Atòm

Un **atòm** (deu grèc: , ) qu'ei l'unitat de composicion elementària de la matèria e de las moleculas quimicas **que consèrva las proprietats quimicas** de l'element.

Los atòms que son compausats de fermions : neutrons, protons e electrons ligats per bosons, que son las particulas elementàrias.

Un atòm qu'ei electricament neutre e que's compausa d'un nuclèu atomic (qui pòrta cargas positivas aperadas protons e tanben (generaument) de particulas neutras (aperadas justament neutrons) e d'electrons cargats negativament e qui viran autorn deu nuclèu autorn d'ua orbita (de probabilitat de preséncia) determinada. 

Quan lo nombre de protons deu nuclèu e lo nombre d'electrons en orbita e son diferents, que's tracta alavetz d'un ion.

La quasi totalitat de la massa de l'atòm qu'ei contienguda dehens lo nuclèu. Com aqueth nuclèu qu'ei  vegadas mei petit que'u son atòm, que cau logicament soslinhar que l'atòm (e donc la matèria) qu'ei mei que mei compausat de vueit.

Lo nombre de cargas positivas deu nuclèu (e donc tanben egau au nombre d'electrons qui viran autorn) qu'ei lo nombre atomic de l'atòm e que determina l'element d'aqueth atòm.

Lo concèpte d'atòm (l'idèa que la matèria que's pòt trencar en partidas elementàrias qui, eras, no's pòden pas trencar) - com lo son nom grèc ac muisha - que ho perpausat durant l'antiquitat mes non pas ho definitivament adoptada abans lo sègle XVIII.

Se lo nombre de protons (egau au nombre d'electrons) b'ei fixe e que determina l'identitat d'un element, lo nombre de neutrons eth (e donc atau lo nombre totau d'elements compausant lo nuclèu) que pòt variar. Dus atòms d'un medish element dab un nombre diferent de neutrons que constitueishen dus isotòps d'aqueth element. Un medish element que pòt comptar dab un sarròt d'isotòps.

Cèrtes isotòps que pòden estar inestables e, atau, radioactius. Dab lo temps, un isotòp radioactiu que's pòt transformar en un aute isotòp o element per transmutacion en bèth cambiar lo son nombre de particulas dehens lo nuclèu.

## Definicion

Un atòm es un constituent fondamentau de la matèria. En efèit, los sons movements e las soas proprietats permeten d'explicar la màger part deu comportament de la matèria macroscopica. Totun, l'atòm n'es pas mei la particula elementària de la matèria car mei d'ua particula subatomica estó descobèrta despuish la fin deu sègle XIX. Un prumèr nivèu de particulas subatomicas es constituit peus neutrons, protons e electrons que son los constituents dirèctes deus atòms. Un segond nivèu es constituit per los constituents d'aqueras particulas com los quarks.

## Istòria

### De l'Antiquitat a l'aparicion de la quimia modèrna

#### Los periòdes antic e medievau

thumb|Esquèma generau deus quate elements terrèstres dens las teorias aristotelicianas.

La natura de la matèria preocupè los filosòfes e los sabents despuish l'Antiquitat. L'atomisme deus materialistas grècs es sovent citat com un exemple de teoria hèra avançada per la soa epòca. Defendut per de pensaires com Empèdocles († sègle V avC), Leucip († sègle V avC) o Democrit d'Abdèra (460-370 avC), èra lo resultat d'ua vision mecanista que considerava los objèctes com un assemblatge de particulas elementàrias. Totun, aquera teoria n'èra pas demostrabla dab las coneishenças anticas. De mei, èra minoritària au mièi de las comunautats sabentas.

En efèit, los sabents antics privilegiavan l'observacion com mejan de compréner e de descríver lo monde. Atau, se desvolopè la teoria deus quate elements enonciada per Omèr (sègle VIII avC ?), represa per Tales (625-547 avC) e solidament inscriuta dens la pensada grèga per Aristòtel (384-322 avC). Dab quauques variacions, demorè la nòrma dinc a la fin deu sègle XVIII. En China, ua teoria similara, dab quate o cinc elements segon los autors, predominè tanben dinc a l'arribada de la sciéncia europèa dens lo país.

Durant l'Edat Mejana, l'alquimia, practicada dens un espaci important anant d'Euròpa a China, s'interessè a la natura « filosofau » fondamentau esconuda darrèr lo paréisher deus objèctes. Shens contestar la fisica aristoteliciana, alquimistas hornín elements navèths com lo mercuri tad explicar los estats metallic e liquide, lo sofre tad explicar la combustion e la sau tad explicar la solubilitat.

