparat radioactiv să fie mai mare decât cea a mediului ambiant. Radioactivitatea este un fenomen specific nuclear, nefiind influenţat de condiţiile exterioare ca: temperatură, presiune, câmpuri electrice sau magnetice, stare de agregare. În medie viteza de dezintegrare este proporţională cu numărul de nuclee existente în acel moment, ceea ce înseamnă că numărul mediu de nuclee radioactive descreşte după o lege exponenţială. Prin bombardarea nucleelor atomice ale unor elemente cu anumite particule pot fi obţinuţi izotopi radioactivi ce nu se găsesc în natură. Radiaţiile emise de elementele radioactive produc numeroase efecte cum ar fi: impresionarea plăcilor fotografice, ionizarea gazelor, provocarea luminiscenţei unor substanţe, amorsarea sau accelerarea unor reacţii chimice, distrugerea celulelor vii, sau a microorganismelor. Radioactivitatea are utilizări în cele mai diverse domenii (agricultură, industrie, medicină) utilizări care se bazează fie pe efectele produse de radiaţii asupra substanţei, fie pe identificarea substanţei radioactive. Între aplicaţiile mai importante sunt: analiza radiochimică, defectoscopia nedistructivă, tehnica reglajului automat, determinarea vârstei absolute a formaţiunilor geologice, tratarea unor boli, producerea energiei termice şi electrice în centralele nucleare.




Radioactivitatea artificială a fost descoperită de soţii Irène şi Frédéric Joliot-Curie în 1934.