Atomul este cea mai mica particula a unui element chimic. Diametrul atomului este cuprins, aproximativ intre 0,8 Å pentru elementele usoare si 3 Å pentru elemnetele grele. In contrast cu vechea lor reprezentare, atomii au o structura complexa, careia i se datoreaza varietatea proprietatilor fizice si chimice. In antichitate atomul a fost reprezentat de ganditori mate-rialisti, ca Leu-cip, Democrit, Epicur si Aris-totel. Conform teoriei lui Aris-totel: " orice corp poate fi divizat in particele oricat de mici fara ca prin aceasta sa i se altereze substanta. Nu se poate arata o parte atat de mica dintr-o marime, incat din ea sa nu mai putem obtine, prin diviziune, una si mai mica ".
De-a lungul evolutiei cunostintelor acumulate si a tehnicii aflate la dispozitia 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 urmatoarele proprietati: atomii au forma sferica, atomii sunt complet elastici (la o ciocnire cu alti atomi energia lor cinetica nu se transforma in alte forme de energie) si atomii aceluiasi fel de substanta au aceeasi marime si aceeasi masa. Atomii au fost deci imaginati ca mici particule sferice in care masa este distribuita omogen. Reprezentarea atomului caracteri-zata prin cele 3 proprietati enumerate se numeste modelul sferic al atomului.
MODELUL ATOMIC THOMSON In anul 1904 J.J. Thomson (1856-1940) a dezvoltat un model conform caruia atomul consta dintr-o masa incarcata pozitiv si distribuita omogen sub forma de sfera. In aceasta masa sunt incorporate in unele locuri sfere mult mai mici, cu sarcina negativa - electronii. Numarul lor este atat de mare incat sarcina lor negativa totala este egala cu sarcina pozitiva a restului atomului. De aceea, in exterior atomul este neutru din punct de vedere electric. Cand se separa un electron, restul atomului ramane pozitiv. Cu ajutorul acestui model atomic, se explica de ce la condictia electrica in metale participa electronii si nu atomii reziduali.
MODELUL ATOMIC RUTHERFORD
O extindere a modelului lui Thomson a fost intreprinsa in 1911 de catre Rutherford (1871-1937). Bazandu-se pe experientele lui H. Hertz, Lenard, Geiger, Rutherford a elaborat un model atomic nou care are urmatoarele proprietati: aproape toata masa atomului este concentrata in interior intr-un volum mic, nucleul atomic. Acest nucleu atomic are un diametru de 10-14 - 10-15 fata de diametrul de 10-9 - 10-10 m al intregului atom; nucleul este incarcat pozitiv. El este inconjurat de un invelis de electroni care fac ca, fata de exterior, atomul sa fie neutru din punct de vedere electric; electronii sunt retinuti de nucleu prin forte electrostatice. O miscare circulara in invelis impiedica electronii sa cada pe nucleu. Atractia electrostatica actioneaza ca forta centripeta. Rutherford a calculat traiectorii hiperbolice pentru cazul unei particule in campul unui nucleu atomic. El a obtinut o ecuatie care descrie imprastierea unui fascicul paralel de raze α la trecerea printr-o foita metalica de aur. Cu ajutorul acestei ecuatii s-a demonstrat ca numarul de ordine care ii revine unui element chimic in sistemul periodic este egal cu numarul de sarcina Z al nucleului sau. Prin reprezentarea atomului data de Rutherford s-a introdus pentru prima data notiunea de nucleu atomic. El primeste Premiul Nobel pentru chimie in 1908.
Datele experimentale privind structura complexa a atomului au fost cele legate de: descoperirea electronului, descoperirea nucleului, a nivelelor energetice. Existenta si miscarea electronilor in atomi s-a explicat prin mai multe teorii, dar multe sunt depasite sau sunt de domeniul istoric. Teoria care a reusit sa explice in cea mai mare parte comportarea electronului in atom si toate propritatile substantelor se bazeaza pe calculul mecano-cuantic asupra invelisului de electroni.
TEORIA CUANTELOR Max Planck stabileste ca un corp fierbinte nu poate sa emita sau sa absoarba lumina de o anumita lungime de unde in cantitati arbitrare, ci poate sa emita sau sa absoarba o anumita cuanta (cantitate) de energie luminoasa de o unda data. Emiterea sau absorbtia de energie de catre substante se face pe baza schimbului energetic suferit de electronii din atomi. Deoarece substantele nu pot absorbi sau emite decat anumite cantitati de energie, inseamna ca electronul cand exista in atom nu poate avea decat anumite energii. De aici reiese un adevar foarte important: in spatiul atomic electronul are energia cuantificata. Absorbtia de energie radianta consta in trecerea electronului de la un nivel energetic inferior la unul superior. Emisia este datorata unei treceri inverse. Cantitatea de energie luminoasa W, de lungime de unda λ absorbita sau emisa intr-un singur act nu este o cantitate constanta (ca de exemplu sarcina electronului), ci valoarea ei este proportionala cu frecventa ν a radiatiei absorbite sau emise:
ν = C / λ ; W = h . ν , unde h este constanta universala , numita constanta lui Planck, are dimensiunile unei actiuni [energie] × [timp] = 6,6256 . 10-34 j. s. (±0,0005 . 10-34 j.s.). In afara atomului electronul poate avea toata gama de energii posibile.energia electronului in afara atomului este necuantificata.
