Conceptes Essencials de Química: Àtoms, Nuclis i Enllaços

Conceptes Fonamentals de Química i Física Nuclear

Model Atòmic de Bohr i els seus Principis Fonamentals

El model atòmic de Bohr proposa que els electrons giren al voltant del nucli en òrbites definides sense perdre energia. Els seus punts principals són:

• Els electrons es mouen en nivells d’energia fixos (quantitzats).
• Un electró només pot guanyar o perdre energia saltant d’un nivell a un altre (emissió o absorció d'un fotó).
• Cada òrbita electrònica té una energia específica.
• El model explica l’espectre de línies dels àtoms (especialment l'hidrogen).

Què és la Radioactivitat? Definició i Procés

La radioactivitat és el procés mitjançant el qual els nuclis inestables dels àtoms es desintegren espontàniament, emetent radiacions en forma de partícules (alfa, beta) o ones electromagnètiques (gamma).

Tipus d'Emissions Radioactives (Alfa, Beta, Gamma)

Hi ha tres tipus principals de radiació emesa durant la desintegració radioactiva:

1. Radiació Alfa (α):
   • Emesa per nuclis pesants.
   • Consisteix en 2 protons i 2 neutrons (nucli d'Heli).
   • Té poca penetració i es pot aturar amb un simple full de paper.
2. Radiació Beta (β):
   • Consisteix en electrons (β⁻) o positrons (β⁺) emesos per un nucli inestable.
   • Té més penetració que l’alfa.
   • Es pot aturar amb una làmina fina d'alumini.
3. Radiació Gamma (γ):
   • És una ona electromagnètica d’alta energia.
   • Emesa generalment després d’un procés radioactiu (per alliberar l'excés d'energia).
   • Té una gran penetració i es necessita plom o formigó gruixut per aturar-la.

Fissió i Fusió Nuclear: Conceptes Clau

Definició de Fissió Nuclear

La fissió nuclear és un procés en què un nucli pesant (com l’urani-235 o el plutoni-239) es divideix en nuclis més petits després d’absorbir un neutró, alliberant una gran quantitat d’energia i més neutrons, que poden provocar reaccions en cadena. Aquest fenomen s’utilitza en reactors nuclears i bombes atòmiques.

Frases relacionades amb la Fissió:

• Es trenquen les partícules presents en el nucli atòmic i s’allibera una gran quantitat d’energia.
• Es desintegra el nucli en diversos fragments i s’allibera una gran quantitat d’energia.

Definició de Fusió Nuclear

La fusió nuclear és el procés en què dos nuclis atòmics lleugers (com els d’hidrogen) s’uneixen per formar un nucli més pesant (com l’heli), alliberant una enorme quantitat d’energia. Aquest és el procés que alimenta el Sol i les estrelles. Requereix temperatures extremadament altes per vèncer la repulsió electrostàtica entre els nuclis.

Frases relacionades amb la Fusió:

• S’uneixen entre si les partícules presents en el nucli atòmic i s’allibera energia.
• S’uneixen diversos nuclis, i s’allibera molta energia.

Nota: El procés on els àtoms d’un element es transformen en àtoms d’un element diferent s'anomena transmutació, que és inherent tant a la fissió, la fusió com a la desintegració radioactiva.

Aplicacions dels Isòtops Radioactius

Els isòtops radioactius tenen moltes aplicacions importants en diversos camps:

• Medicina: En diagnòstic (TC, PET, radioteràpia amb cobalt-60) i tractament del càncer.
• Arqueologia i Geologia: Datació amb carboni-14 per determinar l’edat de fòssils i restes antigues.
• Energia Nuclear: Usats com a combustible en reactors nuclears (com urani-235 o plutoni-239).
• Indústria: Detecció de fissures en estructures metàl·liques, control de qualitat, inspecció de soldadures i mesura de densitats.

La Taula Periòdica de Mendeleiev

La taula periòdica, inicialment desenvolupada per Mendeleiev, ordena els elements segons el seu número atòmic i propietats químiques. Alguns punts importants són:

• Els elements es disposen en grups (columnes) i períodes (files).
• Els elements del mateix grup tenen propietats químiques similars.
• Mendeleiev va ser capaç de predir l’existència d’elements encara no descoberts en el seu temps.

Configuració Electrònica i Posició a la Taula

La configuració electrònica determina la posició d'un element a la taula periòdica (període i grup):

Tipus de Cristalls i Enllaços Químics

Els materials sòlids cristal·lins es classifiquen segons el tipus d’enllaç que uneix les seves partícules:

• Cristalls Iònics:
  • Formats per: Cations i anions.
  • Tipus d’enllaç: Iònic (forces electrostàtiques).
  • Exemple: Clorur de sodi (NaCl).
• Cristalls Covalents (Atòmics):
  • Formats per: Xarxa d’àtoms.
  • Tipus d’enllaç: Covalent (molt fort).
  • Exemple: Diamant, grafit.
• Cristalls Metàl·lics:
  • Formats per: Àtoms metàl·lics i un "mar" d'electrons lliures.
  • Tipus d’enllaç: Metàl·lic.
  • Exemple: Ferro (Fe).
• Cristalls Moleculars:
  • Formats per: Molècules.
  • Tipus d’enllaç: Forces de Van der Waals o enllaços d’hidrogen (febles).
  • Exemple: Gel (H₂O), diòxid de carboni sòlid (CO₂).

Classificació de Substàncies (Àtoms, Molècules, Cristalls)

La classificació depèn de com es troben agrupades les partícules en condicions normals:

1. Nitrogen (N₂): Molècula, perquè es troba en forma de N₂ amb un enllaç covalent triple.
2. Carboni (C): Cristall (diamant o grafit), perquè forma una xarxa covalent extensa.
3. Ferro (Fe): Cristall, perquè està format per un enllaç metàl·lic que genera una estructura cristal·lina.
4. Clorur de sodi (NaCl): Cristall iònic, perquè està format per ions Na⁺ i Cl⁻ units per forces electrostàtiques.
5. Neó (Ne): Àtoms aïllats, perquè és un gas noble i no forma enllaços estables amb altres àtoms de Ne en condicions normals.