.

I

O Chimistul englezJohn Dalton a creatpentru prima datao teorie bazata pe

argumente~tiin,ifice desprestructura atomica amateriei. ~i-a luatnoti,e zilnic asupravremii locale -

aceasta l-a condusspre cercetareaatmosferei ~i agazelor, de unde aajuns la elaborareateoriei atomice.

Orice material este compus dinparticule mici numite atomi.Acestea sunt atiit de mici inciitincap cu milioanele pe viirfulunui ac. Gruparea mai mu1toratomi formeazii molecule,' celemai mari grupiiri de acest gencontin mai mu1te mii de atomi.

Hidrogen

Oxigen 1:-

~::Jf!"'50;:~

~1:-~

~.~7~Carbon ))I.t tft;j.;t b.r J $t,Phensoll

I dea c~ orice material se compune dinparticule mici a ap~rut inc~ din vremeaGreciei Antice. in jurul anului 420 i.e.n.

filozoful Democrit a ajuns la. concluzia c~materia se compune din particule miciindivizibile. Aceste particule se numesc ~iastazi atomif dup~ cuvantul grecesc atomosfadic~ indivizibil.

Alti fliozofi aveau teorii diferite. in secolul IV.i.e.n. Aristotel era de p~rere al fiecare materialse compune din patru elemente de baza -

p~mantf aerf focf ap~ -f riumai c~ in cantitatidiferite. Aceasta a fost o teorie acceptatape largpan~ la inceputul secolului XVII. Obiectivul

O Glucoza estezaharul care indul-ce~te fructele.Compozi1ia mole-culei de glucoza GLUCOZAeste C6H 1 206.Aceasta inseamnaca ea con1ine 6atomi de carbon,1 2 atomi dehidrogen ~i 6 atomide oxigen. Pe graficeste ilustrat modulde legare ~ia~ezarea lorspatiala.

O Daca aplicam otensiune inalta pebornele electrozilorce sunt introdu~i in

9azul rarefiat, atunci9azul va incepe sa

conduca electricita-tea ~i va emitelumina. Caracteris-ticile ob,inute astfeldepind de materiaelectrozilor. Cerceta-

: torii examineazai aceste caracteristici

J spre a elucida

structura atomilor~i! a moleculelor.

CH2OHIH ~ OH

alchimiei a fost crearea "elixirului vietil", o 1/ H "' I

bautura care ar da viat:l etema omuJui. Un alt f", OH H /~obiectiv a fost imbogatirea prin ~fornlarea OH"' I I/OHmetalelor ob~nuite 1n aur. Multi alchimi~ti s-au ~~ -~laudat cl au rezolvat aceste probleme, dar 1n H OH

realitate nici unul nu a avut succes.

T eoria revolu\ionara a lui Daltoncativa oameni de ~tiint:l au ramas 1n continuarede parere cl materia se compune din atomi, insaparu1la 1nceputul anilor 1800 nu a existat nici odovada ~tiintificl care sa sustiru1 aceasta teorie.Un chimist ~i sCriitor englez, Johi1 Dalton, arealizat experiente cu gaze, mai precis a cercetatmodul de combinare 1ntre ele. A determinat deexemplu, cl hidrogenul ~i oxigenul se combiru11ntotdeauna 1n acel~i raport de greutate spre aforma apa. La rezultate similare au ajuns ~i alticercetatori, 1nsa Dalton a fost primul care a1nteles implicatii1e acestora. El a concluzionat cl

materiile sunt compuse din atomi ~i al atomiiunei substante primare au toti aceea,5i greutate.Daal doua substante primare se combina intreele atunci atomii se unesc Intotdeauna in ace1a,5iraport cantitativ. Teoria de atom daltonian:l aexplicat cauza din care atomii se combinaintotdeauna in ace1a,5i rapo~ ca{ltitativ ~i a creatun punct de plecare pentru alti cercet:ltori spreexaminarea in detaliu a materiei.

