CURS 10CURS 10

INTERACTIUNEA RADIATIILOR INTERACTIUNEA RADIATIILOR ELECTROMAGNETICE CU SUBSATNTA ELECTROMAGNETICE CU SUBSATNTA ––

CARACTERUL CORPUSCULAR AL CARACTERUL CORPUSCULAR AL RADIATIILOR ELECTROMAGNETICERADIATIILOR ELECTROMAGNETICE

ATOMUL, STRUCTURA SI PROPRIETATILE ATOMUL, STRUCTURA SI PROPRIETATILE ATOMILORATOMILOR

I. I. InteractiuneaInteractiunea radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice cu cu substantasubstanta ––caracterulcaracterul ondulatoriuondulatoriu al al radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice

I.1 I.1 EfectulEfectul fotoelectricfotoelectricEfectulEfectul fotoelectricfotoelectric constaconsta in in emisiaemisia de de electronielectroni de de catrecatre un un corpcorp ((metalicmetalic sausau

nemetalicnemetalic, solid , solid lichidlichid sausau gazgaz) ) iradiatiradiat cu cu radiatiiradiatii electromagneticeelectromagnetice..

Fig. 1 Fig. 1 MontajulMontajul experimental experimental pentrupentrustudiulstudiul efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric

II

UU

IIs2s2IIs1s1 IIs3s3

ΦΦ22

ΦΦ11

ΦΦ3 3 (Φ(Φ33>Φ>Φ22>Φ>Φ11))SursaSursa de de radiatiiradiatii emem monocromaticemonocromaticecatodcatod

anodanod

electronielectroni emisiemisi de de catodcatod

reostatreostat

++--sursasursa de de tensiunetensiune

tub tub vidatvidat

ν (ν (frecventafrecventa radrad. . emem))

Fig. 2 Fig. 2 CaracteristicaCaracteristicacurentcurent tensiunetensiune a a

efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric

ΦΦ11

ΦΦ22

ΦΦ33II

νν00

MM11 MM33MM22

EEcc maxmax

νν0101 νν0202 νν0303

νν

Fig. 4Fig. 4

Fig. 3Fig. 3

electronielectroni

radiatiiradiatii emem

AA

fotocatodfotocatod

electronelectron

anodanod

1.1. IntensitateaIntensitatea curentuluicurentului fotoelectricfotoelectric de de saturatiesaturatiecrestecreste direct proportional cu direct proportional cu fluxulfluxul radiatiilorradiatiilorelectromagneticeelectromagnetice incidenteincidente, , pentrupentru o o frecventafrecventadata a data a acestoraacestora..

2. 2. EnergiaEnergia cineticacinetica a a fotoelectronilorfotoelectronilor emisiemisi crestecreste liniarliniar cu cu frecventafrecventa radiatiilorradiatiilor ememincidenteincidente sisi nunu depindedepinde de de fluxulfluxul acestoraacestora..

3. 3. EfectulEfectul fotoelectricfotoelectric extern se produce extern se produce numainumai dacadaca frecventafrecventa radiatieiradiatiei incidenteincidente esteestemaimai mare mare sausau celcel putinputin egalaegala cu o cu o valoarevaloare minima (minima (frecventadefrecventade pragprag sausau pragulpragulrosurosu al al efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric), ), specificaspecifica fiecareifiecarei substantesubstante. .

Fig. 5 Fig. 5 EfectulEfectul fotoelectricfotoelectric

ObservatieObservatie::

LegileLegile efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric nunu pot pot fifi explicate cu explicate cu ajutorulajutorul teorieiteoriei ondulatoriiondulatorii a a luminiiluminii..

Conform Conform teorieiteoriei ondulatoriiondulatorii: :

1.1. intreintre eneriaeneria cineticacinetica a a electronuluielectronului extras extras sisi fluxulfluxul radiatiilorradiatiilor incidenteincidente arar trebuitrebui sasa existeexisteo o relatierelatie de de dependentadependenta..

2.2. EfectulEfectul fotoelectricfotoelectric arar trebuitrebui sasa se se producaproduca pentrupentru oriceorice frecventafrecventa a a radiatiilorradiatiilor incidenteincidente..

I.1.1 I.1.1 LegileLegile efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric

I.1.2 I.1.2 IpotezaIpoteza luilui Planck, Planck, cuantecuante de de energieenergie, , fotoniifotoniiIntensitateaIntensitatea radiatiilorradiatiilor emiseemise de un de un corpcorp crestecreste odataodata cu cu

frecventafrecventa radiatiilorradiatiilor emiseemise de de corpcorp panapana la o la o valoarevaloaremaxima maxima dupadupa care care scadescade pentrupentru valorivalori maimai marimari ale ale frecventeifrecventei (experimental).(experimental).

Cu cat Cu cat corpurilecorpurile suntsunt icalziteicalzite maimai multmult, , frecventafrecventaradiatiilorradiatiilor emiseemise de de acesteaacestea crestecreste (ex. Un (ex. Un corpcorp incalzitincalzit la la 300300--400 400 ooCC vava emiteemite in mod predominant in mod predominant radiatiiradiatii rosiirosiisausau infrarosiiinfrarosii).).

