RADIACTIVITAT

La radioactivitat és el procés que experimenten alguns nuclis atòmics que els porta a emetre radiació. S'anomenen isòtops radioactius els que emeten aquesta radiació.

Els nuclis dels isòtops es desintegren emetent radiació alfa, beta o gamma.

Els isòtops radioactius tenen diferents aplicacions:

Ø  APLICACIÓ COM A FONT D'ENERGIA. 

Centrals nuclears amb U-235 i Pu239

Piles de molt llarga durada alimentades per Pu-238

Ø  APLICACIÓ EN INVESTIGACIONS I EXPERIMENTS CIENTÍFICS

Per determinar l’antiguitat de restes arqueològiques

En investigació s'utilitzen com a marcadors, per a saber en què es transforma exactament una substància en una reacció química. Aquests estudis són importants per a conèixer com transcorren les reaccions en els organismes vius.

En investigacions forenses per detectar residus de munició o d’arsènic, en enverinaments.

Ø  APLICACIÓ MÈDICA.

Com a diagnòstic: com a rastrejador en certs òrgans

En radioteràpia, per combatre les cèl·lules cancerígenes que es reprodueixen amb gran rapidesa.

Totes les activitats relacionades amb els isòtops radioactius generen residus. També ho són aquells objectes que han estat en contacte amb material radioactiu i que s'han pogut contaminar.

Els residus radioactius són molt perillosos. Petites quantitats poden emetre radiació perillosa per a la salut humana. I com són molt duradors continuen emetent radiació durant milers d'anys. 
 En aquest vídeo podeu escoltar conceptes bàsics sobre l'energia nuclear

AGRUPACIÓ DELS ÀTOMS EN ELS ELEMENTS 2

CRISTALLS

Es formen per la unió d’un nombre elevat d’àtoms d’elements, de manera que es forma una xarxa cristal·lina que s’estén en les tres direccions de l’espai on els àtoms s’ordenen de manera regular. Es troben en estat sòlid. El subíndex ens indica la proporció en què es troben els àtoms. Dependent dels àtoms que formen el cristall el enllaç potser de tres tipus:

a) Cristalls covalents

Unió d’àtoms de no metalls. Els dos àtoms tendeixen a captar els electrons de l’enllaç i per això comparteixen parells d’electrons. El carboni en les seues varietats, diamant i grafit, diòxid de silici (SiO₂), carbur de silici (SiC) són alguns exemples d’aquests tipus de substàncies.

b) Cristalls iònics

Correspon a l'unió d’ions de signe oposat per atracció electrostàtica i sempre apareix un metall (catió) i un no metall (anió).  Les substàncies que hi intervenen no formen molècules sió que constitueixen xarxes cristal∙lines iòniques formades per un gran nombre d'anions i cations. 

Exemple: NaCl, MgCl₂

c) Cristalls metal∙lics

L'enllaç es produeix entre els átoms metal∙lics (electropositiu). Els àtoms perden els electrons de valència i els cations formen una estructura ordenada de nuclis positius envoltats d’electrons que es mouen amb llibertat (model del núvol d’electrons), per això  els metalls són conductors. 

Exemple: Ag, Fe

AGRUPACIÓ DELS ÀTOMS EN ELS ELEMENTS 1

La diversitat de substàncies que formen la matèria és el resultat de la combinació d’àtoms del mateix element o d’elements diferents. Els elements químics estan formats per la unió d’àtoms iguals, i els compostos químics, per la unió d’àtoms d’elements diferents.

Alguns elements químics es troben a la natura com a àtoms aïllats, altres formen molècules i molts elements es presenten en forma de cristalls.

ÀTOMS AÏLLATS: ELS ELEMENTS DEL GRUP 18

Els gasos nobles es troben en forma d’àtoms aïllats. A temperatura ambient són substàncies gasoses que no condueixen el corrent elèctric. Es caracteritzen perquè tots tenen l’última capa electrònica plena, és a dir, tenen huit electrons, tret de l’heli, que en té dos.

MOLÈCULES: ELEMENTS NO METÀL∙LICS

Els àtoms dels elements no metal∙lics comparteixen electrons d’última capa per assolir l’estabilitat, es tracta d’un enllaç covalent.

Segon el nombre de parelles d’electrons compartits, l’enllaç serà simple, doble o triple.

El subíndex de cada element químic indica el nombre concret d’àtoms de cada element que s’agrupen formant la molècula

Una molècula és una agrupació d’àtoms que poden pertanyer al mateix element o a elements diferents- És la part més petita d’una substància que conserva les seues propietats químiques.

