Models Atòmics: De Dalton a la Física Quàntica

1. Models Atòmics: Evolució Històrica

El model atòmic de Dalton

Segons Dalton, la matèria està formada per àtoms, que són esferes massisses indivisibles. Hi ha diferents classes d'àtoms, però tots els àtoms d'un mateix element químic són iguals. Els compostos es formen per la combinació d'àtoms d'elements diferents. En les reaccions químiques els àtoms no es modifiquen i s'intercanvien d'una substància a una altra.

El model atòmic de Thomson

Thomson (1856-1940) va demostrar que a l'interior dels àtoms hi ha una partícula amb càrrega elèctrica negativa, a la qual va anomenar electró. A partir d'aquest descobriment va proposar un model d'àtom format per una esfera de matèria carregada positivament a l'interior de la qual hi havia inserides les partícules negatives o electrons, la qual cosa donava com a resultat un àtom elèctricament neutre.

El model atòmic de Rutherford

Rutherford (1871-1937) va proposar un model atòmic en què l'àtom consta d'un nucli central molt petit, carregat positivament, que concentra la major part de la massa de l'àtom, i una escorça exterior, pràcticament «buida», formada d'electrons que descriuen òrbites al voltant del nucli.

El model atòmic de Bohr

L'any 1913, el físic danès Niels Bohr (1885-1962) va proposar un model atòmic basat en el model de Rutherford, segons el qual l'àtom està format per un nucli compacte amb càrrega elèctrica positiva i una escorça que envolta el nucli, amb els electrons situats en capes concèntriques, les quals corresponen a valors d'energia determinats. L'any 1916, el físic alemany Arnold Sommerfeld (1868-1951) va completar el model de Bohr afirmant que els electrons descriuen òrbites el·líptiques al voltant del nucli.

El model atòmic actual

• El nucli és molt petit respecte del volum total de l'àtom, i concentra gairebé tota la seva massa. El nucli té càrrega elèctrica positiva, i està format de:
  • Protons, partícules amb càrrega positiva
  • Neutrons, partícules sense càrrega elèctrica
• L'escorça és la zona que envolta el nucli, formada d'electrons, que tenen càrrega elèctrica negativa i una massa molt inferior a la massa del protó.
• L'àtom és elèctricament neutre: el nombre d'electrons de l'escorça és igual al nombre de protons del nucli.
• Segons la física quàntica, els electrons es comporten com a ona i com a partícula material. Aquest doble comportament fa que no puguem conèixer exactament la posició d'un electró: tan sols podem esbrinar la probabilitat que un electró es trobi en una regió de l'espai determinada, anomenada orbital.

2. Nombre Atòmic i Massa Atòmica

El nombre atòmic (Z) indica el nombre de protons que té l'àtom d'un element.

Z = nombre de protons = nombre d'electrons

El nombre màssic (A) indica la suma del nombre de protons i del nombre de neutrons (n) de l'àtom d'un element:

A = Z + n

La massa atòmica d'un element químic és la massa d'un àtom d'aquest element.

Els isòtops

Tots els àtoms d'un element químic tenen el mateix nombre de protons però poden tenir un nombre de neutrons diferent. És a dir, tenen el mateix nombre atòmic (Z), però poden tenir un nombre màssic (A) diferent. Els isòtops són àtoms d'un mateix element químic que tenen un nombre de neutrons diferent.