Evolució de la Teoria Atòmica: Des de Demòcrit fins al Model Quàntic

Teoria Atòmica Antiga: Demòcrit i Anaxàgores

La comprensió de la matèria ha evolucionat al llarg de la història. Dues de les primeres escoles de pensament que van abordar la seva composició van ser la pluralista i la monista.

Anaxàgores: La Teoria de les Homeomeries

Anaxàgores va proposar la teoria de les homeomeries, que es pot resumir en els següents punts:

1. Els cossos estan constituïts per homeomeries, partícules infinitesimament petites de diverses classes.
2. Un cos es diferencia d'un altre per la quantitat de cada tipus de partícules homeomèriques que el componen.
3. Una intel·ligència ordenada (Nous) va provocar l'agrupació d'aquestes partícules primordials, donant lloc als diferents tipus de cossos.

Demòcrit: La Teoria de l'Atomisme Físic

Demòcrit va desenvolupar la teoria de l'atomisme físic, que postulava l'existència d'àtoms a l'interior de la matèria:

1. Els àtoms es mouen en el buit de manera atzarosa. Aquest moviment genera remolins i xocs entre ells, que donen lloc a la formació de cossos.
2. La diferenciació entre els cossos es deu a la forma, posició i mida dels àtoms que els constitueixen.

Teoria Atòmica de Dalton (Mecanicista)

La teoria atòmica de Dalton es va basar en diverses lleis fonamentals de la química:

• Llei de Lavoisier: Conservació de la massa.
• Llei de Proust: Proporcions definides.
• Llei de Richter: Proporcions recíproques.
• Llei de Dalton: Proporcions múltiples.

Els postulats principals de la teoria de Dalton són:

1. Tots els elements de la matèria estan formats per àtoms.
2. Els àtoms de diferents elements són diferents en massa i propietats.
3. Els àtoms d'un mateix element són iguals en massa i propietats, però poden ser diferents (com en el cas dels isòtops).
4. Els compostos es formen per la unió d'àtoms en una relació constant i senzilla de nombres enters.
5. Una relació fixa d'àtoms determina propietats característiques i una massa de combinació atòmica constant.

Models Atòmics Primers

Model de Kelvin (1902)

El model de Kelvin proposava l'àtom com una esfera carregada positivament, amb electrons incrustats en ella, similar a un "púding de panses".

Model de J.J. Thomson (1904)

El model de J.J. Thomson, també conegut com el "model del púding de panses", descrivia l'àtom com una esfera carregada positivament, amb electrons encastats en ella per neutralitzar la càrrega.

Model de Nagaoka (1904)

El model de Nagaoka, inspirat en el sistema de Saturn, suggeria que l'àtom era un conjunt d'electrons que giraven al voltant d'un cos central carregat positivament, similar a un planeta amb anells.

Model Atòmic de Rutherford (1911)

El model de Rutherford va sorgir a partir del seu famós experiment de dispersió de partícules alfa (nuclis d'Heli carregats positivament) sobre làmines d'or. Aquest experiment va revelar que les partícules alfa xocaven contra un cos més massiu que elles, el que va portar a la següent proposta de model nuclear-planetari:

1. La massa de l'àtom està concentrada principalment en un nucli central.
2. La càrrega positiva de l'àtom radica en el nucli.
3. Els electrons (E-) giren en òrbites circulars al voltant del nucli.
4. La major part de l'àtom és espai buit.

Espectres Atòmics

Els espectres són el conjunt de radiacions electromagnètiques característiques de cada element químic. El seu origen es troba en l'estructura interna dels àtoms que els formen.

Espectres d'Emissió

Els espectres d'emissió provenen directament de la font emissora. Cada element emet un patró únic de línies de llum quan els seus àtoms són excitats.

Espectres d'Absorció

Els espectres d'absorció són espectres d'emissió que han travessat una matèria determinada. Aquesta matèria absorbeix certes radiacions, que desapareixen de l'espectre, creant línies fosques en el patró.

Model de Bohr (1913)

El model de Bohr va intentar resoldre les limitacions del model de Rutherford, especialment el fet que una partícula carregada elèctricament en moviment hauria d'emetre energia i, per tant, l'electró es precipitaria cap al nucli. A més, els diferents espectres d'emissió i d'absorció dels àtoms són discontinus, cosa que el model de Rutherford no podia explicar.

El model de Bohr es va desenvolupar principalment per a l'àtom d'Hidrogen (H), un àtom amb un sol electró, i es basa en els següents postulats:

1. L'electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars estables sense emetre ni absorbir energia. Això implica que la seva velocitat no varia i no es precipita sobre el nucli, mantenint un radi atòmic constant.
2. No hi pot haver òrbites amb valors d'energia intermedis entre les òrbites permeses. Les òrbites només poden tenir valors d'energia determinats (estats fonamental i excitats).
3. Perquè un electró passi d'una òrbita a una altra, ha d'haver una emissió o absorció d'energia entre els dos nivells energètics. Aquesta energia es correspon amb la diferència d'energia entre les òrbites.

Model Actual de l'Àtom (Mecanicoquàntic)

El model actual de l'àtom es basa en els principis de la mecànica quàntica i incorpora diverses hipòtesis fonamentals:

Hipòtesi de De Broglie (1924)

De Broglie va proposar la dualitat ona-partícula per a la matèria, estenent el concepte ja acceptat per a la llum:

• La llum presenta naturalesa ondulatòria (reflexió, refracció, difracció).
• La llum presenta naturalesa corpuscular (efecte fotoelèctric).
• Qualsevol partícula en moviment té una ona associada.

Principi d'Incertesa de Heisenberg (1927)

El principi d'incertesa de Heisenberg estableix que no es poden conèixer simultàniament i amb precisió la posició i el moment lineal (velocitat) d'un electró. Per tant, no es poden determinar les òrbites exactes dels electrons.

Equació de Schrödinger (1926)

L'equació de Schrödinger descriu el comportament de l'electró com una ona. Si l'electró té una ona associada, el seu comportament es descriu mitjançant una funció d'ona que permet calcular la probabilitat de trobar l'electró en una regió determinada de l'espai (orbital atòmic).