STRUCTURA ATOMULUI - Nucleul atomic. Izotopi, Clasificarea elementelor chimice

STRUCTURA ATOMULUI - Nucleul atomic. Izotopi, Clasificarea elementelor chimice

TOATA MATERIA ISI ARE ORIGINEA SI EXISTA DOAR IN VIRTUTEA UNEI FORTE CARE FACE SA VIBREZE PARTICULELE UNUI ATOM SI CARE MENTINE INTEGRITATEA ACESTUI MINUSCUL SISTEM SOLAR AL ATOMULUI….

SUNTEM OBLIGATI SA PRESUPUNEM CA IN SPATELE ACESTEI FORTE EXISTA O MINTE CONSTIENTA SI INTELIGENTA. ACEASTA MINTE INTELIGENTA ESTE MATRICEA INTREGII MATERII. (Max Planck)

La sfirsitul sec. XIX si inceputul sec. XX au aparut dovezi experimentale care combateau indivizibilitatea atomului si demonstrau complexitatea structurii sale (electroliza, studiul descarcarilor electrice in gaze rarefiate, studiul spectrelor luminoase, descoperirea radioactivitatii naturale, descoperirea razelor X, efectul fotoelectric, etc.).

Un progres deosebit il reprezinta aparitia fizicii cuantice care studiaza unitatile minuscule de radiatie electromagnetica (cuantele sau undele de lumina) ca forte non-fizice ale caror deplasare creaza lumea noastra fizica.

Atomul ste cea mai mica parte dintr-o substanta simpla si care mai pastreaza individualitatea si proprietatile acesteia. Desi semnificatia initiala de indivizibil este depasita acum, denumirea a ramas. Atomul s-a dovedit a fi divizibil si alcatuit din particule subatomice fundamentale electroni, protoni si neutroni iar la rindul lor acestia pot alcatui alte particule subatomice (quarcuri, leptoni, bosoni- vezi structura atomului).

Moleculele substantelor simple sunt formate dintr-o singura specie de atomi (un element). De exemplu, substanta a carei molecule sunt formate din doi atomi de azot, N₂, este azotul si este o substanta simpla sau un element. Substantele simple, O₂ si O₃, sunt formate din aceeasi specie de atomi de oxigen, dar care se deosebesc prin numarul si asezarea atomilor in molecula, constituind forme alotropice.

Elementul chimic este o specie de atomi care se caracterizeaza printr-o totalitate determinata de proprietati; fiecare atom luat individual, izolat, este un element chimic. Elementul chimic este tipul de materie formata din atomi ai caror nucleu au aceeasi sarcina electrica. De exemplu, toti atomii care au sarcina nucleara +1 constituie elementul H, hidrogen. Elementul hidrogen se poate gasi in H₂O, CH₄, H₂, etc., avind aceleasi proprietati indiferent de componentele moleculelor in care intra. Substanta simpla este forma de existenta in stare libera a unui element.

Nucleul atomic. Izotopi

Structura nucleului

In mod simplificat si clasic se considera ca atomul este alcatuit dintr-un nucleu central, format din nucleoni (neutroni si protoni) si un invelis electronic tridimesional format din electroni. Numarul electronilor, sarcini electrice negative, din jurul nucleului este egal cu numarul sarcinilor pozitive (protonii) ale nucleului, incit atomul este electroneutru.

Numarul de sarcini pozitive din nucleu poarta numele de numar atomic si se noteaza cu Z. Numarul total al nucleonilor (protoni si neutroni) dintr-un nucleu se numeste numar de masa si se noteaza cu A.

A= Z+ N in care N este numarul de neutroni.

Exceptind atomul de hidrogen care are un singur proton ceilalti atomi au mai multi protoni si neutroni uniti prin forte speciale de atractie numite nucleare.

( Formarea nucleelor din protoni si neutroni este un proces care degaja o cantitate considerabila de energie si este insotit de o variatie de masa numit defect de masa care reprezinta diferenta intre masa teoretica a nucleului (obtinuta ca suma maselor nucleonilor ) si masa reala a nucleului. Defectul de masa caracterizeaza energia totala degajata la formarea nucleului din nucleoni si respectiv energia absorbita la desfacerea nucleului in nucleoni.)

Izotopi

Izotopii sunt specii de atomi ai aceluiasi element (cu acelasi Z ) dar cu A diferit datorita numarului diferit de neutroni. Invelisul electronic este identic astfel incit si proprietatile lor chimice sunt extrem de asemanatoare sau chiar aceleasi. Deoarece elementele chimice sunt amestecuri de izotopi, masele lor atomice sunt numere fractionare. Uneori izotopii au nume diferite ca de ex. la hidrogen unde cei 3 izotopi se denumesc hidrogen sau protiu (Z=1, A=1), deuteriu (Z=1. A=2) si tritiu (Z=1, A=3).

Izotopii stabili si radioactivi se folosesc in cercetarea stiintifica sub forma de “atomi marcati” sau trasori si au utilizari in chimie, biologie, medicina, metalurgie, agricultura si alte domenii.

Clasificarea elementelor chimice

Necesitatea clasificarii elementelor chimice a aparut paralel cu descoperirea in natura a unui numar mai mare de specii atomice.

In 1829 s-au constituit asa numitele triade, formate din elemente cu proprietati fizico-chimice asemanatoare, determinate de anumite schimbari care apar in valoarea maselor atomice (Li, Na, K ; Ca, Sr, Ba; Cl, Br, I).

In 1862 s-a realizat asezarea in spirala sau elicoidala a elementelor cunoscute in ordinea crescatoare a maselor atomice.

In 1863 s-au aranjat elementele dupa masele lor atomice, rezultind siruri orizontale de cite 7 elemente; deoarece proprietatile elementelor sunt asemanatoare la fiecare al 8-lea reprezentant aceasta regularitate s-a denumit legea octavelor.

Clasificarea periodica a elementelor a lui Mendeleev

Aranjand elementele in ordinea crescatoare a masei atomice Mendeleev a observat ca la anumite intervale apar elemente cu proprietati asemanatoare. Asezind aceste elemente unele sub altele obtine sistemul periodic, format din siruri orizontale numite perioade si siruri verticale numite grupe. Astfel Mendeleev descopera legea periodicitatii conform careia: “proprietatile elementelor sunt functie periodica de masa lor atomica” . Astazi se considera ca proprietatile elementelor variaza functie de numarul lor atomic. Asezarea elementelor in sistemul perodic se bazeaza pe urmatoarele principii, elaborate de Mendeleev si confirmate de practica:

elementele asezate dupa cresterea maselor atomice prezinta o periodicitate a proprietatilor lor;

marimea masei atomice defineste caracterul elementului;

se poate determina masa atomica a unui element daca se cunosc omologii sai.

In forma actuala tabelul periodic contine 7 perioade:

-perioada 1-a formata din 2 elemente H, He

-perioadele 2 si 3 sunt scurte si contin cite 8 elemente fiecare ( de la Li la Ne si de la Na la Ar)

-perioadele 4 si 5 contin cite 18 elemente (de la K la Kr si de Rb la Xe)

-perioada a 6-a contine 32 elemente ( de la Cs la Rn)

-perioada a 7 a a crescut in ultima vreme de la 3 la 26 elemente, prin descoperirea elementelor de la Z=104 la Z= 113 .

Elementele chimice se pot clasifica in grupuri sau blocuri dupa tipul de orbital (s, p, d sau f) in care intra electronul distinctiv ( pe care un element il are in plus fata de elementul precedent).

Elementele din grupele principale IA si IIA au electronul distinctiv intr-un orbital de tip s al ultimului strat (ns) formind grupul (blocul) elementeleor de tip s.

Elementele din grupele principale IIIA- VIIIA au electronul distinctiv intr-un orbital p al ultimului strat (np), formind grupul sau blocul elementelor de tip p.

Elementele din grupele secundare IB-VIIIB la care electronul distinctiv se gaseste intr-un orbital d al penultimului strat, (n-1) d, formeaza grupul elementelor de tip d (elemente tranzitionale d).

Un loc aparte revine elementelor la care electronul distinctiv ocupa un orbital de tip f al antepenultimului strat, (n-2) f :

-elemente la care se completeaza orbitalii 4f alcatuiesc familia lantanidelor;

-elementele la care se completeaza orbitalii 5f alcatuiesc familia actinidelor.

Lantanidele si actinidele sunt elemente tranzitionale de tip f . Elementele tranzitionale de tip d si f fac trecerea de la elementele de tip s la cele de tip p.