L'Àtom: Estructura, Models i Conceptes Fonamentals de Química

Conceptes Fonamentals de l'Àtom i la seva Estructura

Elements i Compostos

• Elements: formats per un sol component, per exemple, l'or (Au).
• Compostos: formats per més d'un component, per exemple, l'aigua (H₂O).

Models Atòmics Històrics i Actual

• Model de Dalton (1803): Model estàtic, sense nucli i sense càrrega.
• Model de Thomson (1904): Model estàtic, sense nucli i amb càrrega.
• Model de Rutherford (1911): Model dinàmic, amb nucli, amb càrrega i electrons en qualsevol òrbita.
• Model de Bohr (1913): Model dinàmic, amb nucli, amb càrrega i electrons només en òrbites determinades.
• Model Actual: Model dinàmic, amb nucli, amb càrrega i amb orbitals electrònics.

L'Estructura de l'Àtom

El Nucli Atòmic

El nucli atòmic és la part central de l'àtom i està format per nucleons: els protons i els neutrons. Concentra el 99,9% de la massa total de l'àtom i té càrrega neta positiva.

• Protons (p⁺):
  • Massa: 1,673·10^-27 kg
  • Càrrega: +1,6·10^-19 C

  El protó és la partícula subatòmica amb càrrega elemental positiva.

• Neutrons (n⁰):
  • Massa: 1,675·10^-27 kg
  • Càrrega: 0 C

  El neutró és una partícula subatòmica sense càrrega elèctrica.

El Núvol Electrònic (Escorça)

L'escorça o núvol electrònic és la part externa de l'àtom, que envolta el nucli, on orbiten els electrons. Representa el 0,1% de la massa total de l'àtom i conté els electrons en continu moviment, gràcies a la força electromagnètica.

• Electrons (e^-):
  • Massa: 9,019·10^-31 kg
  • Càrrega: -1,6·10^-19 C

  L'electró és la partícula subatòmica amb càrrega elemental negativa.

Unitats a Escala Atòmica

• La unitat de massa atòmica (u): 1 u = 1,66·10^-27 kg.
• La unitat de càrrega elemental (e): 1 e = 1,6·10^-19 C.

Caracterització de l'Àtom

Els àtoms d'un element es distingeixen pel seu nombre atòmic (Z), que correspon al nombre de protons del seu nucli. També es caracteritzen pel nombre màssic (A), que és la suma de protons i neutrons que conté el nucli.

Nombre de neutrons = A - Z

Isòtops

Els isòtops són àtoms que tenen el mateix nombre de protons (mateix nombre atòmic, Z), però tenen diferent nombre de neutrons i, per tant, diferent nombre màssic (A). Poden ser isòtops estables o inestables. Els inestables es descomponen radioactivament.

Massa d'un Àtom i Massa Atòmica d'un Element

• La massa d'un àtom és la suma de les masses de les partícules que conté.
• La massa atòmica d'un element és la massa mitjana ponderada dels àtoms dels seus isòtops, tenint en compte la seva abundància natural.

Ions

Els ions són àtoms amb càrrega elèctrica neta positiva o negativa, perquè han perdut o guanyat electrons.

• Si l'ió és positiu, s'anomena catió (pèrdua d'electrons).
• Si l'ió és negatiu, s'anomena anió (guany d'electrons).

Els ions d'un isòtop són àtoms d'aquest isòtop que han adquirit una càrrega elèctrica neta (positiva o negativa) per pèrdua o guany d'electrons, mantenint el mateix nombre atòmic i màssic que l'isòtop neutre original.

Canvis d'Unitats

• De quilograms (kg) a unitats de massa atòmica (u):

  x kg / 1,66·10^-27 kg/u = u

• De unitats de massa atòmica (u) a quilograms (kg):

  x u · 1,66·10^-27 kg/u = kg

• De coulombs (C) a unitats de càrrega elemental (e):

  x C / 1,6·10^-19 C/e = e

• De unitats de càrrega elemental (e) a coulombs (C):

  x e · 1,6·10^-19 C/e = C

Consideracions Importants sobre l'Àtom

• La representació d'un àtom sol indicar el nombre atòmic (Z) a sota i el nombre màssic (A) a dalt.
• El nombre atòmic (Z) és igual al nombre de protons.
• El nombre màssic (A) és igual a la suma de protons i neutrons.
• Si la càrrega neta és 0 (àtom neutre), el nombre de protons és igual al nombre d'electrons.
• Si la càrrega neta és positiva (catió), hi haurà més protons que electrons (la diferència és la càrrega neta).
• Si la càrrega neta és negativa (anió), hi haurà més electrons que protons (la diferència és la càrrega neta).