Atomul-+Soltuzu+Natalia

**Atomul, sarcini elementare, particule elementare**
ELECTRONUL ~ sarcina elementara ~ Stim astazi ca toate corpurile pe care le observam in mediul inconjurator sunt combinatii diferite ale unor //elemente//. Astfel, substante ca apa si aerul,atat de indinspensabile oricarei vietati de pe planeta noastra, nu sunt “substante elementare”, cum s-a crezut multa vreme. Apa este o combinatie intre doua elemente, oxigenul si hidrogenul, iar aerul este un amestec de mai multe elemente, dintre care predominante sunt azotul si oxigenul. //Elementul// in conceptia moderna, contine doar un anumit fel de materie. Totul in mediul inconjurator aste alcatuit din elemente. Unele substante, cum sunt carbonul, fierul, aurul, sunt ele insele elemente. Alte substate sunt combinatii de elemente – de anumite //combinatii// sau //compusi chimici//. De exemplu, sarea de bucatarie este combinatia chimica intre sodiu si clor, iar zaharul, intre carbon, hidrogen si oxigen. Sunt substante care reprezinta amestecuri de elemente (de ex. aerul) sau amestecuri de compusi chimici (de ex. sarea in solutie apoasa – saramura – amestec al compusilor chimici sare si apa). Inca din antichitate oamenii si-au pus intrebarea ce anume face ca un element sa se deosebeasca de altul. Pentru a raspunde la aceasta intrebare, trebuie sa se considere un alt aspect al structurii materiei. Grecilor antici le datoram ideea de “atom”, care in viziunea lor insemnacea mai mica unitate nedivizibila din care se compun corprile materiale. Astazi, //atomul// nu mai este privit ca o unitate indivizibila, ci ca particula cea mai mica in care poate fi divizat un element si care pastreaza totusi proprietatile elementului. Se va vedea ca atomul unui element poate fi divizat si in parti mai mici (particule subatomice), dar aceste parti nu mai pastreaza proprietatile elementului. Atomii unui element determina caracteristicile acelui element; ei au anumite caracteristici comune, care-i deosebesc de atomii oricarui alt element. Doi, trei sau mai multi atomi se pot grupa si legaturile dintre ei sunt atat de puternice incat este foarte dificil sa fie separati. O astfel de grupare stransa a atomilor reprezinta o //molecula//. Molecula este cea mai mica particula a unei substante capabila sa aiba o existenta stabila. Unele molecule sunt compuse din atomi ai aceluiasi element, dar cele mai multe molecule sunt formate din atomii a doua sau mai multe elemente. Substantele formate din astfel de molecule se numesc //compusi chimici//. De exemplu, apa este un compus chimic a carui molecula este formata din doi atomi de hidrogen si un atom de oxigen. Moleculele a doi sau a mai multor compusi chimici se pot uni pentru a forma un //amestec//. Acesta poate fi format de asemenea dintr-o combinatie de compusi chimici si elemente pure, sau dintr-o combinatie de elemente pure. Din cele mai de mai sus reiese ca elementele, moleculele, compusii chimci sau amestecurile sunt alcatuite din atomi. Deci faptul ca elementele se deosebesc intre ele se datoreaza unei singure cauze: atomii din care ele sunt constituite difera intre ei. A explora un atom inseamna a patrunde in lumea microparticulelor. In aceasta lume ciudata, multe din legile care guverneaza lumea macroscopica nu se mai aplica; pentru acest motiv, explorarea lumii atomului este o problema deosebit de dificila. O definitie foarte mult simplificata a atomului poate fi urmatoarea: o parte de materie (nu chiar cea mai mica, fiindca exista si particule elementare), compusa din //electroni//, //protoni// si //neutroni//; electronii se rotesc in jurul unui //nucleu//, care contine protoni si neutroni. In mare, aceasta definire nu contine neadevaruri, dar este foarte departe de a fi completa. Intr-adevar, este unanim recunoscuta consitutia mai sus mentionata a atomului; exista si justificarea teoretica a realizarii unei astfel de constitutii. Pentru a se explica fenomenele care fac posibila o asemenea structura vom considera exemplul celui mai simplu atom, atomul de hidrogen. Acesta are un nucleu incarcat electric pozitiv, compus dintr-un singur proton, iar in jurul nucleului se roteste un electron, incarcat negativ. Intrucat masa electronului este foarte mica in comparatie cu cea a protonului, se poate spune ca, practic, intreaga amsa a atomolui este concentrata in nucleu. Fiind cea mai mica masa de particula elementara cunoscuta cu certitudine in natura (cu exceptia celei a neutrinului, care este atat de neinsemnata incat se considera egala cu zero), masa electronului este folosita curent drept unitate de masa pentru particulele elementare. Astfel, protonul are masa egala cu 1836 me. Din punct de vedere electric, electronul si protonul au sarcini egale in valoare absoluta: 1,60210 · 10-19 coulombi, ceea ce explica si caracterul neutru al atomului. Si sarcina electronului //e// este considerata drept unitate in fizica nucleara, fiind cea mai mica sarcina electrica cunoscuta (unele teorii moderne, insa, prevad si existenta unor particule cu sarcini electrice mai mici. Urmarind istoricul acestei notiuni, in diversele etape ale descoperirii legate de structura materiei, se constata ca s-a incercat tot timpul sa se gaseasca diviziuni din ce in ce mai mici. Din aproape in aproape s-a descoperit o intreaga lume care populeaza profunzimile materiei: atomi, nuclee, particule elementare (electroni, protoni,neutroni, mezoni etc.)  Candva, atomul era considerat “caramida ultima”; apoi s-a constatat ca el are o structura complexa si ca daca i se inlatura toti electronii ramane “miezul” sau – nucleul. Dar s nucleul s-a putu sparge si au aparut nucleonii, alaturi de alte entitati pe care fizicienii le-au denumit //__particule elementare__// . Particulele elementare fac obiectul unui capitol de sine statator al fizicii, denumit fizica particulelor elementare, in care se studiaza proprietatile acestora, rolul lor in structura materiei, precum si legitatile ce la guverneaza existenta. Aceasta reprezinta o treapta determinata din ceea ce se numeste adeseori //microcosmos//. Constatam ca intervin o serie de marimi, de caracterisitici, care stabilesc locul fiecarei particule in ierarhia subnucleara.
 * Atomul
 * Particulele elementare
 * 1) Cel mai usor se observa ca particulele sunt ordonate dupa mase si ca fiecare dintre cele patru grupari are componentii cuprinsi intr-un anumit interval de mase. Prin urmare, __masa__ este una dintre caracteristici.
 * 2) __Sarcina electrica__ este o alta marime ce caracterizeaza particulele elementare. Se observa ca majoritatea particuleleor sunt incarcate fie pozitiv fie negativ, dar si ca aproape fiecare familie – multiplet de sarcina – are un component neutru. Sarcina electrica a electronului |e| se considera drept sarcina unitate si la ea se raporteaza toate celelalte. S-a dovedit ca sarcinile celorlalte particule incarcate sunt totdeauna un multiplu intreg, pozitiv sau negativ, al sarcinii //e// (mai este denumita si sarcina elementara).

