Orbitali atomici, substratul 6d

Fiecare tip de atom are un număr de electroni distinct, care este identic cu numărul de protoni (atunci când numărul de electroni este diferit, vorbim de ioni). Atomul de hidrogen, de exemplu, care este cel mai simplu atom, are un electron, dar atomul de aur are 79 de electroni. Electronii sunt distribuiți în cadrul învelișului electronic după reguli foarte stricte. Iată în continuare tot ce trebuie să știți despre distribuirea electronilor în cadrul unui atom.

Atomii sunt formați din electroni, particule elementare organizate în straturi electronice la exteriorul atomului, și nucleu. Nucleul aste format din protoni și neutroni, care nu sunt însă particule elementare, ci, la rândul lor, sunt formate din alte particule, de care știm că ar fi elementare (nu sunt alcătuite din ale particule) denumite quarcuri.


Electronii unui atom sunt organizați în orbitali.
Nenumăratele puncte pe care le vedeți nu reprezintă electroni, ci posibile poziții în spațiu pentru un electron, dacă încerci să-l măsori.

În urmă cu trei ani am scris un articol intitulat „De ce obiectele opun rezistență la atingere”, pe care-l începeam așa: „Simplificând un pic, dacă atomul ar fi de dimensiunea unui teren de fotbal, nucleul atomic ar fi de dimensiunea unui nasture. Restul - spaţiu gol”.

Trebuie admis că am simplificat un pic mai mult...


Atomul de hidrogen (reprezentare grafică), format dintr-un proton şi un electron

Numărul atomic, notat cu litera Z, indică numărul de protoni (particule cu sarcină electrică pozitivă) din interiorul nucleului unui atom. Numărul atomic este cea mai importantă caracteristică a unui atom, pentru că numărul de protoni dă identitatea unui element chimic. De exemplu, atomul de hidrogen, cel mai simplu atom, are un singur proton. Un atom care are doi protoni se numește heliu. Dacă are trei protoni, vorbim de atomul de litiu, iar dacă are șase, vorbim de carbon.

Atomii sunt încă, schematic, prezentați în multe publicații după modelul unui sistem solar, cu un nucleu în jurul căruia se rotesc, precum planetele, electronii. Dar înțelegerea modernă a modului în care sunt dispuse și se deplasează particulele elementare care constituie atomul este departe de această schemă.

Hidrogenul este elementul chimic în tabelul periodic al elementelor cu simbolul H și numărul atomic 1. Este un gaz ușor inflamabil, incolor, insipid, inodor, iar în natură se întâlnește mai ales sub formă de moleculă diatomică, H2. Hidrogenul este cel mai ușor element chimic.

Hidrogenul elementar are o pondere de 75% din masa universului. În starea de plasmă, se găsește ca element majoritar în alcătuirea stelelor. Hidrogenul elementar este foarte puțin răspândit pe Pământ.

Pentru necesități industriale există diferite procedee de fabricație. De exemplu, hidrogenul poate fi obținut prin electroliza apei (separarea atomilor de oxigen și hidrogen).

Cel mai răspândit izotop al hidrogenului este protiul, care este alcătuit dintr-un proton în nucleu și un electron în învelișul electronic. În compușii ionici poate avea sarcină negativă (anion cunoscut sub numele de hidrură, H-) sau sarcină pozitivă H+ (hidron).

Simplificând un pic, dacă atomul ar fi de dimensiunea unui teren de fotbal, nucleul atomic ar fi de dimensiunea unui nasture. Restul - spaţiu gol. Dar de ce atunci când apăs pe o masă ori pe o tastatură mâna mea nu trece prin acestea? Ce o opreşte?


Spectrul unei lumini stradale, fotografiate printr-un disc compact

Atunci când priveşti cerul înstelat, ce priveşti în fapt? Un pic de lumină tremurândă şi cu un pic de culoare? Imaginează-ţi că ai privi cerul cu nişte ochi special, un fel de prisme care separă culorile ce formează lumina ce ajunge la noi de la stele.

