Transcript Modele atomice

Vasile Irina-Georgiana
Primul postulat al lui Bohr
 Este legat de orbitele atomice şi presupune că electronul se roteşte în
jurul nucleului numai pe anumite orbite circulare permise, fără a
emite sau a absorbi energie radiantă. Aceste stări se numesc
staţionare şi au un timp de viaţă infinit şi energie constantă, atomul
trecând pe alte nivele energetice doar dacă este perturbat din exterior.
Electronul se menţine pe o orbită staţionară datorită compensării
forţei centrifuge cu forţa de atracţie coulombiană.
 Primul postulat a fost introdus pentru explicarea stabilităţii atomului.
El este în contradicţie cu fizica clasică. Conform teoriilor acesteia, o
sarcină electrică în mişcare accelerată emite radiaţie
electromagnetică. Aceasta ar duce la scăderea energiei sistemului, iar
traiectoria circulară a electronului ar avea raza din ce în ce mai mică,
până când acesta ar "cădea" pe nucleu. Experimental se constată,
însă, că atomul este stabil şi are anumite stări în care energia sa se
menţine constantă
Al doilea postulat al lui Bohr
 Afirmă faptul că un atom emite sau absoarbe radiaţie electromagnetică doar
la trecerea dintr-o stare staţionară în alta. Energia pe care o primeşte sau o
cedează este egală cu diferenţa dintre energiile celor două nivele între care
are loc tranziţia. Radiaţia emisă sau absorbită are frecvenţa dată de relaţia
obţinută în cadrul teoriei lui Max Planck
 νmn frecvenţa radiaţiei emise/absorbite;
 Em,En energiile stărilor staţionare între care are loc tranziţia.
 Atomul trece dintr-o stare staţionară în alta cu energie superioară doar dacă i
se transmite o cuantă de energie corespunzătoare diferenţei dintre cele două
nivele. La revenirea pe nivelul inferior se emite o radiaţie de aceeaşi
frecvenţă ca şi la absorbţie. Acest fapt exprimă natura discontinuă a materiei
şi energiei la nivel microscopic. De asemenea, frecvenţele radiaţiilor
atomice depind de natura şi structura atomului şi au valori discrete, spectrele
lor fiind spectre de linii
Modelul atomic Rutherford
 Modelul atomic Rutherford, elaborat de Ernest
Rutherford în 1911, este primul model planetar al
atomului. Conform acestui model, atomul este format din
nucleu, în care este concentrată sarcina pozitivă, şi
electroni care se rotesc în jurul nucleului pe orbite
circulare, asemeni planetelor în Sistemul Solar
Elaborarea modelului
 Modelul a fost dezvoltat în urma experimentelor realizate de către Hans Geiger şi Ernest
Marsden în anul 1909. Ei au studiat, sub îndrumarea lui Ernest Rutherford, împrăştierea
particulelor α la trecerea printr-o foiţă subţire din aur. Conform modelului atomic elaborat de
Thomson, particulele trebuiau să fie deviate cu câteva grade la trecerea prin metal din cauza
forţelor electrostatice. S-a constatat, însă, că unele dintre ele erau deviate cu unghiuri mai mari
decât 90° sau chiar cu 180°. Aceast fapt a fost explicat prin existenţa unei neuniformităţi a
distribuţiei de sarcină electrică în interiorul atomului. Pe baza observaţiilor efectuate,
Rutherford a propus un nou model în care sarcina pozitivă era concentrată în centrul atomului,
iar electronii orbitau în jurul acesteia.
 Noul model introducea noţiunea de nucleu, fără a-l numi astfel. Rutherford se referea, în
lucrarea sa din 1911, la o concentrare a sarcinii electrice pozitive:
 "Se consideră trecerea unei particule de mare viteză printr-un atom având o sarcină pozitivă
centrală N e, compensată de sarcina a N electroni."
 El a estimat, din considerente energetice, că, pentru atomul de aur, aceasta ar avea o rază de cel
mult 3.4 x 10-14 metri (valoarea actuală este egală cu aproximativ o cincime din aceasta).
Mărimea razei atomului de aur era estimată la 10-10 metri, de aproape 3000 de ori mai mare
decât cea a nucleului.
 Rutherford a presupus că mărimea sarcinii pozitive ar fi proporţională cu masa atomică
exprimată în unităţi atomice, având jumătate din valoarea acesteia. A obţinut pentru aur o masă
atomică de 196 (faţă de 197, valoarea actuală). El nu a făcut corelaţia cu numărul atomic Z,
estimând valoarea sarcinii la 98 e, faţă de 79, unde e reprezintă sarcina electronului.
Deficienţe ale modelului
 Principalul neajuns al modelului consta în faptul că acesta
nu explica stabilitatea atomului. Fiind elaborat în
concordanţă cu teoriile clasice, presupunea că electronii
aflaţi în mişcare circulară, deci accelerată, emit constant
radiaţie electromagnetică pierzând energie. Prin urmare, în
timp, electronii nu ar mai avea suficientă energie pentru a
se menţine pe orbită şi ar "cădea" pe nucleu.