#### La teoria deu flogistic

Au sègle XVII, tad ensajar de resòlver problèmas apareishuts dens la fisica aristoteliciana, l'Alemand Georg Ernst Stahl (1659-1734) prepausè la teoria deu flogistic, un fluid associat dab cada cors. L'idèa èra d'explicar la combustion peu mejan de transferiments d'aqueth fluid enter los cors. Aquera teoria demorè utilizada dinc au sègle XIX, mes avó dificultats tad explicar la conservacion de la massa dens las reaccions quimicas descobèrta en 1630 peu quimista francés Jean Rey (1583-1643). N'èra tanben pas capabla d'explicar eficaçament lo ròtle de l'aire dens las reaccions de combustion.

#### L'aparicion de la quimia

Pendent lo sègle XVIII, la quimia venó ua sciéncia vertadèra dab los trabalhs de Joseph Priestley (1733-1804) e d'Antoine Lavoisier (1743-1794). En efèit, tà demostrar la validitat de la teoria deu flogistic, Priestley desvolopè de metòdes mei rigorós e realizè mesuras precisas de reaccions de combustion. En particular, descobrí l'oxigèn. Los trabalhs principaus de Lavoisier concernivan tanben la combustion. Totun, abandonè lo flogistic tà desvolopar ua teoria basada sus la nocion d'element quimic. Segon eth, aqueths elements èran los constituents fondamentaus de la matèria e las reaccions quimicas èran lo resultat de las lors combinasons. De mei, Lavoisier establí lo principi de conservacion de la massa e prepausè ua prumèra nomenclatura deus elements. Aquò permetó d'explicar la composicion de l'aiga e condusí a l'abandon de la teoria deu flogistic. Totun, Lavoisier ne podó pas explicar la natura deus elements.

### L'acceptacion de la teoria atomica

#### La renaishença de la teoria atomica

[thumb|right|Portrèit d'[Amedeo Avogadro.]]

En 1808, lo fisician britanic John Dalton (1766-1844) prepausè la prumèra teoria modèrne de l'atòm. Segon eth, tots los atòms d'un medish element son identics e an dimensions, massas e proprietats diferentas deus atòms deus autes elements. Dalton pensè tanben a combinar atòms simples tà formar particulas compausadas, a calcular los pes atomics deus atòms coneishuts a l'epòca e a utilizar simbèus tà representar atòms. Malurosament, las particulas compausadas de Dalton estèn ditas « atòms compausats » dens los sons tèxtes, tèrme a l'origina de confusions importantas que compliquèn l'acceptacion de la teoria atomica peu miei scientific europèu. De mei, Dalton s'opausè a la lei deus rapòrts simples de Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), teoria qu'auré hornit ua basa solida tà demostrar l'existéncia deus atòms.

En efèit, en 1808, Gay-Lussac observè l'existéncia de rapòrts particulars pendant las reaccions enter substàncias gasosas. Per exemple, dus volums d'idrogèn podèvan reagir dab un volum d'oxigèn o tres volums d'idrogèn dab un volum d'azòt. En 1811, l'Italian Amedeo Avogadro (1776-1856) enonciè ua ipotèsi fondamentau tà explicar aqueths resultats : *« Volums egaus de substàncias gasosas, a pression e temperatura egaus, contienen nombres egaus de moleculas »*. Tres ans mei tard, lo Francés André-Marie Ampère (1775-1836) arribè a la medisha conclusion.

Durant los ans seguents, la teoria atomica trobè enqüèra dus sostiens importants. Lo prumèr estó lo trabalh de Jacob Berzelius (1779-1848) que calculè los « pes » atomics dab metòdes precís e rigorós. Lo segond estó lo quimista francés Marc Antoine Gaudin (1804-1880) que definí ua terminologia clara en 1833. En particular, establí la diferéncia enter los atòms e las moleculas e demostrè l'existéncia de moleculas compausadas de dus atòms.

#### La teoria deus equivalents e lo congrès de Karlsruhe

Pendent la prumèra mieitat deu sègle XIX, la teoria atomica suscitè drin a drin reticéncias au mièi deus quimistas estacats a la primautat deus hèits materiaus. En efèit, los partisans de l'atomisme n'èran pas capables de produsir ua pròva decisiva de la lor teoria. Aquò permetó l'emergéncia de la teoria deus equivalents, un modèl basat suus rapòrts experimentaus mesurats durant ua reaccion. Permetèvan de descríver las proporcions relativament aus elements shens entrar dens especulacions sus la natura deus elements. Èran atau ua vision prudenta deus hèits observats.