Atomul este cea mai mica particula a unui element chimic. Diametrul atomului este cuprins, aproximativ între 0,8 Ĺ pentru elementele usoare si 3 Ĺ pentru elemnetele grele. În contrast cu vechea lor reprezentare, atomii au o structura complexa, careia i se datoreaza varietatea proprietatilor fizice si chimice. În antichitate atomul a fost reprezentat de gânditori mate-rialisti, ca Leu-cip, Democrit, Epicur si Aris-totel. Conform teoriei lui Aris-totel: " orice corp poate fi divizat în particele oricât de mici fara ca prin aceasta sa i se altereze substanta. Nu se poate arata o parte atât de mica dintr-o marime, încât 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 în 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 în care masa este distribuita omogen. Reprezentarea atomului caracteri-zata prin cele 3 proprietati enumerate se numeste modelul sferic al atomului.



MODELUL ATOMIC THOMSON În anul 1904 J.J. Thomson (1856-1940) a dezvoltat un model conform caruia atomul consta dintr-o masa încarcata pozitiv si distribuita omogen sub forma de sfera. În aceasta masa sunt încorporate în unele locuri sfere mult mai mici, cu sarcina negativa - electronii. Numarul lor este atât de mare încât sarcina lor negativa totala este egala cu sarcina pozitiva a restului atomului. De aceea, în exterior atomul este neutru din punct de vedere electric. Când se separa un electron, restul atomului ramâne pozitiv. Cu ajutorul acestui model atomic, se explica de ce la condictia electrica în metale participa electronii si nu atomii reziduali.

MODELUL ATOMIC RUTHERFORD

O extindere a modelului lui Thomson a fost întreprinsa în 1911 de catre Rutherford (1871-1937). Bazându-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 în interior într-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 întregului atom; nucleul este încarcat pozitiv. El este înconjurat de un învelis 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 în învelis împiedica electronii sa cada pe nucleu. Atractia electrostatica actioneaza ca forta centripeta. Rutherford a calculat traiectorii hiperbolice pentru cazul unei particule în câmpul unui nucleu atomic. El a obtinut o ecuatie care descrie împrastierea unui fascicul paralel de raze a la trecerea printr-o foita metalica de aur. Cu ajutorul acestei ecuatii s-a demonstrat ca numarul de ordine care îi revine unui element chimic în 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 în 1908.