Conform Conform teorieiteoriei clasiceclasice a a radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice, , intensitateaintensitatea radiatiilorradiatiilor emiseemise trebuietrebuie sasa creascacreasca odataodata cu cu frecventafrecventa acestoraacestora. .

teoreticteoretic

experimentalexperimental

frecventafrecventa

inte

nsita

tea

inte

nsita

tea Fig. 6Fig. 6

PentruPentru a a explicaexplica dependentadependenta de de frecventafrecventa a a intensitatiiintensitatii radiatiilorradiatiilor emiseemise sausau absorbiteabsorbitede un de un corpcorp sisi totodatatotodata contradictiacontradictia cu cu teoriateoria clasicaclasica, Max Planck , Max Planck enuntaenunta (in 1900) o (in 1900) o ipotezaipoteza revolutionararevolutionara conform conform careiacareia energiaenergia radiataradiata sausau absorbitaabsorbita esteeste cuantificatacuantificata((poatepoate aveaavea doardoar valorivalori discrete) discrete) sisi proportionalaproportionala cu cu frecventafrecventa radiatiilorradiatiilor..

E=E=hhνν (1)(1)h=h=constantaconstanta luilui PlanckPlanck, , h=6.626h=6.626··1010--3434 JJ··ss (4.136(4.136··1010--1515 eVeV··ss))ObsObs.: .: ipotezaipoteza luilui Planck Planck fiindfiind in in contradictiecontradictie cu cu teoriateoria clasicaclasica deschidedeschide drumuldrumulsprespre o o nouanoua era in era in fizicafizica marcatamarcata de de teoriateoria cuanticacuantica..

Max Planck (1856Max Planck (1856--1947): 1947): fizicianfizician germangerman, , fondatorfondator al al mecaniciimecanicii cuanticecuantice..

Conform Conform teorieiteoriei luilui Planck Planck radiatiileradiatiile electromagneticeelectromagnetice suntsunt formateformate din din ““manunchiurimanunchiuri””alcatuitealcatuite din din bucatibucati discrete de discrete de energieenergie numitenumite cuantecuante de de energieenergie..

CuantaCuanta de de energieenergie a a radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice a a fostfost numitanumita fotonfoton..

FotonulFotonul se se comportacomporta ca o ca o particulaparticula fiindfiind caracterizatcaracterizat prinprin masamasa sisi impulsimpuls..

νhmcE == 2 (2)(2)

2chm ν

= (3)(3)

Conform Conform teorieiteoriei relativitatiirelativitatii::

2

2

0

1cv

mm−

=

mm00==masamasa de de repausrepaus a a fotonuluifotonului

(4)(4)

2

2

0 1cvmm −= (5)(5) Conform Conform teorieiteoriei relativitatiirelativitatii, in , in vidvid v=c => v=c =>

mm00=0 (=0 (fotonulfotonul nunu are are masamasa de de repausrepaus ((nunupoatepoate existaexista in in repausrepaus)).)).

λν hc

hmcp === (5)(5) p=p=impulsulimpulsul fotonuluifotonului

λλ==cc··TT==c/c/νν ((lungimealungimea de de undaunda a a radiatieiradiatiei))

I.1.3 I.1.3 ExplicareaExplicarea cuanticacuantica a a efectuluiefectului fotoelectricfotoelectricIn 1905 Albert Einstein In 1905 Albert Einstein explicaexplica efectulefectul fotoelectricfotoelectric plecandplecand de la de la ipotezaipoteza luilui Planck.Planck.

AdmitandAdmitand ca ca energiaenergia radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice esteeste cuantificatacuantificata sisi aplicandaplicand conservareaconservareaenergieienergiei, , energiaenergia cineticacinetica maxima a maxima a fotoelectronilorfotoelectronilor se se poatepoate exprimaexprima astfelastfel::

LhEc −= νmax

(6)(6)

L= L= lucrullucrul mecanicmecanic de de extractieextractie ((lucrullucrul mecanicmecanic necesarnecesar extrageriiextragerii electronuluielectronului din din material).material).

RelatiaRelatia (6) (6) arataarata ca ca efectulefectul fotoelectricfotoelectric apareapare doardoar dacadaca::

hL

=> 0νν (7)(7)

undeunde n0 n0 esteeste frecventafrecventa de de pargparg a a efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric..

FrecventaFrecventa de de pragprag a a efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric depindedepinde de de naturanatura materialuluimaterialului..

RelatiaRelatia (6) (6) explicaexplica sisi dependentadependenta liniaraliniara a a energieienergiei cineticecinetice maximemaxime a a fotoelectronilorfotoelectronilor de de frecventafrecventa radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagnetice..

