Atomi

Source: Yzmo, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Helium_atom_QM.svg, CC Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

Atomul este cel mai mic constitutiv ireductibil al unui sistem chimic. Cuvântul este derivat din limba greacă, atomos, indivizibil, format din particula a-, nu, și tomos, divizare. Aceasta reprezintă de obicei atomi chimici, componentele de bază ale moleculelor și materia obișnuită. Aceşti atomi nu sunt divizibili prin reacții chimice, dar sunt acum cunoscuţi a fi compuşi din particule subatomice chiar mai mici. Dimensiunile acestor atomi sunt în general în intervalul de la 22 până la 100 pm.

Marea varietate de materie cu care ne confruntăm în experiența de zi cu zi este formată din atomi. Existența unor astfel de particule a fost propusă pentru prima dată de către filosofii greci, precum Democrit, Leucippus, și epicurienii, dar fără niciun argument real, astfel încât conceptul a dispărut, până când a fost reînviat de Rudjer Boscovich în secolul XVIII, și apoi aplicat în chimie de John Dalton.

Rudjer Boscovich ţi-a bazat teoria pe mecanica newtoniană și a publicat-o în 1758 în lucrarea sa Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium. Conform lui Boscovich, atomii sunt puncte fără structură internă, care prezintă forțe de respingere şi atracţie între ele, în funcție de distanță. John Dalton a folosit teoria atomică pentru a explica de ce gazele se combina întotdeauna în raporturi simple. Abia odată cu studiile lui Amedeo Avogadro, în secolul XIX, oamenii de știință au început să se facă distincția între atomi și molecule. În timpurile moderne atomii au fost observaţi şi experimental.

După cum s-a constatat ulterior, atomii sunt sunt făcuţi din particule mai mici. De fapt, aproape tot atomul este spaţiu gol. În centru este un nucleu pozitiv mic compus din nucleoni (protoni și neutroni), iar restul atomului conține numai norii de electroni destul de flexibili. De obicei atomii sunt neutri electric, cu un număr egal de electroni şi protoni. Atomii sunt clasificaţi în general prin numărul atomic, care corespunde numărului de protoni din atom. De exemplu, atomii de carbon sunt acei atomi care conțin 6 protoni. Toţi atomii care au același număr atomic partajează o varietate largă de proprietăți fizice și prezintă același comportament chimic. Diferitele tipuri de atomi sunt
prezentate în tabelul periodic. Atomi având același număr atomic, dar diferite mase atomice (datorită numărului lor diferite de neutroni), se numesc izotopi.

Cel mai simplu atom este atomul de hidrogen, având numărul atomic 1, și constând dintr-un proton și un electron. Acesta a fost subiectul de mare interes în domeniul științei, în special în dezvoltarea timpurie a teoriei cuantice.

Comportamentul chimic al atomilor se datorează interacțiunilor dintre electroni. În special electronii din orbitele exterioare, numiţi electroni de valență, au cea mai mare influență asupra comportamentului chimic. Electronii nucleului (cele care nu aparţin de mantaua exterioară) joacă şi ei un rol, dar de obicei în funcție de un efect secundar datorat screening-ului sarcinii pozitive din nucleul atomic.

Există o tendință puternică la atomi de a umple complet (sau goli complet) învelișul de electroni exterior în care, în hidrogen și heliu, există loc pentru doi electroni, iar în toţi celelalţi atomi există loc pentru opt electroni. Acest lucru este realizat fie prin schimbul de electroni cu atomii vecini, fie prin îndepărtarea completă a electronilor de la alți atomi. Când electronii sunt partajaţi se formează o legătură covalentă între cei doi atomi. Legaturile covalente sunt cel mai puternic tip de legături atomice.

Când unul sau mai mulți electroni sunt complet eliminaţi dintr- un atom de către alt atom, se formează ioni. Ionii sunt atomi care posedă o sarcină diferită de zero, ca urmare a unui dezechilibru în numărul de protoni și electroni. Ionul care a luat electronul se numește anion, și este încărcat negativ. Atomul care a pierdut electronul este numit cation, și este încărcat pozitiv. Cationii și anionii sunt atrași unul de celălalt datorită forțelor coulombice între sarcinile pozitive și negative. Această atracție este numit legături ionice, și este mai slabă decât legăturile covalente.

După cum sa menționat mai sus, legarea covalentă implică o stare în care electronii sunt împărțiţi în mod egal între atomi, în timp ce legătura ionică presupune că electronii sunt complet îndepărtaţi de anion. Cu excepția unui număr limitat de cazuri extreme, niciuna dintre aceste imagini nu este complet corectă. În cele mai multe cazuri de legături covalente, electronul este comun în mod inegal, petrece mai mult timp în jurul atomului mai electronegativ, rezultând că legătura covalentă are un oarecare caracter ionic. În mod similar, în legătura ionică electronii petrec adesea o mică parte din timp în jurul atomului mai electropozitiv, rezultând un oarecare caracter de covalenţă pentru legătura ionică.