TEORIA ONDULATORIE In mecanica cuantica, retinandu-se la descrierea clasica a unui mobil prin pozitia si viteza sa, se afirma ca tot ce se poate sti despre o Intrucat azotul din camera nu continea H, protonul trebuia sa fi fost eliberat in locul de bifurcare. Aceasta l-a dus pe Rutherford la interpretarea corecta a proceselor. In locul de bifurcare, particula α a patruns intr-un nucleu de azot. A avut loc o reactie nucleara, nucleul de azot preluand particula α si cedand in schimb un proton. Conform legii conservarii sarcinii, sercina nucleului nou format trebuie sa fie cu o unitate elementara mai mare.particula in miscare se reduce la cunoasterea unei functii matematice complexe ψ de cele trei coordonate si timp: ψ (x, y, z, t), denumita functie de unda a particulei.
Louis de Broglie (1924), pornind de la dualitatea unda - corpuscul sub care apare lumina, si-a propus sa studieze daca aceasta dualitate nu se manifesta si la particule ca: electroni sau atomi.
Fotonul ca particula poseda o masa.
m = h. ν /c2
Lungimea de unda a radiatiei luminoase se exprima cu ajutorul relatiei:
λ = c / ν
Dezintegrarea radioactiva naturala demonstra ca nucleele atomice nu sunt indivizibile. De la aceasta descoperire incoace, telul cercetarii era de a gasi cai si mijloace pentru a modifica compozitia nucleelor atomice prin interventii. Prima transformare nucleara artificiala i-a reusit lui Rutherford in anul 1919. Iradiind intr-o camera Wilson azot cu particule α emise de Ra - C , astfel obtinand fotografia primului nucleu modificat prin transmutatie nucleara. Rezultatul izbitor reprezentat in fotografie este urma unei particule α care se bifurca intr-o urma scurta groasa si una mai lunga si subtire. In interpretarea acestei observatii, Rutherford a pornit de la urma lunga si subtire.judecand dupaputerea ei de ionizare, acesta nu a putut fi produsa decat de un proton, adica un nucleu de hidrogen. O reactie nu-cleara este declansata prin pa-trunderea unui pro-iectil nu-clear in nucleul atomic. Proiectilele nucleare uzuale sunt particulele α He, protonul, deuteronul, neutronul si cuanta γ. Nucleul intermediar instabil se transforma din nou dupa un timp foarte scurt.
Doua tipuri de reactie importante sunt: a) reactia de captura: particula bombardanta ramane in nucleu. Nucleul puternic excitat nu-i mai da drumul ci trece in starea sa fundamentala prin emisie de radiatie γ. b) reactia de schimb: particula bombardanta ramane in nucleu iar in locul ei se emite alta. Emisia noii particule este insotita adesea de radiatie γ.
In urma dezintegrarii β creste sau scade numarul atomic dupa cum atomul emite un electron sau un pozitron. Tranzitia izometrica in urma careia se modifica numai energia interna a nucleului si fisiunea spontana in urma careia nucleele grele se sparg in doua sau mai multe fragmente cu mase aproximativ egale si se emit cativa neutroni. Prin aceasta se produce o degajare de energie care face ca temperatura unui preparat radioactiv sa fie mai mare decat cea a mediului ambiant. Radioactivitatea este un fenomen specific nuclear, nefiind influentat de conditiile exterioare ca: temperatura, presiune, campuri electrice sau magnetice, stare de agregare. In medie viteza de dezintegrare este proportionala cu numarul de nuclee existente in acel moment, ceea ce inseamna ca numarul mediu de nuclee radioactive descreste dupa o lege exponentiala. Prin bombardarea nucleelor atomice ale unor elemente cu anumite particule pot fi obtinuti izotopi radioactivi ce nu se gasesc in natura. Radiatiile emise de elementele radioactive produc numeroase efecte cum ar fi: impresionarea placilor fotografice, ionizarea gazelor, provocarea luminiscentei unor substante, amorsarea sau accelerarea unor reactii chimice, distrugerea celulelor vii, sau a microorganismelor. Radioactivitatea are utilizari in cele mai diverse domenii (agricultura, industrie, medicina) utilizari care se bazeaza fie pe efectele produse de radiatii asupra substantei, fie pe identificarea substantei radioactive. Intre aplicatiile mai importante sunt: analiza radiochimica, defectoscopia nedistructiva, tehnica reglajului automat, determinarea varstei absolute a formatiunilor geologice, tratarea unor boli, producerea energiei termice si electrice in centralele nucleare.