Materia se compune deci din atomi, daroare atomii din ce se compun? Primele indiciiIn acest sens au aparut spre sfar~itul anilor1800. cand cercet:ltorii au examinat trecerea

1'5'5

O Acizii nucleicisunt substan,emacromoleculare:

ace~tia poartainforma,ia saucodul genetic princare vieta,ile

mo~tenesccaracteristicile.Aceste spirale

reprezinta lan,uride nucleotide.Forta de legaturaintre ele estelegatura dintreAdenina (A) ~iTimina (T)respectiv Guanina

(G) ~i Sitozina (C).

O Acest contur afost format de elec-tronii ceda,i de cat-re o placa de plasticincarcata electric.

O Sir Ernest Rutherford, fondatorul fiziciinucleare. El a concluzionat pentru primadata ca atomul se compune dintr-unnucleu cu sarcina pozitiva ~i electroni carese invart in jurul lui.

electricitalii prin aerul rarefiat dintr-un tub desticl~. Tubul a ernis din cand In cand lumin~verde, In momentele In care s-a aplicat otensiune malta pe cele dou~ pl~cute de metal,i~troduse In gaz, sau altfel spus electrozi.Aceasta lurninozitate era produs~ de radialiainvizibil~ care pornea de pe electrodul nega-tiv $i se lovea de perete\e tubului de sticl~.

in anti 1890 fizicianul britanicJ.J. Thomsona aratat c~ aceste raze catodice, dup~ cum senumeau In acea vreme, sunt de fapt curenlide particule pu~toare de sarcini negative. inacea vreme s-a presupus c~ electronti suntsmul$i intr-un mod oarecare din atomi, dar nuera de loc clar~ organizarea lor din interiorul

atomului. Ipoteza lui Thomson era ca atomiiseamana i:ntr-un fel cu o budinca cu stafide:mai multe particule cu sarcina negativa -electronii, sunt i:ncorporate Intr-o materievoluminoasa dar u~oara, de forma sferica.Experientele ela~rate ~i realizate ulteriorpentru clarifi'Carea .structurii .interne aatomului au infirmat teoria lui Thomson.

Modelul Rutherfordin 1911, un coleg al lui Thomson, ErnestRutherford, nascut In Noua Zeelanda, dar carea lucrat In Marea Britanie, a schitat o nouastructura atomica, care a dat raspuns lafenomenele observate In experimente. inconformitate cu aceasta, mijlocul atomului,sau altfel spus nucleul, are sarcina pozitiva ~ieste relativ greu. in jurul lui se Invirtelectronii: particule foarte mici ~i u~oare,purtatoare de sarcina negativa.

Rutherford nu a realizat Insa ca nucleulatomic se compune de regula din mai multetipuri de particule: unele cu sarcina pozitiva ~ialtele fara sarcina. Existenta particulelor cusarcina pozitiva -a protonilor -s-a doveditIn jurul anului 1920. Particulele fara sarcinaelectrica, amintite mai sus, au fost descoperiteIn 1932 de Sir James Chadwick, care le-adenumit electroni. Prin aceasta s-a completatmodelul de atom prin care putem Intelegecomportamentul materiei.

ElementeElementele sunt acele substante, In care fiecareatom are acela~i numar de protoni. Acest numarcomun de protoni indica numarul atomic alelementului. Exist:lln totalitate un numar de 92elemente In natura: In atomii lor, num:lrulprotonilor poate varia Intre 1 ~i 92. Prinintermediul unor echipamente speciale, nu miteacceleratoare de particule se pot produce alteciteva elemente care sa contina mai multiprotoni. Printre elementele naturale amintimfierul, mercurul ~i hidrogenul.

In multe substante, atomii formeaza gruparinumite moleCule. Gazul de hidrogen este formattot din molecule, fiecare molecula fiindcompusa din doi atomi de hidrogen. .5i apa esteo compozitie: molecula de apa contine doiatomi de hidrogen ~i un atom de oxigen. Exist:lnumeroase molecule care contin un numar multmai mare de atomi: proteinele din organismelevii sunt compuse din molecule sof1Sticate,numarul atomilor ajung:1nd de ordinul miilor.