En 1860, a l'iniciativa d'August Kékulé (1829-1896), estó organizat lo congrès de Karlsruhe tà reglar los desacòrds enter atomistas e equivalentistas. Las discussions s'acabèn inicialament per un manteniment deu *statu quo*. Totun, los arguments de l'Italian Stanislao Cannizzaro (1826-1910) permetón de convéncer la màger part de la comunautat scientifica durant los ans seguents en despieit de resisténcias localas. En efèit, a partir deus ans 1860, los resultats de la teoria atomica l'impausèn dens los trabalhs mei importants.

#### La classificacion periodica

En 1869, lo quimista rus Dmitrii Mendeleiev (1834-1907) publiquè lo prumèr tablèu periodic deus elements classats en foncion deus lors « pes ». Dens aqueth trabalh, demostrè l'existéncia d'un ligam periodic enter aqueth « pes » e las proprietats quimicas deus elements. Totun, limitè l'importància donada au pes e privilegiè las proprietats quimicas comunas tà definir l'òrdi deus elements. Atau, intervertí las posicions de quauques elements tà respectar la periodicitat de las proprietats. De mei, deishè casas vueitas tà designar elements enqüèra desconeishuts, mes Mendeleiev estimava possible de prevéder las lors existéncia e caracteristicas quimicas. Las descobèrtas deu galli (en 1875) e deu germani (en 1886) confirmèn lo modèl prepausat per Mendeleiev. Estèn d'arguments poderós en favor de la teoria atomica. A la fin deu sègle XIX, l'existéncia deus atòms èra atau acceptada per la màger part de la comunautat scientifica. 

### La descobèrta deus constituents de l'atòm e los prumèrs modèls

#### L'electron

Lo prumèr constituent de l'atòm identificat estó l'electron, descobèrt enter 1895 e 1897 per Jean Perrin (1870-1942) e Joseph John Thomson (1856-1940). L'existéncia d'ua particula elementària portaira d'ua carga electrica elementària negativa èra sospieitada despuish l'invencion deu tube catodic. Totun, diferéncia importanta dab los autes fisicians deu periòde, determinèn la natura corpusculara d'aquera particulara. De mei, Thomson avó l'idèa d'integrar aqueras particularas dens lo son modèl de l'atòm, lo modèl deu ''plum pudding''.

#### Lo nuclèu e los nucleons

[thumb|right|Esquèma generau de l'[experiéncia de Rutherford.]]

En 1896, la descobèrta de la radioactivitat per lo Francés Henri Becquerel (1852-1908) permetó d'identificar un ensemble navèth d'atòms. Per exemple, en 1898, Pierre Curie (1859-1906) e Marie Curie (1867-1934) isolèn lo polòni e lo radi dens un minerau d'urani. Un an mei tard, André Louis Debierne (1874-1949) descobrí l'actini. En parallèle, lo fisician britanic Ernest Rutherford (1871-1937) estudiè las radiacions radioactivas α e β e identifiquè las diferentas proprietats de penetracion de las particulas α e β dens la matèria. En 1909, dab l'ajuda d'Hans Geiger (1882-1945) e d'Ernest Marsden (1889-1970), realizè ua experiéncia celèbra de bombardament d'atòms d'aur per un hèish de particulas α. Aquò permetó de descobrir la concentracion de la carga positiva de la matèria dens un espaci hèra redusit. Rutherford prepausè alavetz un modèl planetari de l'atòm. Segon eth, un atòm èra compausat d'electrons en orbita au torn d'un petit nuclèu.

La demostracion de l'existéncia deu nuclèu suscitè un interès tà determinar la soa natura. En 1913, Henry Moseley (1887-1915) determinè lo nombre de cargas electricas unitàrias e positivas contiengudas dens l'atòm. Establí tanben un ligam dab lo numèro atomic *Z*. Aquò permetó a Rutherford de descobrir lo proton en 1919. L'existéncia d'ua particula electricament neutra dens lo nuclèu èra supausada, mes la confirmacion estó mei tardiva. Estó l'òbra deus Alemands Walter Bothe (1891-1957) e Herbert Becker. En 1930, descobrín radiacions navèths en bombardant elements leugèrs (liti, berili, bòr) dab particulas α. En 1932, James Chadwick (1891-1974) i identifiquè lo neutron.

#### Los mesons e los quarks

Los mesons e los quarks son particulas elementàrias descobèrtas mei recentament. Los prumèrs son particulas escambiadas enter los nucleons dens lo nuclèu atomic. Tots los mesons son hèra instables e hèn partida deus bosons. Los quarks son particulas ipoteticas introdusidas per Murray Gell-Mann (1929-2019) tà explicar observacions realizadas dens d'experiéncias de collision enter particulas. Aqueras particulas son ua basa centrala de la teoria de la cromodinamica quantica. Consideradas com los constituents fondamentaus deus atòms, son portairas de cargas electricas parcialas e d'ua carga de color que dictan las associacions possiblas.

