In limba greaca veche, cuvantul atom era folosit pentru a descrie cea mai mica parte dintr-o substanta. Aceasta "particula fundamentala", asa cum este denumit astazi atomul, era considerata indestructibila; de fapt, cuvantul grecesc atom inseamna indivizibil.
Cunostintele despre marimea si natura atomului s-au imbogatit de-a lungul timpului, insa la inceputuri oamenii nu puteau decat sa speculeze aceste cunostinte.
Odata cu aparitia cercetarii stiintifice experimentale( in sec. XVI-XVII e.n.), procesul de cunoastere a teoriei atomice a progresat rapid.
Chimistii au recunoscut atunci ca toate substantele, indiferent de starea de agregare, pot fi analizate pana la cele mai mici componente elementare. De exemplu, s-a descoperit ca sarea este compusa din doua elemente distincte, sodiu si clor, care combinate formeaza un compus chimic. S-a descoperit de asemenea ca aerul este un amestec de azot si oxigen. Apa este simbolizata de formula H2O, ceea ce inseamna ca fiecarui atom de oxigen ii corespund doi atomi de hidrogen.
Determniarea masei unitatii de volum (care este de fapt o marime denumita densitate) pentru diferite gaze, permite comparatia directa a maselor moleculare ale acestor gaze.
Considerand oxigenul ca etalon cu valoarea de 16 unitati de masa atomica (UMA), atunci se constata ca heliul are 4.003 UMA, fluorul 19 UMA si sodiul 22.997 UMA.
Greutatea atomica este masurata in unitati de masa atomica (UMA). In procesele care apar intre nucleele atomice, cum este fisiunea nucleara, masa este transformata in energie.
La mijlocul secolului XIX, cativa chimisti considerau ca similitudinile dintre proprietatile chimice ale mai multor elemente, implicau o regularitate care putea fi demonstrata prin ordonarea elementelor intr-o forma tabelara sau periodica.
Chimistul rus Dimitri Mendeleev a propus o harta a elementelor, numita "tabel periodic", in care elementele sunt aranjate in randuri si coloane, astfel incat, elementele cu proprietati chimice asemanatoare sa fie grupate. Potrivit acestui aranjament, fiecare element a primit un numar (numar atomic) ponind de la 1, pentru hidrogen, pana la 92, pentru uraniu.
Deoarece in acea perioada, nu erau cunoscute toate elementele chimice, au fost lasate spatii necompletate, fiecare corespunzand unui element necunoscut.
Cu ajutorul acestui tabel, cercetarile ulterioare au dus la descoperirea elementelor lipsa.
Curiozitatea privind marimea si greutatea atomului i-a urmarit pe oamenii de stiinta o lunga perioada in care lipsa instrumentelor si a tehnicilor adecvate i-a impiedicat sa obtina raspunsuri satisfacatoare. In consecinta, un mare numar de experimente ingenioase au avut ca scop determinarea marimii si greutatii atomului. Cel mai usor atom, cel de hidrogen are un diametru de1x10-8 cm si greutatea 1.7x10-24 g. Un atom este atat de mic incat o singura picatura de apa contine mai mult de un milion de milioane de miliarde de atomi.
Radioactivitatea
Faptul ca un atom nu este cea mai mica particula dintr-o subsatanta, a devenit evident odata cu descoperirea radioactivitatii. In 1896 fizicianul francez Antoine Henri Becquerel a descoperit ca unele substante, ca sarurile de uraniu, emana raze penetrante cu origine necunoscuta. Cu doar un an mai inainte, savantul german Wilhelm Conrad Roentgen anuntase descoperirea unor raze care puteau penetra straturi de grafit, pe care le denumise raze X.
Savantii francezi Marie Curie si sotul Pierre Curie au contribuit la intelegerea profunda a substantelor radioactive.
Ca urmare a cercetarilor fizicianului englez Ernest Rutherford si a contemporanilor sai, s-a dovedit ca uraniul si alte elemente grele ca torul si radiul, emit trei tipuri diferite de radiatii, numite alfa, beta si gama (
S-a descoperit ca primele doua tipuri de raze erau formate din particule de materie incarcate electric si si-au pastrat denumirile initiale. Radiatiile gama au fost identificate ca unde electromagnetice, similare cu razele X, dar avand lungimi de unda mai mici.
Modelul Rutherford
Cunoasterea naturii emisiilor radioactive le-a permis fizicienilor sa elucideze misterul atomului.