 De asemenea, frecvenţa radiaţiei emise ar fi trebuit să ia
orice valoare, în funcţie de frecvenţa electronilor din atom,
fapt infirmat de studiile experimentale asupra seriilor
spectrale.
Modelul atomic Thomson
 Dezvoltat de J.J. Thomson (1856-1940) în anul 1904 şi
care spune că: atomul este o masă incărcată pozitiv şi
distribuită omogen sub o formă de sfera şi că în această
masă există în unele locuri nişte sfere mai mici, care sunt
încărcate negativ (aceste sfere mai mici au fost numite
electroni). O proprietate de bază a acestui atom este că
numărul sarcinilor negative este egal cu numărul masei
pozitive, rezultând un atom neutru din punct de vedere
electric.
Modelul atomic Rutherford
 Acest model a apărut in 1911 şi a fost dedus de Rutherford (1871-1937) după experienţele lui:
Hertz, Lenard, Geiger. Noul model atomic are următoarele proprietăţi:
 aproape toată masa lui este concentrată în nucleu, care este încărcat pozitiv.
 nucleul este înconjurat de un înveliş de electroni, care sunt incărcaţi negativ.
 electronii sunt menţinuti de nucleu prin forţe electrostatice.
 electronii au o mişcare circulară, care îi împiedică să cadă pe nucleu.
 sarcina învelişului electronic se anulează cu sarcina nucleului, rezultând un atom neutru din
punct de vedere electric.
 Conceput conform legilor mecanicii clasice, atomul lui Rutherford nu putea să explice de ce
electronii nu cad pe nucleu, ştiindu-se că orice sarcină electrică în mişcare pierde continuu din
energia sa prin radiaţie electromagnetică.
 Prin analogie cu Sistemul solar, nucleul este asemănat Soarelui, iar electronii planetelor ce
orbitează în jurul acestuia, de unde şi numele de model atomic planetar pe care îl mai poartă
acest model.
 Analogia cu planetele nu este valabilă, deoarece atât nucleul cât şi electronul au sarcină
electrică şi, conform teoriei electrodinamicii clasice, orice sarcină electrică în mişcare pierde
energie sub formă de radiaţii. Astfel electronii, pierzând continuu energie, ar trebui să capete o
traiectorie în spirală şi ar ajunge să cadă pe nucleu.
Sommerfeld
 În anul 1915, fizicianul german Arnold Sommerfeld a dezvoltat
modelul atomic al lui Bohr, elaborând modelul Bohr-Sommerfeld. El
a presupus că orbitele staţionare din jurul nucleului nu sunt numai
circulare, ci pot fi şi eliptice. În modelul său, unei orbite circulare cu
număr cuantic principal (Vezi numere cuantice) n îi corespund n-1
orbite staţionare eliptice. În consecinţă, fiecare orbită circulară a lui
Bohr se descompune în n-1 elipse cu excentrităţi diferite, rezultând o
familie de orbite pentru fiecare număr cuantic principal n>1.
 Deşi perfecţionat faţă de modelul lui Bohr, modelul lui Sommerfeld
îşi limitează aplicabilitatea la hidrogen şi ionii hidrogenoizi,
nepermiţând interpretarea spectrelor atomilor cu mai mulţi electroni,
sau comportarea lor magnetică. Modelul propus nu este nici
consecvent clasic, nici consecvent cuantic (stările de energie
staţionare sunt calculate cu relaţii clasice, numerele cuantice şi
condiţiile de cuantificare sunt introduse arbitrar).
Desi primele idei referitoare la faptul ca materia ar putea fi compusa din atomi dateaza
din secolul al V-lea i.e.n., apartinand lui Leucip din Milet, abia in secolul al VII-lea au
inceput sa se stranga dovezi ale existentei lor. De exemplu, Robert Boyle a presupus ca
substantele gazoase sunt compuse din particule mici, datorita reactiei lor la comprimare.
In 1803, Dalton a demonstrat ca teoria atomica explica legea proportiilor definite. Un
"atom al unui compus (molecula) contine mereu un numar definit de atomi mai mici. W.
Prout a constatat, in 1816, ca atomii elementelor, ca si moleculele, pot formati din
particule si mai mici.
In 1897, J. Thamson a masurat devierea radiatiilor catodice in camp
electric si a demonstrat ca, fiind deviate, sunt compuse din
particule. Mai mult, masurand valoarea devierii, el a determinat
masa electronilor, care este de aproximativ 2000 de ori mai mica
decat cea a atomilor de hidrogen. Cum electronii proveneau din
componenta unor materiale, s-a presupus ca ei apartin atomilor. In
1898, Thompson a lansat modelul de atom de tip "cozonac cu
stafide", adica: o sfera cu sarcina electrica pozitiva uniform
distribuita este plina cu electroni precum un cozonac cu stafide.
Scosi din pozitia de echilibru, electronii oscileaza in jurul acestor
pozitii si emit lumina. Raza sferei este de ordinul a 10(-10)m.
S-a stabilit ca electronii sunt,simultan,si unde,si
particule.Astazi,imaginea unui atom contine regiuni incetosate,in
care,potrivit legilor probabilitatii si mecanicii cuantice,se pot gasi
electroni “undo-particula’’.