Atomul

Cu toții am auzit de cuvântul “atom”, însă destul de puțini știm cu adevărat ce este acesta. Cuvântul “atom” provine din limba greacă și înseamnă “nedivizibil” (“a” = “ne”, “tomos” = “divizibil”), dar după cum vom vedea în capitolul “Fisiune nucleară”, atomul a fost „despicat”. Acest lucru a dus și la crearea primei bombe atomice.

În momentul scrierii acestei cărți (08 Mai 2012) se cunosc 118 elemente diferite, ultimele fiind ansamblate în interiorul acceleratoarelor de particule, existând pentru câteva fracțiuni de secundă, după care dezintegrându-se în elemente mai ușoare.

Cel mai simplu și cel mai comun element din Univers este Hidrogenul (H), fiind compus dintr-un electron aflat pe primul strat de energie în jurul unui proton. Primul strat de energie permite spațiu pentru maxim doi electroni. Vom afla în capitolul intitulat “Molecula” de ce acest element este capabil să creeze diferiți compuși chimici, în timp ce alți atomi, precum Heliul, nu au această capacitate, decât dacă sunt ionizați pozitiv prin înlăturarea unuia sau mai mulți electroni.

Un atom este compus dintr-un nucleu care constituie cea mai mare parte din masa unui atom, fiind alcătuit din protoni și neutroni, acestia fiind înconjurați de un “norișor” de electroni aflați la o distanță foarte mare de centrul atomului. Dacă un nucleu ar avea mărimea unei mingi de fotbal, cel mai apropiat electron s-ar afla la o distanță de 800 de metrii, iar acest spațiu care separă electronii de nucleu, este în mare parte gol, cu excepția energiei electromagnetice care îl străbate.

Când a fost descoperit nucleul unui atom de aur, a fost nevoie de repetarea experimentului de foarte multe ori pentru a se ajunge la concluzia că atomul are într-adevăr un nucleu. Acest experiment a constat în “bombardarea” unei folii de aur cu particule rezultate din dezintegrarea unui element radioactiv. Un exemplu de astfel de dezintegrare ar fi cea a Radonului (86 protoni, 136 neutroni) în Poloniu (84 protoni, 134 neutroni) printr-o radiație de tipul “alpha” constând într-un nucleu de Heliu (2 protoni + 2 neutroni). (Puteți citi mai multe despre acest proces în capitolul “Radioactivitatea”). Acest nucleu de Heliu trecea prin acea folie subțire de aur făra să întâmpine niciun fel de rezistență, dar câteodată era ricoșat în altă direcție. Acest lucru se întâmpla atunci când radiația alpha se apropia de nucleul unui atom de aur. Nu se ciocnea cu nucleul, ci era respinsă de încărcătura pozitivă a nucleului de aur datorită faptului că ambele nuclee aveau o încărcătură pozitivă, dar atunci când radiația alpha trecea fara să îi fie schimbată traiectoria, trecea prin acel spațiu gol dintre electronii și nucleul unui atom de aur.

Pentru a înțelege cu adevărat un atom, trebuie să înțelegem cât de mic este acesta. Un atom este foarte mic, asta e clar, dar particulele care îl alcătuiesc sunt cu mult mai mici. Dacă am calcula cât volum ar ocupa toate particulele care alcătuiesc întreaga omenire, excluzând spațiul atomic, ar rezulta ca am putea comprima întreaga umanitate în volumul unui simplu măr, dar care ar cântări tot atât de mult cât cântăresc în prezent toți oamenii din lume. (acest lucru este posibil numai dacă în acest proces de comprimare nu s-ar declanșa procesul de fuziune nucleară, ceea ce ar rezulta în foarte multă energie și tot odată o pierdere de masă după ecuația celebrului fizician, Albert Einstein: E = mc^2)

Cât de mic este cu adevărat un atom? Foarte mic, însă cel mai bun răspuns e: “depinde care atom”. Nu orice atom e la fel de mare sau la fel de greu. Spre exemplu, Uraniul este cu mult mai greu decât Hidrogenul pentru simplu fapt că are mai mulți nucleoni (particule care alcătuiesc nucleul – protoni și neutroni), dar în același timp este și mai mare, însă dintr-un motiv diferit: Uraniul are mai multe straturi de electroni (mai exact: 7), iar raza unui atom este calculată de la cel mai îndepărtat electron de nucleu, pana la centrul atomului.

Electronii uraniului sunt așezați după următoarea configurație:

Straturile de energie	Numărul actual de electroni	Numărul maxim de electroni
1.	2	2
2.	8	8
3.	18	18
4.	32	32
5.	21	32
6.	9	18
7.	2	8

Pentru a vizualiza un atom, oamenii de știință folosesc un dispozitiv numit electronmicroscop care trimite un flux de electroni spre un obiect, dar cum doi electroni nu se pot atinge niciodată pentru că au o încărcătură electro-magnetică identică (negativă), acel flux este respins înapoi, apoi este colectat de un ecran special pe care se va forma o imagine care reprezintă forma atomilor.

Revenind la întrebarea precedentă, “Cât de mic este un atom?”, putem spune câ în medie un atom are diametrul de 10^-10 metrii. (0.0000001 milimetrii). Ca analogie, rația dintre un măr și planeta Pământ, este aproape identică cu rația dintre un atom și un măr. Atomul este cu adevărat foarte mic.

Un atom de obicei e neutru, adică are la fel de mulți electroni (particule negative), cât are și protoni (particule pozitive). Dacă înlăturăm un electron, vom avea un ion pozitiv, însă pentru puțin timp, pentru că acel loc liber va fi ocupat de primul electron liber întâlnit de atom.