S-a constatat ca, departe de a fi o particula solida de materie, atomul este mai mult o structura spatiala. In centrul acestei structuri se gaseste o "inima" infima denumita nucleu. Rutherford a stabilit ca masa atomului este concentrata in acest nucleu. De asemenea, el a considerat ca satelitii, numiti electroni, se deplaseaza in jurul nucleului, pe traiectorii numite orbite.
Nucleul este incarcat electronic pozitiv in timp ce fiecare electron este incarcat electric negativ. Suma sarcinilor electrice ale electronilor este egala cu sarcina electrica a nucleului, anulandu-se reciproc, si de aceea starea electrica normala a atomului este neutra.
Pentru a explica structura atomului, fizicianul danez Niels Bohr a dezvoltat in 1913, o teorie cunoscuta sub denumirea de " Teoria atomica a lui Bohr". El a presupus ca electronii sunt aranjati in straturi sau nivele cuantice, la o distanta considerabila fata de nucleu. Acest mod de dispunere se mai numeste si configuratie electronica. Numarul acestor electroni este egal cu numarul atomic.
De exemplu hidrogenul are un singur electron orbital, heliul are 2 iar uraniul are 92. Straturile electronice sunt asezate regulat, fiind in numar de 7, fiecare acceptand un numar limita de electroni. Primul strat este completat cu doi electroni, al doilea cu maximum 8 iar straturile succesive urmatoare pot accepta un numar mai mare de electroni.
Numarul de electroni de pe ultimul strat determina caracterul chimic al atomului. Gazele inerte sau cele nobile ( heliu, neon, argon, kripton, xenon si radon) au ultimele straturi completate cu electroni. Aceste gaze nu intra in combinatii chimice in natura, desi trei dintre cele mai grele gaze inerte ( kripton, xenon si radon) au format compusi chimici in laborator.
Pe de alta parte stratul exterior al unor elemente ca litiul, sodiul si potasiul, contine un singur electron. Aceste elemente se combina foarte usor cu alte elemente ( transferandu-le acestora electronul de pe ultimul lor strat ) formand un mare numar de compusi chimici.
Conventional atomului i se atribuie atomului imaginea unui sistem planetar in care electronii se rotesc in jurul nucleului precum planetele in jurul soarelui. Deoarece nu se poate defini pozitia momentana a unui electron pe orbita, pentru a rezolva aceasta incertitudine i se atribuie electronului forma de nor electronic.
Experimentele facute la inceputul anilor 1930 de catre fizicienii francezi Frederic si Irene Joliot-Curie au relevat faptul ca atomi stabili ai unui elementpot capata artificial proprietati radioactive, in urma unui bombadament cu particule nucleare sa cu anumite raze. Asemenea izotopi radioactivi ( radioizotopi ) sunt produsi in urma unei reactii nucleare sau a unei transformari. In asemenea reactii, mai mult de 270 de izotopi intalniti in natura au functia de tinte pentru proiectilele nucleare.
Dezvoltarea spargatoarelor si a acceleratoarelor de atomi a facut posibila observarea a mii de reactii nucleare.
Particule elementare
Studiile facute la acceleratorul de atomi au stabilit ca fiecare tip de particula are o antiparticula, de aceeasi masa, dar are incarcatura si proprietati electrmagnetice opuse. Fizicienii au cautat multa vreme o teorie care sa puna in ordine aceasta multitudine de particule.
La ora actuala particulele sunt grupate in functie de forta care le controleaza interactiunile, astfel : hadronii ( forte nucleare puternice ) care includ hiperoni, mezoni, neutroni si protoni; leptonii ( forte electromagnetice slabe ) includ particulele tau, muon, electronii si neutrinii; bosonii ( obiecte de tip particula asociate cu interactiuni ) include fotonii si ipotetic purtatorii unei forte slabe si de gravitatie.
Forta nucleara slaba este evidenta in reactii radioactive sau de descompunere de tip alfa ( eliberarea nucleului de heliu dintr-un nucleu atomic stabil ).
In 1963 fizicienii americani Murray Gell-Mann si George Zweig au propus ideea ca hadronii sunt combinatii de particule mai mici numite quarci, ale caror interactiuni sunt purtate de corpusculi de tip particula numiti gluoni.
Aceasta teorie sta la baza investigatiilor curente si a folosit la anticiparea existentei altor subparticule atomice noi.