Una substància molecular és un conjunt de molècules.

CLASSIFICACIÒ DELS ELEMENTS

A la taula periòdica hi ha una divisió en forma d’escala que separa els elements metàl·lics dels no metàl·lics. Els elements que toquen la divisió són els semimetalls.

Els metalls són el grup majoritari d’elements de la taula periòdica. Ocupen la banda esquerra i el mig. Un element és metall quan té tendència a desprendre dels electrons de la seua última capa o capa de valència (formant cations). A temperatura ambient són sòlids (menys el mercuri, que és líquid) i brillants. Són bons conductors de la calor i de l’electricitat, dúctils, mal·leables.

Els no metalls estan situats a la regió superior dreta de la taula periòdica. Al contrari dels metalls, són mals conductors de la calor i de l’electricitat, són molt fràgils i no poden estirar en fils ni en làmines. A temperatura ambient es troben en els tres estats de la matèria: són gasos (com l’oxigen, nitrogen, clor), líquids (brom) i sòlids (com el carboni). No acostumen a tenir brillantor metàl·lica i no reflecteixen la llum.

Els semimetalls o metal·loides se situen en diagonal, fent de frontera entre els metalls i no metalls. Tenen propietats químiques intermèdies entre les dels metalls i no metalls. La seua diferència principal amb els metalls és que tendeixen a ser semiconductors en lloc de conductors. Són semimetalls el bor (B), el silici (Si), el germani (Ge) i l’arseni (As). A temperatura ambient són sòlids.

CLASSIFICACIÓ DELS ELEMENTS QUÍMICS

Al llarg del segle XIX va augmentar espectacularment el nombre dels elements químics coneguts. Es va comprovar, a més, que entre alguns elements existien notables semblances en les seues propietats químiques i físiques. Davant d’aquest fet, i per tal de presentar de manera racional els coneixements de la Química, es va creure que podria ser molt útil ordenar els elements d’alguna manera que reflectís les relacions existents entre ells.

Després de diversos intents, el 1869 el químic rus Dimitri Ivánovich Mendelèiev va presentar una taula en la qual apareixien els elements distribuïts en files i columnes, agrupats ordenadament en diverses famílies, seguint un ordre creixent de masses atòmiques.

Un any després ho va fer Julius Lothar Meyer, que de manera independent a Mendelèiev havia ordenat els elements basant-se en la periodicitat dels volums atòmics en funció de la massa atòmica dels elements.

Per aquesta data ja eren coneguts 63 elements dels 90 que hi ha a la natura. La classificació la van dur a terme els dos químics d’acord amb els criteris següents:

• Col·locar els elements per ordre creixent de les seues masses atòmiques.

• Van situar en el mateix grup elements que tenien propietats comunes.

Gràcies a la distribució que realitzà, Mendeléiev pogué predir l’existència d’elements químics encara no descoberts (gal·li, germani,…) i les propietats físiques  i químiques que tindrien. El descobriment d’algun d’aquests elements es realitzà poc després (el gal·li el 1875, el germani el 1886,…) i es confirmaren les prediccions fetes pel químic rus, la qual cosa donà un fort suport a la seua taula periòdica.

Posteriorment la taula periòdica original de Mendeléiev s’hagué de modificar per incloure grups d’elements que no havien estat predits (gasos nobles, lantànids) o que se sintetitzaren a laboratoris perquè no existeixen en la natura (actínids) donant lloc a la taula periòdica actual.

Quan es va descobrir que un element queda caracteritzat pel seu nombre atòmic, es va comprovar que el criteri correcte de classificació dels elements a la taula no era en base a l’ordre creixent de la massa atòmica, sinó en base a l’ordre creixent del nombre atòmic.

IONS

Els àtoms en estat normal són neutres, és a dir, tenen el mateix nombre de protons i d'electrons (càrregues positives i negatives). No obstant això, en determinades circumstàncies els àtoms poden perdre o guanyar electrons, de manera que es converteixen en àtoms amb càrrega.

Els ions són àtoms que guanyen o perden electrons en la seua escorça. S’anomenen cations quan són positius i anions quan són negatius.

Un catió és un àtom amb càrrega positiva. S'origina per pèrdua d'electrons i s'indica amb un superíndex a la dreta (+ i el nombre d'electrons perduts).

Un anió és un àtom amb càrrega negativa. S'origina per guany d'electrons i s'indica amb un superíndex a la dreta (- i el nombre d'electrons guanyats).