CMSMarele accelerator de particule Large Hadron Collider de la CERN va fi închis până în anul 2015, dar experimentele vor fi reluate în a doua jumătate a acestui an în cadrul unor sincrotroane mult mai mici cu care se studiază descompunerea particulelor în electroni, miuoni şi neutrini, toate aceste particule făcând parte dintr-o familie de particule denumite leptoni.

Spectrul electromagneticIată enumerate toate particulele cu care ai interacţionat vreodată: protoni, neutroni, electroni şi fotoni*. Radiaţie periculoasă nu este nimic altceva decât una dintre aceste particule mişcându-se nebunesc de repede.

Din când în când câte un fizician se află în faţa unei camere de luat vederi şi fie din prea mult entuziasm, fie din cauza editării, îl auzim spunând ceva ce este "mai puţin nuanţat" decât în intenţia lui. "Fierul omoară stelele" este una dintre clasice. Pentru a fi foarte clar, dacă arunci o mână de fier într-o stea te vei alege cu o mulţime de vapori de fier, pe care nu-l vei mai recupera.

fermioniiParticulele fundamentale, fermionii - constituenţii materiei şi bosonii - purtătorii forţelor fundamentale, se comportă diferit, în funcţie de valoarea spinului lor. Faptul că fermionii respectă principiul excluziunii a făcut posibilă emergenţa structurilor complexe.

Analogie spin facuta de Stephen HawkingSpinul este o proprietate intrinsecă a particulelor fundamentale. Deşi nu există nicio modalitate de a explica spinul prin intermediul vreunei analogii în contextul fizicii clasice, el nu ridică nicio problemă teoreticienilor, fiind uşor de descris matematic.

electronDeşi modelele atomice mai vechi au fost puternic influenţate de imaginea sistemului solar, experimentele au arătat că, în cazul  spinului electronilor, analogia cu mişcarea planetelor în jurul propriilor axe este una inexactă.

structura materieiŞtiaţi că materia obişnuită existentă în Univers are la bază numai trei particule fundamentale: quarcul up, quarcul down şi electronul? Cu ajutorul acestor trei constituenţi elementari şi numai al lor ia naştere toată materia organică şi anorganică din Univers. Citiţi articolul următor pentru a afla mai multe detalii (video inclus).

Atomii vin în contact unii cu alţii pentru a crea universul. Vă mai aduceţi aminte probabil de sintagme ca „legătură covalentă” ori „legătură ionică” din vremea când eraţi în şcoală. Dar vă mai aduceţi aminte ce sunt? Aţi înţeles de fapt vreodată cum funcţionează acestea şi care este semnificaţia lor? Dacă nu, citiţi acest articol (video inclus).

spectru hidrogenUn electron de pe cel mai jos nivel energetic într-un atom poate absorbi energia unui foton, energie suficientă pentru a sări pe următorul nivel energetic. În cadrul procesului invers electronul revine pe nivelul energetic anterior, caz în care are loc eliberarea unui foton. Cum se formează liniile spectrale? Citiţi aici (video inclus).

OrbitalModelul cuantic al atomului reprezintă o schimbare fundamentală sub aspect grafic al modelului atomic în comparaţie cu atomul lui Bohr. Fizicieni ca Heinsenberg, Schrödinger ori Dirac au eliminat orbitele clasice ale electronilor şi le-au înlocuit cu orbitali, volume spaţiale caracterizate de probabilitatea prezenţei electronilor.

Tabelul periodicMendeleev a construit tabelul ce-i poartă numele în mod empiric, fără a cunoaşte structura atomului. Intuiţia sa extraordinară a făcut ca cercetătorii să bănuiască existenţa unor elemente doar privind la tabel, din logica acestuia. Astăzi ştim că tabelul oferă o imagine a modului în care se completează nivelurile energetice ale atomilor.

Atom BohrLaureat al premiului Nobel, Niels Bohr este unul dintre fizicienii de frunte ai secolului al XX-lea. Avansând idei revoluţionare, ce contraziceau principiile fizicii începutului de secol XX, acesta a "reproiectat" atomul, introducând orbitele fixe ca regulă imuabilă pentru mişcarea electronilor şi niveluri fixe de energie pentru aceştia.


 



Ar fi util dacă ne-ai sprijini cu o donație!
Donează
prin PayPal ori
Patron


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro