Egitura atomikoa: materia guztiaren oinarria
Atomoak unibertsoko guztia osatzen duten materiaren oinarrizko unitateak dira. Egitura atomikoa ulertzea ezinbestekoa da kimikan, fisikan eta beste arlo zientifiko batzuetan, atomoak elementuek nola elkarreragiten duten eta hainbat substantzia nola eratzen dituzten oinarria baitira. Artikulu honek atomoaren egitura, kontzeptu atomikoaren bilakaera zientziaren historian zehar eta atomoa osatzen duten osagai nagusiak zehatz-mehatz aztertuko ditu.
Kontzeptu atomikoaren historia
Atomoen kontzeptua Antzinako Grezian sortu zen Demokrito filosofoarekin (K.a. 460–370), materia atomo izeneko partikula txiki eta ikusezinez osatuta zegoela dioen ideia aurkeztu zuenak, hau da, "zatiezinak" esan nahi du. Hala ere, ideia hori ez zegoen froga esperimentalen bidez babestuta eta espekulazio filosofiko bat baino gehiago izan zen.
Atomoen ideia zientifikoki kontuan hartzen hasi zen XIX. mendean, John Dalton zientzialari ingelesak Daltonen teoria atomikoa proposatu zuenean. Teoria honek zioen materia guztia atomo zatiezinez osatuta dagoela, elementu guztiek atomo mota bera dutela eta elementu desberdinetako atomoak konbinatu daitezkeela konposatuak osatzeko. Hau izan zen atomoen kontzeptua zientziaren esparruan kokatu zuen urrats erabakigarria.
Elektroien aurkikuntza eta Thomsonen eredu atomikoa
XIX. mendearen amaieran, J.J. Thomson zientzialari britainiarrak gaur egun elektroi bezala ezagutzen den partikula subatomikoa aurkitu zuen hodi katodikoarekin egindako esperimentuen bidez. Thomsonek aran-puding eredua garatu zuen, atomoak karga positiboa duten esfera gisa irudikatuz, elektroiak sakabanatuta, ogi bateko mahaspasak bezala.
Rutherforden eredu atomikoa
1911n, Ernest Rutherfordek, alfa partikulak urre-xaflan barreiatuz egindako esperimentu baten bidez, arrakastaz frogatu zuen atomoek erdian nukleo oso txiki, trinko eta positiboki kargatua dutela, geroago nukleo izenaz ezagutuko zena. Elektroiek nukleo hau inguratzen dute bien artean espazio hutsa dutela, Thomsonen ereduaren aurka, zeinak elektroien banaketa esfera positibo batean barreiatuta zegoela iragartzen baitzuen.
Bohrren eredu atomikoa
1913an, Niels Bohr-ek Bohr eredua izeneko eredu atomiko aurreratuago bat aurkeztu zuen. Bohr-ek proposatu zuen elektroiak orbita edo "oskol" espezifikoetan mugitzen direla nukleoaren inguruan energia espezifikoekin. Elektroiak orbita batetik bestera mugi daitezke fotoi moduan energia xurgatu edo askatuz soilik. Bohr ereduak eragin handia izan zuen teoria kuantikoaren garapenean, nahiz eta azkenean elementu guztientzat guztiz zehatza ez zela ikusi zen.
Mekanika Kuantikoaren Eredua
Mekanika kuantikoaren garapenarekin, eredu atomikoak konplexuagoak eta zehatzagoak bihurtu ziren. Erwin Schrödingerrek egin zuen ekarpen garrantzitsu bat, Schrödingerren ekuazioa aurkeztu zuenean, elektroiak uhin-funtzio gisa deskribatzen dituena, nukleoaren inguruko kokapen zehatz batean egoteko probabilitatea adierazten dutenak, orbita finko batean egon beharrean. Eredu honek, askotan elektroi-hodeiaren eredua deitzen dena, elektroiak aurkitzeko aukera gehien duten eremuak deskribatzen ditu, orbitalak deiturikoak.
Atomoen osagai nagusiak
Atomoak hiru subpartikula mota nagusiz osatuta daude: protoiak, neutroiak eta elektroiak.
1. Protoiak:
– Protoiek karga positiboa dute eta nukleo atomikoan daude. Nukleoan dauden protoi kopuruak zehazten du zein elementu mota den. Adibidez, protoi bat duen atomoa hidrogenoa da, eta sei protoi dituena, berriz, karbonoa. Protoi kopuruari zenbaki atomikoa deitzen zaio.
2. Neutroiak:
– Neutroiek ez dute kargarik (neutroak dira) eta nukleo atomikoan aurkitzen dira. Nukleoko neutroi kopurua elementu bakar baten isotopo desberdinen artean alda daiteke. Adibidez, karbono-12ak 6 neutroi ditu, eta karbono-14ak, berriz, 8 neutroi. Neutroiek masa atomikoari laguntzen diote, baina ez dute elementuaren propietate kimikoetan eragiten.
3. Elektroiak:
– Elektroiek karga negatiboa dute eta nukleoaren inguruan mugitzen dira energia-maila desberdinetako orbitaletan. Atomo neutro bateko elektroi kopurua protoi kopuruaren berdina da. Elektroiak atomoen propietate kimikoen arduradunak dira, lotura eta erreakzio kimikoen eraketan parte hartzen baitute.
Egitura atomikoa eta lotura kimikoa
Atomoetako elektroiak energia-geruza desberdinetan kokatzen dira, Aufbau printzipioaren, Hund-en arauaren eta Pauli-ren bazterketa-printzipioaren arabera. Kanpoko geruzan dauden elektroiek (balentzia-elektroi deritze) atomoen propietate kimikoetan eta erreaktibotasunean eragin handia dute. Balentzia-elektroi hauek beste atomo batzuekin transferitu edo partekatu daitezke lotura kimikoak osatzeko, hala nola lotura kobalenteak, lotura ionikoak eta lotura metalikoak.
1. Lotura kobalenteak:
– Bi atomok balentzia-elektroi bikote bat edo gehiago partekatzen dituztenean gertatzen da. Hau askotan molekula organikoetan gertatzen da, hala nola uretan (H2O) eta metanoan (CH4).
2. Lotura ionikoak:
– Atomo batek bere balentzia-elektroi bat edo gehiago beste atomo bati ematen dizkionean gertatzen da, eta ondorioz, elkar erakartzen duten ioi positibo kargatuak (katioiak) eta ioi negatibo kargatuak (anioiak) sortzen dira. Adibide klasiko bat mahai-gatza (NaCl) da, sodio (Na+) eta kloruro (Cl-) ioiez osatua.
3. Metal loturak:
– Balentzia-elektroiak karga positiboa duten metal ioien artean libreki flotatzen dutenean gertatzen da, sendo “ukitzen” dituztenean eta metalari propietate bereziak emanez, hala nola eroankortasun elektrikoa eta xaflagarritasuna.
Isotopoak eta masa atomikoa
Isotopoak elementu beraren aldaerak dira, nukleoan neutroi kopuru desberdina dutenak. Adibidez, karbonoaren isotopo ohikoenak karbono-12 (6 protoi eta 6 neutroi) eta karbono-14 (6 protoi eta 8 neutroi) dira. Elementu baten masa atomikoa bere isotopo guztien batez besteko masa da, masa atomiko unitateetan (amu) neurtuta.
Ondorioa
Materia eta unibertsoan dituen elkarrekintzak ulertzeko funtsezkoa da egitura atomikoa ulertzea. Demokritoren atomoaren hasierako kontzeptutik hasi eta mekanika kuantikoko eredu modernoetaraino, teoria atomikoaren garapenak mundua ikusteko dugun modua eraldatu du. Atomoek, protoi, neutroi eta elektroi osagaiekin, materia guztia osatzen dute eta funtsezko zeregina dute erreakzio kimikoetan eta materiaren propietate fisikoetan. Sakonago aztertuz, zientzialariek unibertsoaren oinarrizko izaerari buruz gehiago deskubritzen jarraitzen dute, teknologian eta zientzian aukera berriak irekiz.