Per exemple, l'àtom de sodi (Na) (Z = 11) en estat neutre tindrà 11 protons i 11 electrons. Quan reacciona amb un altre element sol perdre 1 electró amb el que queda amb 11 protons i 10 electrons, és a dir, amb una càrrega neta positiva. S'ha format el catió sodi, que es representa normalment com Na⁺.

Un àtom de fluor (Z=9) guanya un electró continua sent fluor, perquè continua tenint 9 protons, però tindrà 10 electrons, i per això la seua càrrega neta serà de -1. S’ha format un anió de fluor (fluorur) i el representarem com a F^-.

Únicament el nombre de protons (nombre atòmic) és invariable en un element i és el responsable de la seua identificació.

ISÒTOPS

El nombre d'algunes de les partícules que componen els àtoms es pot alterar sense que canvie el tipus d'element. 

Els isòtops són varietats d’àtoms que tenen el mateix nombre atòmic i que, per tant, constitueixen el mateix element, però tenen diferent nombre màssic, és a dir, diferent nombre de neutrons al nucli.

Els elements, tal com es troben a la natura, són una mescla d’isòtops. La majoria dels elements químics tenen més d’un isòtop. Els isòtops s’identifiquen mitjançant el nom (o símbol) de l’element químic seguit del seu nombre màssic. Per exemple: ferro-57, urani-238...

L’element hidrogen té tres isòtops amb nom específic: el proti (sense neutrons), el deuteri (amb un neutró) i el triti (amb dos neutrons)

La massa atòmica que apareix a la Taula Periòdica no és sinó una mitjana ponderada (tenint en compte els percentatges) de les masses dels isòtops que existeixen d'aquest element a la natura.

Exemple: Quina serà la massa atòmica del clor si sabem que hi ha d'ell dos isòtops amb 18 i 20 neutrons i que es troben en una proporció d'un 77,5% i un 22,5% respectivament? Massa atòmica Cl-35 = 35 u.m.a. Massa atòmica Cl-37 = 37 u.m.a. 

Massa atòmica Cl = (35·77,5+37·23,5)/ 100 =35,45u.m.a

NOMBRE ATÒMIC I NOMBRE MÀSSIC

Entre 1913 i 1919 diversos experiments duts a terme pels científics Henry Moseley i Ernest Rutherford els van conduir a la conclusió que és el nombre de protons que té un àtom al nucli el que el caracteritza com a tal i el diferencia dels altres. És com l’empremta dactilar de cada element, el fa únic i identificable.

El nombre atòmic, és el nombre de protons que té un àtom en el nucli. Se simbolitza amb la lletra Z i es representa per un nombre situat com a subíndex a l’esquerra del símbol de l’element

Tots els àtoms d’un mateix element químic tenen igual nombre de protons en el nucli, per tant, tenen igual nombre atòmic.

 El nombre màssic, que representem amb la lletra A, és el nombre de partícules que hi ha al nucli d’un àtom. Per tant és la suma del nombre de protons més el nombre de neutrons.  es representa per un nombre situat com a superíndex a l’esquerra del símbol de l’element   

A = Z + N (nombre de neutrons)

D’aquí es dedueix que el nombre de neutrons s’obté restant el nombre atòmic del nombre màssic:

 N= A-Z

Sovint ens donen els nombres atòmic i màssic d’un element expressats de la següent manera:

EVOLUCIÓ DE LES TEORIES ATÒMIQUES

Ja en la Grècia clàssica, els savis Leucipo i Demòcrit consideraven que la matèria estava feta de partícules petites, i per això no es podia dividir indefinidament.

L’any 1808 John Dalton va formular la hipòtesi que la matèria estava composta per unitats elementals, que va anomenar àtoms, els quals eren inalterables i indivisibles.

Després del descobriment del electron,  J. J. Thomson va dissenyar el primer model atòmic l’any 1898 on suposa l’existència d’una esfera d’electricitat positiva que inclou tants electrons encaixats com calguen per neutralitzar-la.

Més tard Ernest Rutherford (1911) va concloure que els electrons, com els planetes, giren en òrbites al voltant de protons i neutrons, que formen un bloc immutable, semblant al Sol.

En l’àtom de Rutherford, el bloc central és el nucli on es troben els neutrons, que no tenen carga, i els protons, amb càrrega positiva. Els electrons, amb càrrega negativa, formen l’escorça de l’àtom, i es mouen al voltant del nucli.

Finalment, Niels Bohr, l'any 1913 va descobrir que els electrons no es mouen desordenadament, sinó que giren al voltant del nucli en òrbites estables. En cada òrbita (n) pot haver-hi un nombre màxim d’electrons (N) que ve donat per l'expressió: N = 2n², per tant en la primera 2, en la segona 8, en la tercera 18…