### La formacion deu modèl atomic actuau

Un deus prumèrs modèls atomics coneishuts es lo modèl atomic de Thomson (o modèl deu *plum-pudding*). Prepausat en 1904, es un modèl enqüèra primitiu. L'atòm es vist com ua esfèra contienent un ensemble d'electrons electricament negatius e ua « sopa » electricament positiva. Aqueth modèl ignorava lo caractèr lacunari de la matèria, mes estó desvolopat abans l'experiéncia de Rutherford e la descobèrta deus nucleons. En 1904, lo Japonés Hantaro Nagaoka (1865-1950) prepausè un modèl « saturnian » compausat d'un anèth d'electrons leugèrs en orbita au torn d'un nuclèu hèra massís. Segon eth, lo modèl de Thomson èra invalid car èra impossible de mesclar las matèrias positivas e negativas.

Lo modèl atomic de Rutherford es sovent dit « modèl planetari ». Es lo resultat de l'experiéncia de 1909. Lo centre de l'atòm es ocupat per un nuclèu redusit que concentra las cargas positivas e la màger part de l'atòm. Los electrons son en orbita au torn d'aqueth centre. L'ensemble avèva l'aspècte generau d'un Sistèma Solar en miniatura. Rutherford publiquè aqueth modèl en 1911. Avó un succès notable, mes avèva tanben problèmas importants. En particular, las orbitas èran liuras, çò que ne permetèva pas d'explicar las proprietats identicas deus atòms d'un medish element dens la natura.

Lo modèl de Bohr corregeish los defauts deu modèl de Rutherford. De mei, Niels Bohr (1885-1962) volèva integrar dens lo son modèl los prumèrs elements gessits de la teoria deus quantas. Elaborè atau un atòm compausat d'un petit nuclèu massís enrodat d'electrons en orbita. Totun, los electrons son enquèra representats com corcuspuls localizats. Aquera vision estó invalidada per la descobèrta de la dualitat onda-corpuscul durant los ans 1920. En 1925, lo modèl de Bohr estó donc remplaçat peu modèl de Schrödinger. Dens aqueth modèl, los electrons son vists com probabilitats de preséncia dens ua zòna donada. Aquò correspond aus resultats experimentaus e es enquèra la basa deu modèl estandard de l'atòm. Totun, dens contèxts pedagogics, lo modèl de Bohr es sovent utilizat tà hornir ua representacion mei simpla de l'atòm.


Fichièr:Plum pudding atom.svg|thumb|right|
Fichièr:Rutherford atom.svg|thumb|right|
Fichièr:Barium (Elektronenbesetzung).png|thumb|right|


## Descripcion d'un atòm

### Estructura generau

Los atòms son estructuras constituïdas de duas partidas. La prumèra es un petit nuclèu cargat positivament on es concentrat la màger part de la massa de l'atòm. La segonda es un ensemble d'electrons cargats negativament que en orbita au torn deu nuclèu. Lo nombre d'electrons permet de compensar las cargas positivas presentas dens lo nuclèu, ço que permet d'assegurar la neutralitat electrica de l'atòm.

#### Lo nuclèu e los isotòps

Lo nuclèu atomic es compausat de dus tipes de particulas elementàrias : los protons e los neutrons qui forman la categoria deus « nucleons ». Los protons son portaires d'ua carga positiva +*e*. Son particulas hèra establas qu'an ua massa de 1,672.10-27 kg. Lo son nombre, notat *Z*, es dit numèro atomic. Es caracteristic de l'atòm. Per exemple, un atòm d'oxigèn contien tostemps 8 protons. Un atòm contienent un nombre diferent de protons n'es pas un atòm d'oxigèn.

Los neutrons son particulas electricament neutres qu'an ua massa de 1,675.10-27 kg. Son estables a l'interior deu nuclèu, mes se desintègran rapidament en dehòra de l'atòm. Lo son nombre dens l'atòm es notat *N*. Las proprietats de l'atòm non dependen pas deu nombre de neutrons dens lo nuclèu e los atòms d'un medish element pòden contiener un nombre variable de neutrons. Los atòms d'un element qui contienen nombres diferents de neutrons constitueishen los isotòps d'aqueth element. Tà designar un isotòp donat, s'utilizan lo nom de l'element e lo son nombre de nucleons notat *A*.

