Un átomo é a unidade constituínte máis pequena da materia ordinaria que ten as propiedades dun elemento químico. Cada sólido, líquido, gas e plasma componse de átomos neutros ou ionizados. Os átomos son moi pequenos; os tamaños típicos son ao redor de 100 pm (dez mil millonésima parte dun metro). No entanto, os átomos non teñen límites ben definidos e hai diferentes formas de definir o seu tamaño que dan valores diferentes pero próximos.
Os átomos son o suficientemente pequenos para que a física clásica dea resultados notablemente incorrectos. A través do desenvolvemento da física, os modelos atómicos incorporaron principios cuánticos para explicar e predicir mellor o seu comportamento.
Cada átomo componse dun núcleo e un ou máis electróns unidos ao núcleo. O núcleo está composto dun ou máis protóns e tipicamente un número similar de neutróns (Excepto no caso do hidróxeno-1, que é o único nuclideo estable sen neutróns). Os protóns e os neutróns son chamados nucleóns. Máis do 99,94 % da masa do átomo está no núcleo. Os protóns teñen unha carga eléctrica positiva, os electróns teñen unha carga eléctrica negativa e os neutróns non teñen carga eléctrica. Se o número de protóns e electróns é igual, ese átomo é electricamente neutro. Se un átomo ten máis ou menos electróns que protóns, entón ten unha carga global negativa ou positiva, respectivamente, e denomínase ión.
Os electróns dun átomo son atraídos polos protóns nun núcleo atómico por esta forza electromagnética. Os protóns e os neutróns no núcleo son atraídos o un ao outro por unha forza diferente, a forza nuclear, que é xeralmente máis forte que a forza electromagnética que repele os protóns cargados positivamente entre si. Baixo certas circunstancias, a forza electromagnética repelente vólvese máis forte que a forza nuclear e os nucleóns poden ser expulsados do núcleo, deixando tras de si un elemento diferente: desintegración nuclear que resulta en transmutación nuclear.
O número de protóns no núcleo define a que elemento químico pertence o átomo: por exemplo, todos os átomos de cobre conteñen 29 protóns. O número de neutróns define o isótopo do elemento. O número de electróns inflúe nas propiedades magnéticas dun átomo. Os átomos poden unirse a outro ou outros átomos por enlaces químicos para formar compostos químicos tales como moléculas. A capacidade dos átomos de asociarse e disociarse é responsable da maior parte dos cambios físicos observados na natureza e é o tema da disciplina da química.
A materia escura constitúe máis do universo que a materia e non se compón de átomos, senón de partículas dun tipo a día de hoxe descoñecido. miniatura|Átomo de Helio. Definición O seu nome «átomo» provén do latín atomum, e este do grego ἄτομον 'non cortado, sen porcións, indivisible', xa que ata hai relativamente pouco (segunda metade do século XIX), críase que os átomos non se podían dividir; tamén, se deriva de a- ('non') e tómo- 'anaco cortado, porción, parte'. O concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compón a materia do universo foi postulado pola escola atomista na Antiga Grecia. Con todo, non foron considerados seriamente polos científicos ata o século XIX, cando foron introducidos para explicar certas leis químicas. Co desenvolvemento da física nuclear no século XX comprobouse que o átomo pode subdividirse en partículas máis pequenas.
Os átomos son obxectos moi pequenos con masas igualmente minúsculas: o seu diámetro e masa son da orde da billonésima parte dun metro e cuadrillonésima parte dun gramo. Só poden ser observados mediante instrumentos especiais tales como un microscopio de efecto túnel. Máis dun 99,94 % da masa do átomo está concentrada no seu núcleo, en xeral repartida de xeito aproximadamente equitativa entre protóns e neutróns. O núcleo dun átomo pode ser inestable e sufrir unha transmutación mediante desintegración radioactiva. Os electróns na nube do átomo están repartidos en distintos niveis de enerxía ou orbitais, e determinan as propiedades químicas do mesmo. As transicións entre os distintos niveis dan lugar á emisión ou absorción de radiación electromagnética en forma de fotóns, e son a base da espectroscopia.
Estrutura atómica Partículas subatómicas
miniatura|350px|Partículas que constitúen o Modelo estándar Malia que átomo significa ‘indivisible’, en realidade está formado por varias partículas subatómicas. O átomo contén protóns, neutróns e electróns, coa excepción do hidróxeno-1, que non contén neutróns, e do catión hidróxeno ou hidrón, que non contén electróns. Os protóns e neutróns do átomo denomínanse nucleóns, por formar parte do núcleo atómico.
O electrón é a partícula máis lixeira de cantas compoñen o átomo, cunha masa de 9,11 · 10−31 kg. Ten unha carga eléctrica negativa, cuxa magnitude defínese como a carga eléctrica elemental, e ignórase se posúe subestrutura, polo que considerase unha partícula elemental. Os protóns teñen unha masa de 1,67 · 10−27 kg, 1836 veces a do electrón, e unha carga positiva oposta á deste. Os neutróns teñen un masa de 1,69 · 10−27 kg, 1839 veces a do electrón, e non posúen carga eléctrica. As masas de ambos nucleóns son lixeiramente inferiores dentro do núcleo, debido á enerxía potencial do mesmo; e os seus tamaños son similares, cun radio da orde de 8 · 10−16 m o 0,8 fentómetros (fm).Este é o radio da distribución de carga observada nos nucleóns. Véxase .
