Teoria Atòmica i Energia Nuclear: Models, Isòtops i Aplicacions

Teoria Atòmica: Fonaments i Evolució

Els àtoms eren les partícules més petites en què es podia dividir la matèria.

La Teoria Atòmica de Dalton

• La matèria és formada per partícules extremadament petites, indivisibles i indestructibles anomenades àtoms.
• Cada element químic té tots els àtoms idèntics, però diferents dels d'altres elements químics.
• Cada compost químic és format per la unió d'àtoms de diferents elements, sempre del mateix tipus i en la mateixa proporció.

Conceptes Clau de la Teoria Atòmica

• Element químic: Substància que no es pot descompondre en altres de més senzilles, perquè és formada per un únic tipus d'àtom.
• Compost: És aquella substància que es pot descompondre en altres de més senzilles, perquè és formada per àtoms de més d'un tipus d'element.

L'electròlisi: Servia per descompondre una substància pura en els seus elements.

Models Atòmics: De Dalton a Rutherford

Segons Dalton, els àtoms eren indivisibles i no tenien estructura interna. J.J. Thomson va descobrir una partícula subatòmica, l'electró, que presentava la propietat de tenir càrrega elèctrica.

Propietats de les Càrregues Elèctriques

• Hi ha càrregues elèctriques de dos tipus, simbolitzades com a positives (+) i negatives (-).
• Les càrregues elèctriques de diferent tipus s'atreuen, mentre que les del mateix tipus es repel·leixen.
• Les càrregues elèctriques poden passar d'un objecte a un altre.
• Com menor sigui la distància entre les càrregues, més gran serà la força d'atracció o de repulsió.

Model Atòmic de Thomson

• Els àtoms estan formats per electrons, amb càrrega elèctrica negativa, que estan distribuïts per una esfera de matèria de càrrega positiva, de manera que, globalment, l'àtom és elèctricament neutre.

Model Atòmic de Rutherford

Es van llançar a gran velocitat unes partícules de grandària atòmica i amb càrrega positiva contra una pel·lícula d'or molt fina i es va observar que la majoria la travessaven, però que algunes se'n desviaven més de 90º.

Per això va concloure que gairebé tota la matèria estava acumulada en un petit volum, el nucli, i la resta de l'àtom estava pràcticament buit.

Conclusions del Model de Rutherford

• Els àtoms tenen dues zones diferenciades: el nucli atòmic i l'escorça electrònica.
• El nucli és molt petit comparat amb l'àtom, però conté gairebé tota la massa i tota la càrrega positiva.
• Els electrons giren al voltant del nucli en un espai molt més gran. El nombre d'electrons iguala la càrrega positiva del nucli i l'àtom és elèctricament neutre.

Es va descobrir que els àtoms contenien dues partícules subatòmiques més, a més dels electrons: els protons i els neutrons.

Els protons tenen la mateixa càrrega elèctrica que els electrons, però positiva, i una massa molt més gran. Els neutrons no tenen càrrega elèctrica i la massa és gairebé idèntica a la del protó. Els protons i els neutrons es troben junts al nucli.

Característiques dels Àtoms

• El nombre atòmic, Z, és el nombre de protons que té un àtom. Tots els protons de l'àtom es troben al nucli. Un element químic es caracteritza perquè tots els àtoms tenen, al nucli, el mateix nombre de protons.
• El nombre màssic, A, és el nombre total de partícules que hi ha al nucli d'un àtom, és a dir, la suma del nombre de protons i el nombre de neutrons.
• Els isòtops són aquells àtoms que tenen el mateix nombre atòmic, però el nombre màssic diferent.
• La massa atòmica relativa d'un element, Ar, és la mitjana ponderada de les masses dels seus isòtops naturals.

Radioisòtops i Radioactivitat

Tipus de Radiació

• Radiació alfa: Són nuclis d'heli formats per dos protons i dos neutrons.
• Radiació beta: Són electrons emesos a gran velocitat.
• Radiació gamma: És una radiació semblant a la llum o als raigs X, però amb molta més energia.

El període de semidesintegració: És el temps que triguen a desintegrar-se la meitat dels nuclis inicials del radioisòtop.

Energia Nuclear: Fissió i Fusió

Fissió Nuclear

L'any 1938 es va descobrir que en bombardejar àtoms d'urani amb neutrons, els nuclis es trencaven. En aquest trencament, anomenat fissió nuclear, s'alliberava una gran quantitat d'energia.

Reacció en cadena: S'alliberaven més neutrons.

Riscos de la Generació d'Energia Nuclear

• Les reaccions nuclears poden descontrolar-se accidentalment.
• S'hi generen força residus radioactius que no es poden tractar fàcilment per convertir-los en innocus i, per aquest motiu, han de ser aïllats del medi ambient amb molta cura.

Fusió Nuclear

Fusió nuclear: Es produeix quan nuclis petits s'uneixen per formar nuclis amb més massa; en aquest procés es desprèn una gran quantitat d'energia.

Avantatges i Inconvenients de la Fusió Nuclear

• Avantatges: Desprèn una gran quantitat d'energia. El combustible que s'hi utilitza és l'hidrogen, element que abunda en mars i oceans.
• Inconvenient: Sorgeix a l'hora de controlar la fusió nuclear.