Atomulde HIDROGEN

Datele experimentale privind structura complexa a atomului au fost cele legate de: descoperirea electronului, descoperirea nucleului, a nivelelor energetice. Existenta si miscarea electronilor în atomi s-a explicat prin mai multe teorii, dar multe sunt depasite sau sunt de domeniul istoric. Teoria care a reusit sa explice în cea mai mare parte comportarea electronului în atom si toate propritatile substantelor se bazeaza pe calculul mecano-cuantic asupra învelisului 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 în 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 decât anumite cantitati de energie, înseamna ca electronul când exista în atom nu poate avea decât anumite energii. De aici reiese un adevar foarte important: în spatiul atomic electronul are energia cuantificata. Absorbtia de energie radianta consta în 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 ? absorbita sau emisa într-un singur act nu este o cantitate constanta (ca de exemplu sarcina electronului), ci valoarea ei este proportionala cu frecventa ? a radiatiei absorbite sau emise:

? = C / ? ; W = h ˇ ? , unde h este constanta universala, numita constanta lui Planck, are dimensiunile unei actiuni [energie] × [timp] = 6,6256 ˇ 10-34 j.s. (ą0,0005 ˇ 10-34 j.s.). În afara atomului electronul poate avea toata gama de energii posibile.energia electronului în afara atomului este necuantificata.

TEORIA ONDULATORIE În mecanica cuantica, retinându-se la descrierea clasica a unui mobil prin pozitia si viteza sa, se afirma ca tot ce se poate sti despre o Întrucât azotul din camera nu continea H, protonul trebuia sa fi fost eliberat în locul de bifurcare. Aceasta l-a dus pe Rutherford la interpretarea corecta a proceselor. În locul de bifurcare, particula a a patruns într-un nucleu de azot. A avut loc o reactie nucleara, nucleul de azot preluând particula a si cedând în schimb un proton. Conform legii conservarii sarcinii, sercina nucleului nou format trebuie sa fie cu o unitate elementara mai mare.particula în miscare se reduce la cunoasterea unei functii matematice complexe ? de cele trei coordonate si timp: ? (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 = hˇ ? /c2

Lungimea de unda a radiatiei luminoase se exprima cu ajutorul relatiei:

? = c / ?

Dezintegrarea radioactiva naturala demonstra ca nucleele atomice nu sunt indivizibile. De la aceasta descoperire încoace, 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 în anul 1919. Iradiind într-o camera Wilson azot cu particule a emise de Ra - C, astfel obtinând fotografia primului nucleu modificat prin transmutatie nucleara. Rezultatul izbitor reprezentat în fotografie este urma unei particule a care se bifurca într-o urma scurta groasa si una mai lunga si subtire. În interpretarea acestei observatii, Rutherford a pornit de la urma lunga si subtire.judecând dupaputerea ei de ionizare, acesta nu a putut fi produsa decât de un proton, adica un nucleu de hidrogen. O reactie nu-cleara este declansata prin pa-trunderea unui pro-iectil nu-clear în nucleul atomic. Proiectilele nucleare uzuale sunt particulele a He, protonul, deuteronul, neutronul si cuanta ?. Nucleul intermediar instabil se transforma din nou dupa un timp foarte scurt.

Doua tipuri de reactie importante sunt: a) reactia de captura: particula bombardanta ramâne în nucleu. Nucleul puternic excitat nu-i mai da drumul ci trece în starea sa fundamentala prin emisie de radiatie ?. b) reactia de schimb: particula bombardanta ramâne în nucleu iar în locul ei se emite alta. Emisia noii particule este însotita adesea de radiatie ?.

În urma dezintegrarii ß creste sau scade numarul atomic dupa cum atomul emite un electron sau un pozitron. Tranzitia izometrica în urma careia se modifica numai energia interna a nucleului si fisiunea spontana în urma careia nucleele grele se sparg în doua sau mai multe fragmente cu mase aproximativ egale si se emit câtiva neutroni. Prin aceasta se produce o degajare de energie care face ca temperatura unui preparat radioactiv sa fie mai mare decât cea a mediului ambiant. Radioactivitatea este un fenomen specific nuclear, nefiind influentat de conditiile exterioare ca: temperatura, presiune, câmpuri electrice sau magnetice, stare de agregare. În medie viteza de dezintegrare este proportionala cu numarul de nuclee existente în acel moment, ceea ce înseamna 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 în 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 în cele mai diverse domenii (agricultura, industrie, medicina) utilizari care se bazeaza fie pe efectele produse de radiatii asupra substantei, fie pe identificarea substantei radioactive. Între aplicatiile mai importante sunt: analiza radiochimica, defectoscopia nedistructiva, tehnica reglajului automat, determinarea vârstei absolute a formatiunilor geologice, tratarea unor boli, producerea energiei termice si electrice în centralele nucleare.