Unele elemente se gasesc In natura numaicompuse. Spre exemplu, sodiul este un metal,numai ca intra In legatura cu alte elementeatat de repede Incit niciodata nu se poate~

O Atomul de hidrogen (stanga) con,ine unproton; nucleul de heliu (mijloc) are doi pro-toni ~i doi neutroni. Nucleul izotopului litiu- 7(dreapta) are trei protoni ~i patru neutroni.

Straturi de ~Iect!oni K, L, ~i M

O Fizicianul danezNiels Bohr, distinscu premiul Nobel, acercetat structuraatomilor ~i a ener-

giei inmagazinatede ace~tia. in tim-pul celui de al doi-rea r3zboi mondial

~ a participat la crea-~ rea bombei nucle-~ are in calitate dec5 consultant ~tiintific.

Moleculi de cloruri de sodiu~

,\ I

,/ -'

I.atom de clor atom de sodiu

.

Electron schimbatin stratul M

Stratul K con,inedoi electroni

'otoni ~i!utroni inlcleu Stratul L con,ine

opt elect~oniStratul M con-tine 18 electroni

O Sarea de buc3t3-rie (clorura de sodiu)se compune dinatomi de sodiu ~iclor. Fiecare atom desodiu cedeaz3 cateun electron unuiatom de clor. Dinaceast3 cauz3 ato-mul de sodiu va de-veni pozitiv, jar ato-mul de clor va deve-ni negativ (diagramade mai sus). Fo$ de

atra~ie electrosta:J

O La explozia unei bombe atomice, prindezintegrarea nucleului de uraniu-235 sauplutoniu-239, se degaja o cantitateenorma de energie.

tica dintre ei ii va

~ine impreuna.Cristalele din sareade bucatarie formea-za o re~ea cristalinacubica, in care atomiide sodiu ~i clor sunt

a~eza~i regulat ~ialternativ, la distan~eegale in toate celetrei direqii (diagra-ma de mai sus):bila albastra -ion desodiu, bila alba -ionde clor.

intalni in naturn in fonna purn, primarn.Fonna cea mai rnspandita este compozitia cuclorul, ~i anume clorura de sodiu, adica sareade bucatarie. Sodiul ca metal, se extrage dinaceasta compozitie, ~i adesea se utilizeazapentru producerea altor substante.

Legaturi chimiceAtomii din molecule pot fi legati sau conectati inmai multe moduri, dar de fiecare data implicaun schimb de electroni sau punerea lor incomun. Cele doua tipuri simple de legaturichimice sunt legatura cova1enta ~i ionica.

in legatura covalenta atomii pun in comunelectronii. in molecula de hidrogen, cei doiatomi de hidrogen sunt legati printr-o legaturncova1enta. Cei doi electroni apartin3.nd celor doiatomi de hidrogen se invart in jurul ambelornuc1ee, ~i astfel stau impreun:I.

La legatura ionica un atom cedeaza unulsau mai multi electroni la atomul pereche, iarlegatura intre ele se datoreaza fortei de atrac-tie electrostatice. in mod nonnal numarulprotonilor pozitivi dintr-un atom coincide cunurn:Irul electronilor negativi. Aceste sarcinide rn:Irimi egale dar de sens contrar se anu-leaza reciproc, astfel global atomul nu aresarcina electrica. Daca insa atomul pierdeelectroni, atunci sarcina pozitiva va fi prepon-derenta, iar atomul care a primit electroni va fide sarcina negativa. Ace~ti atomi, care prezintao sarcina g!obala pozitiva sau negativa, senumesc ioni. Ionii cu sarcini de sens opus seatrag, ~i tocmai aceasta forta de atractiementine legatura intre atomi. Molecula din isarea de bucatarie se formeaza printr-o 1.asemenea legaturn ionica: un atom de sodiucedeaza un electron unui atom de clor.

Atomii unui element oarecare au intotdea-una acela~i nurn:Ir de protoni. Nurn:Irul neutro-nilor insa poate sa fie djferit. De exemplu, in

O in molecula deapa doi atomi dehidrogen (pe desenbila alba) se leagala un atom de

oxigen (bila ro~ie).Atomii de hidrogen

partajeaza singurullor electron cuatomul de oxigen.in acest fel seformeaza olegatura covalentaintre ei.