O protón e o neutrón non son partículas elementais, senón que constitúen un estado ligado de quarks u e d, partículas fundamentais recolleitas no modelo estándar da física de partículas, con cargas eléctricas iguais a +2/3 e -1/3 respectivamente, respecto da carga elemental. Un protón contén dous quarks u e un quark d, mentres que o neutrón contén dous d e un u, en consonancia coa carga de ambos. Os quarks mantéñense unidos mediante a forza nuclear forte, mediada por gluóns —do mesmo xeito que a forza electromagnética está mediada por fotóns—. Ademais destas, existen outras partículas subatómicas no modelo estándar: máis tipos de quarks, leptóns cargados (similares ao electrón) etc.
O núcleo atómico
Os protóns e neutróns dun átomo encóntranse ligados no núcleo atómico, a parte central do mesmo. O volume do núcleo é aproximadamente proporcional ao número total de nucleóns, o número másico A,A fórmula exacta é 1,12 ³√A fm. Véxase . moito menor co tamaño do átomo, cuxo raio é da orde de 105 fm ou 1 ángstrom (Å). Os nucleóns mantéñense unidos mediante a forza nuclear, moito máis intensa a distancias curtas ca a forza electromagnética, vencendo a repulsión eléctrica que esta última provoca entre os protóns..
Todos os átomos dun mesmo elemento teñen o mesmo número de protóns. Dito número denomínase número atómico do elemento e represéntase por Z. Porén, dous átomos dun mesmo elemento poder ter distinto número de neutróns, dise neste caso que tales átomos son isótopos do elemento correspondente. O número de protóns e de neutróns de forma conxunta determinan o núclido.
O núcleo atómico pode verse alterado por procesos moi enerxéticos, en comparación coas reaccións químicas. Os núcleos inestables sofren desintegracións que poden cambiar o seu número de protóns e neutróns emitindo radiación. Un núcleo pesado pode fisionarse noutros máis lixeiros nunha reacción nuclear ou espontaneamente. Mediante unha cantidade suficiente de enerxía, dous ou máis núcleos poden fusionarse noutro máis pesado.
En átomos con número atómico baixo, os núcleos cunha cantidade distinta de protóns e neutróns tenden a desintegrarse en núcleos con proporcións máis parellas, máis estables. Porén, para valores maiores do número atómico, a repulsión mutua dos protóns require unha proporción maior de neutróns para estabilizar o núcleo..
Historia da teoría atómica
O concepto de átomo existe desde a Antiga Grecia proposto polos filósofos gregos Demócrito, Leucipo e Epicuro, con todo, non se xerou o concepto por medio da experimentación senón como unha necesidade filosófica que explicase a realidade, xa que, como propuñan estes pensadores, a materia non podía dividirse indefinidamente, polo que debía existir unha unidade ou bloque indivisible e indestrutible que ao combinarse de diferentes formas crease todos os corpos macroscópicos que nos rodean. Só nos séculos XVIII e XIX estableceuse a explicación física para esta idea, ao comprobarse que había un límite físico desde o que non era posible dividir determinadas substancias a través de métodos químicos. Este límite era moi semellante ao concepto filosófico de átomo descrito na antigüidade. A finais do século XIX e comezos do século XX, foron descubertos varios compoñentes subatómicos e estruturas dentro do átomo, demostrando así que o "átomo químico" podía en realidade ser dividido, aínda que o nome permanecese ata os nosos días.
Antigüidade
As primeiras referencias ao concepto de átomo datan da antigüidade indiana no século VI a.C. As escolas Nyaya e Vaisheshika desenvolveron teorías complexas sobre como os átomos se combinaban entre si para formar obxectos máis complexos, primeiro en parellas e despois en tríos de pares. No occidente, as primeiras referencias aos átomos xorden un século máis tarde con Leucipo, cuxo pensamento foi sistematizado polo seu alumno Demócrito, que ao redor 450 a.C. acuñou o termo átomos . Aínda nos conceptos indio e grego os átomos baséanse exclusivamente na filosofía, a ciencia moderna adoptara séculos máis tarde o nome proposto por Demócrito.
Primeiras teorías científicas miniatura|Lista de elementos de John Dalton, considerado o pioneiro da teoría atómica moderna. Dalton propuxo que cada elemento químico era constituído por átomos dun único tipo e os compostos químicos eran formados por grupos de átomos diferentes. Ata o desenvolvemento da química pouco ou ningún progreso ocorreu no concepto de átomo. Con todo, o concepto básico de átomo explicaba de forma precisa os novos descubrimentos que estaban a ocorrer no campo da química. En 1661, o filósofo naturalista Robert Boyle publicou The Sceptical Chymist , no que argumentaba que a materia era constituída por varias combinacións de "corpúsculos" ou átomos, en vez dos elementos clásicos: terra, aire, lume e auga. A obra tamén ofrece a primeira definición de "elemento químico": un corpo simple e non mesturado que non se pode facer doutro corpo. Aínda que esta definición foi abandonada ao longo do século seguinte, o traballo de Boyle é hoxe considerado un marco da historia da química por separar a alquimia da química. É unha definición similar de elemento químico consta no Traité élémentaire de Chimie, escrito en 1789 polo nobre e investigador científico francés Antoine Lavoisier, tratado no que fixo o seu enunciado: «A materia non se crea nin se destrúe, simplemente transfórmase» e que ía dominar a química no século seguinte.