Los nucleons son mantienguts dens lo nuclèu per l'interaccion hòrta, ua fòrça fondamentau hèra intensa a 10-15 m, mes negligibla au-delà d'aquera distància. La soa intensitat, que suberpassa largament la gravetat e la repulsion electromagnetica dens lo son domeni d'influéncia, explica la coesion e la petita talha deu nuclèu. En efèit, lo nuclèu a un diamètre aproximatiu de 10-15 m, çò qu'es hèra feble per rapòrt au diamètre globau de l'atòm (10-10 m).

#### La nubla electronica

Los electrons son particulas portairas d'ua carga electrica negativa e hèra leugèras (9,109.10-31 kg). Orbitan au torn deu nuclèu en aucupant nivèus energetics definits dits « orbitalas atomicas ». Cada orbitala es identificada a partir d'un ensemble d'un triplet unic de nombres quantics (*[[Nombre quantic principau|n]]*, *[[Nombre quantic segondari|ℓ]]*, ''m<sub><small>ℓ</small></sub>'') que descriven l'energia de l'electron, son moment angular e la projeccion d'aqueth moment angular sus un èish donat. Un maximum de dus electrons pòden ocupar ua medisha orbitala.

Las orbitalas atomicas an tendéncia a formar jaças d'electrons partatjant nivèus energetics similars. Las jaças mei intèrnas son solidament ligadas au nuclèu e los sons electrons ne pòden pas partir. Totun, n'es pas lo cas deus electrons de la jaça mei extèrna que pòden s'engatjar dens ligams dab autes atòms o partir de la nubla electronica. La captura d'autes electrons dens los vueits d'aquera jaça es tanben possibla. Aqueras particularitats son hèra importantas car son a l'origina de las proprietats quimicas deus atòms.

### Estabilitat

Tots los isotòps ne son pas estables. La màger part se desintègran rapidament e son donc absents deu mitan naturau. Lo rapòrt entre lo nombre de protons e lo nombre de neutrons es un prumèr factor d'equilibri deu nuclèu. Peus elements mei leugèrs, los isotòps estables contienen generaument nombres egaus o quasi egaus de protons e de neutrons. Peus elements mei pesucs, lo nombre de neutrons ven mei important. Es possible d'establir ua relacion enter los dus nombres tà definir ua zòna d'estabilitat dita vath d'estabilitat. Un aute factor d'estabilitat es lo nombre de protons dens lo nuclèu. Au delà deu plomb, tots los isotòps son instables. Totun, dinc a l'urani (Z = 92), existeish un ensemble d'isotòps pro estables tad existir dens la natura.

Los isotòps instables son a l'origina de la radioactivitat. En efèit, la desintegracion d'un atòm instable es acompanhada per ua emission de particulas o de radiacions electromagneticas. Los fenomèns radioactius son hèra divèrs. Son classats en foncion de las particulas e de las radiacions emesas. Los mei corrents son los mecanismes nuclears de las radioactivitat α, β e γ, de la fission e de la fusion. Dens la natura, aqueths fenomèns son espontanèus, mes es possible de realizar reaccions nuclearas artificiaus. Aquò es hèra important dens l'industria nucleara o en medecina nucleara car permet de produsir elements adaptats a de besonhs especifics.

### Atòms isolats e edificis poliatomics

Los atòms isolats son relativament rars dens la natura. Tots hèn partida deu grop deus gas nòbles, un ensemble de cinc gas monoatomics presents en proporcions feblas dens l'aire (argon, èli, neon, etc.). L'existéncia d'aqueths gas es lo resultat de configuracions electronicas hèra establas compausadas d'un ensemble de jaças electronicas totaument empleadas e los autes atòms ensajan tostemps d'aquesir ua configuracion semblabla. Tad aquò, pòden abandonar, captar o mesa en comun un o mei d'un electron. Aqueths fenomèns son a l'origina de la formacion deus ligams quimics enter atòms e deus edificis poliatomics com los ions, las moleculas o los metaus. Lo son estudi es atau l'objècte de la quimia modèrna.

## Annèx

### Ligams intèrnes

* Cromodinamica quantica.
* Electron.
* Element quimic.
* Fisica.
* Interaccion hòrta.
* Isotòp.
* Ligam quimic.
* Matèria.
* Mecanica quantica.
* Molecula.
* Neutron.
* Nucleon.
* Nuclèu atomic.
* Orbitala atomica.
* Proton.
* Quark.
* Quimia.
* Radioactivitat.


### Bibliografia

* **[[francés|(fr)]]** Philippe de la Cotardière (dir.), Histoire des Sciences. De l'Antiquité à nos jours, París, Éditions Tallandier, 2012.

### Nòtas e referéncias