157

.

..

Neutron .

NeutroniNucleul deuraniu-23S

DEZINTEGRAREA

NUCLEULU

Nucleuldevineinstabil

Nucleul se

dezintegreaza

O Dezintegrareanucleului este rupe-rea centrului atomicin buca,i. in reactorulnuclear nucleele ura-niului devin instabiledatorita bombardariilor cu neutroni. intretimp se degajeazacantita,i imense deenergie termica.

O Acest reactornuclear de fiziune instatui Alabama dinSUA s-a avariat in1975 intr-un incen-diu. Mul,i oameni setern de posibilitateaca intr-un accidentsimilar sa ajungaradia,ii daunatoarein atmosfera.

carbonul natural nurru1rul neutronilor din nuc-leu este in general ~ase, dar intr-un procentajde aproximativ unu la suta: acest num;lr este~apte. Ace~ti atorni diferiti ai aceluia~i elementse numesc izotopi. Ace~tia nu difer~ Incaracterullor chirnic: fiecare formeaza acele~icompozitii cu diferitele materiale, dar difern incaracteristicile lor fizice, de exemplu inghea1;asau incep fierberea la temperaturi diferite.

cand cerceta:torii vorbesc despre un anurnitizotop a1 unui element, atunci 11 definesc prinnulmrul atornic, adica prin nurnarul tota1 alprotonilor ~i al neutronilor. De exemplu,izotopul cel mai r~spandit In natur~ alcarbonului este atomul carbon-12, in care exista:

ULTRAMICROSCOP

DE BALEIAJ

Aici sunt

emi~ielectronii

si."-

este media maselor izotopilor ce se intalnescin naturn, unitatea fiind 1/12 din masa ato-rnic;! a izotopului de carbon-12. Masa mole-cularn relativ;! a unei substante este sumamaselor atornice ale tuturor atomilor dinmolecula respectiv;!.

Complexitatea atomuluiDe indata ce James Chadwick a descoperitneutronul in 1932, s-a crezut c;! se cunoa~teperfect structura atomului. De atunci ins;!,cercetatorii care au realizat experimente cuajutorul acceleratoarelor de particule, audescoperit inc;! peste o suta de particulediferite in atom, iar fiecare descoperire noma ridicat ~i mai multe intreb;!ri. Din fericire,pentru explicarea comportamentului materiei,in marea majoritate a cazurilor, este de ajuns~i acest model mai simplu.

Flux nefo-calizat deelectroni

LentileO in ultramicrosco-pul de baleiaj,lentilele electro-magnetice regleazaraza finala deelectroni. Electroniibaleiaza rapidmostra de verificat

~i microscopulpoate furniza oimagine marita de100 milioane de ori.

"~"~-!!i~E

~.."'

"0"

.0E

,"!

Lentilefinaleinclinatecu45°

Suport demostr3

$tiinta ~i tehnologie 49- BAZELE CHIMIEI $tlinta ~i tehnologie 142- LEGAnJRA CHIMlcA158

~ase protoni ~i ~ase neutroni. Daca in izotopulmai rar exista cu un neutron mai mult, atunciacesta este izotopul carbon-13.

Masa atomicaMasa protonului ~i a neutronului este aproapeaceea~i; de circa 1800 ori masa electronu1ui.Astfel, daca vrem sa ne referim 13; masaatomului, de obicei este suficient sa indicamrnasa atomica a elementului respectiv, careeste egala cu numarul total al protonilor ~ineutronilor, deci este intotdeauna un numar

intreg.Masa atomica relativa a unui element (mai

de mult se numea greutatea atornica relativa)

I 0 Un ultramicros-cop cu factorul demiJrire de 3500, adetectat ace~ti doimacrofagi in 1esutulluat ca mostriJ dinpliJmanul unui om.Ace~tia de obiceisunt sferici; probabilau atacat particulepoten1ial diJuniJ-toare, de exemplubacterii, ceea ceeste indicat deforma lor prelungitiJin imagine.

Camera destocaremostre