Teoria atòmica

Archiu:Helium atom caps block 0 .svg

El model teòric actual de l'àtom implica un núcleu dens rodejat per un «núvol» provabiliste d'electrons.

En química i física, la teoria atòmica és una teoria científica sobre la naturalea de la matèria que sosté que està composta d'unitats discretes cridades àtoms. Va escomençar com a concepte filosòfic en l'Antiga Grècia i va conseguir ampliar acceptació científica a principis de el XIX quan els descobriments en el camp de la química varen demostrar que la matèria realment es comportava com si estiguera feta d'àtoms.

La paraula àtom prové de l'adjectiu en grec antic àtoms, que significa «indivisible». Els químics de el XIX varen escomençar a utilisar el terme en relació en el número creixent d'elements químics irreducibles. Prop del canvi al següent sigle, a través de varis experiments en electromagnetisme i radiactivitat, els físics varen descobrir que els «àtoms indivisibles» eren de fet un conglomerat de vàries partícules subatòmiques (principalment, electrons, protones i neutrons), les que poden existir separades unes d'unes atres. De fet, en certs entorns extrems, com les estreles de neutrons, la pressió i la temperatura extremes impedixen que els àtoms puguen existir en absolut.

Ya que es va descobrir que els àtoms podien dividir-se, els físics varen inventar el terme «partícules elementals» per a descriure les parts «indivisibles», encara que no indestructibles, d'un àtom. El camp de ciència que estudia les partícules subatòmiques és la física de partícules i és en este camp a on els físics esperen descobrir l'autèntica naturalea fonamental de la matèria.

Atomisme filosòfic

Artícul principal → Atomisme.

L'idea de que la matèria està feta d'unitats discretes és una molt antiga i sorgix en moltes cultures antigues com Grècia (Demócrito, Leucipo de Mileto), Roma (Lucrecio) i Índia (els jainistas, els Ajivika i els Cārvāka; també les escoles Nyaya i Vaisheshika). No obstant, estes idees varen estar fundades en el raonament filosòfic i teològic més que en l'evidència i l'experimentació. Debido a ello, no podien convéncer a tots i l'atomisme era una entre vàries teories rivals sobre la naturalea de matèria. No va ser fins a el XIX quan els científics varen abraçar i varen refinar l'idea, ya que la floreciente ciència de la química varen produir descobriments que podien explicar-se fàcilment utilisant el concepte de l'àtom. També, resalta l'influència del científic serbi Ruđer Bošković (1711-1787), primer en bosquejar una teoria atòmica moderna de fonament newtoniano que establix forces de cohesió i de repulsió.

Dalton

Artícul principal → Model atòmic de Dalton.

Prop del fi de el XVIII dos lleis sobre reaccions químiques varen emergir sense referir-se a l'idea d'una teoria atòmica. La primera era la Llei de conservació de la massa, formulada per Antoine Lavoisier en 1789, la qual declara que la massa total permaneix constant despuix d'una reacció química (és dir, els reactants tenen la mateixa massa que els productes). La segona era la Llei de les proporcions constants. Provada originalment pel farmacèutic francés Joseph Louis Proust en 1799, esta llei declara que si es descompon un compost en els seus elements constituents, llavors les masses dels elements sempre tindran les mateixes proporcions, sense importar la cantitat o font de la substància original.

John Dalton va estudiar i va expandir este treball previ i va desenrollar la llei de les proporcions múltiples: si dos elements poden combinar-se per a formar una cantitat de composts possibles, llavors les proporcions de les masses del segon element que es combinen en una massa fixa del primer element seran proporcions d'número entero menuts. Per eixemple: Proust havia estudiat òxits d'estany i va descobrir que les seues masses eren 88.1 % estany i 11.9 % oxigen o 78.7 % estany i 21.3 % oxigen (estos eren òxit d'estany (II) i diòxit d'estany respectivament). Dalton va notar en estos percentages que 100 g d'estany es combinarà en 13,5 g o 27 g d'oxigen; 13,5 i 27 formen una proporció d'1:2. Dalton va descobrir que una teoria atòmica de la matèria podria explicar elegantment este patró comú en la química. En el cas dels òxits d'estany de Proust, un àtom d'estany es combinarà en un o dos àtoms d'oxigen.

Dalton també creïa que la teoria atòmica podia explicar per qué l'aigua absorbix gasos diferents en proporcions diferents. Per eixemple, va descobrir que l'aigua absorbix diòxit de carbono molt millor que el nitrogen. Dalton hipotetizó que este es va deure a les diferències en massa i complexitat de les partícules dels gasos respectius. Certament, les molècules de diòxit de carbono (CO₂) són més pesades i grans que les molècules de nitrogen (N₂).

Va propondre que cada element químic està compost d'àtoms d'un sol tipo sol i encara que estos no poden ser alterats o destruïts per mijos químics, poden combinar-se per a formar estructures més complexes (composts químics). Açò marca la primera teoria verdaderament científica de l'àtom, ya que Dalton va conseguir les seues conclusions per experimentació i examen dels resultats de forma empírica.

Representació de varis àtoms i molècules en Un Nou Sistema de Filosofia Química (1808) de John Dalton.

En 1803 va presentar la seua primera llista de pesos atòmics relatius per a un número de substàncies. Este artícul es va publicar en 1805, pero en ell Dalton no va analisar exactament cóm va obtindre eixes sifres. El método va ser revelat en 1807 pel seu conegut Thomas Thomson, en la tercera edició del llibre de Thomson, Un Sistema de Química. Finalment, Dalton va publicar una explicació completa en el seu propi text, Un Nou Sistema de Filosofia Química (1808 i 1810).

Dalton va estimar els pesos atòmics segons les proporcions de massa en que es combinen, prenent a l'àtom d'hidrogen com a unitat. No obstant, Dalton no va concebre que alguns elements existixquen en estat molecular: per eixemple l'oxigen pur existix com O₂. També va creure erròneament que el compost més senzill entre dos elements qualssevol és sempre un àtom de cada u (aixina que va pensar que l'aigua era HO, no H₂O). Açò, sumat a la cruor del seu equipament, va malograr els seus resultats. Per eixemple, en 1803 creïa que els àtoms d'oxigen eren 5,5 voltes més pesats que els àtoms d'hidrogen, perque en l'aigua va medir 5,5 grams d'oxigen per cada gram d'hidrogen i creïa que la fòrmula per a l'aigua era HO. En senyes millors, en 1806 va concloure que el pes atòmic de l'oxigen de fet devia ser 7 en lloc de 5,5, i va mantindre este pes pel restant de la seua vida. Uns atres en estos temps ya havien conclós que l'àtom d'oxigen té que pesar 8 àtoms d'hidrogen si un supon la fòrmula de Dalton per a la molècula d'aigua (HO), o 16 si un supon la fòrmula moderna (H₂O).