Albert Einstein (1879Albert Einstein (1879--1955), 1955), fizicianfizician nascutnascut in in GermaniaGermania. A . A formulatformulat teoriateoria relativitatiirelativitatiigeneralizategeneralizate, , determinanddeterminand aparitiaaparitia uneiunei noinoi ere in ere in fizicafizica, , fiindfiind consideratconsiderat parinteleparintele fiziciifiziciimodernemoderne. In 1921 . In 1921 primesteprimeste PremiulPremiul Nobel in Nobel in FizicaFizica pentrupentru serviciileserviciile aduseaduse fiziciifizicii teoreticeteoretice sisiin special in special pentrupentru explicareaexplicarea efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric..

I.1.4 I.1.4 AplicatiiAplicatii ale ale efectuluiefectului fotoelectricfotoelectric, , celulacelula fotoelectricafotoelectrica

FotodetectoriiFotodetectorii suntsunt dispozitivedispozitive care care transformatransforma un un semnalsemnal luminosluminos in in unulunul electricelectric

CelulaCelula fotoelectricafotoelectrica esteeste alcatuitaalcatuita dintrdintr--un tub un tub vidatvidat sausau continandcontinand un un anumitanumit gazgaz inert la inert la presiunepresiune redusaredusa, care are in interior , care are in interior doidoielectrozielectrozi ((catodulcatodul sisi anodulanodul).).

Sub Sub actiuneaactiunea radiatiilorradiatiilor electromagneticeelectromagneticefotocatodulfotocatodul emiteemite electronielectroni care care suntsunt antrenatiantrenatiin in miscaremiscare sprespre anodanod datoritadatorita campuluicampuluielectric electric dintredintre anodanod sisi catodcatod sisi suntsunt captaticaptati de de acestaacesta, , determinanddeterminand aparitiaaparitia unuiunui curentcurentelectric electric cece se pate se pate masuramasura cu cu ajutorulajutorulgalvanometruluigalvanometrului G.G.

GG

Fig. 7 Fig. 7 CelulaCelula fotoelectricafotoelectrica

I.2 I.2 EfectulEfectul ComptonComptonLa La imprastiereaimprastierea radiatiilorradiatiilor X X pepe atomiatomi usoriusori, , pentrupentru unghiuriunghiuri de de imprastiereimprastiere marimari

pepe langalanga radiatiileradiatiile cu cu lungimealungimea de de undaunda a a radiatiilorradiatiilor incidenteincidente maimai existaexista sisi altealteradiatiiradiatii cu cu lungimilungimi de de undaunda maimai marimari..

fotonfoton incident (hincident (hνν00))

θ

ϕ

fotonfoton imprastiat

imprastiat ((hhνν))

electron

electron emis

emis

Fig. 7 Fig. 7 EfectulEfectul ComptonCompton

sursasursa de raze X (tub de raze X (tub RRööntgenntgen))bloc bloc grafitgrafit

spectrometruspectrometru RRööntgenntgen

ExplicareaExplicarea efectuluiefectului Compton se face Compton se face pepe bazabaza interactiuniiinteractiunii dintredintre fotonifotoni sisi electroniielectroniisubstanteisubstantei imprastietoareimprastietoare..

AplicandAplicand conservareaconservarea energieienergiei sisi impulsuluiimpulsului ((consideramconsideram ciocnireaciocnirea dintredintre fotonfoton sisi electron electron ca ca fiindfiind perfect perfect elasticaelastica) ) obtinemobtinem::

LEhh c ++= νν 0

eppp rrr+=0

(8)(8)

UndeUnde hhνν00 reprezintareprezinta energiaenergia fotonuluifotonului incident, incident, hhνν ––energiaenergia fotonuluifotonului imprastiatimprastiat, , EEcc –– energiaenergia cineticacinetica a a electronuluielectronului ((presupuspresupus initial in initial in repausrepaus) ) sisi L L –– lucrullucrulmecanicmecanic de de extractieextractie al al electronuluielectronului din din materialulmaterialulimprastietorimprastietor..

RezolvandRezolvand sistemulsistemul de de ecuatiiecuatii (8) (8) obtinemobtinem::

2sin2 2

0

θλ ⋅=Δcm

h(9)(9)

undeunde ΔλΔλ reprezintareprezinta variatiavariatia lungimiilungimii de de undaunda a a fotonuluifotonului in in urmaurma interactiuniiinteractiunii cu cu electronulelectronul aflataflat in in repausrepaus, h , h –– reprezintareprezinta constantaconstanta luilui Planck, mPlanck, m00 –– masamasa de de repausrepaus a a electronuluielectronului, c , c –– vitezaviteza luminiiluminii in in vidvid sisi θθ unghiulunghiul de de imprastiereimprastiere..

ConcluziiConcluzii::

1.1. EfectulEfectul Compton Compton confirmaconfirma teoriateoria corpuscularacorpusculara a a luminiiluminii..

2.2. VariatiaVariatia lungimiilungimii de de undaunda ((ΔλΔλ) ) esteeste independentaindependenta de de naturanatura substanteisubstanteiimprastietoareimprastietoare..

3.3. VariatiaVariatia lungimiilungimii de de undaunda depindedepinde de de unghiulunghiul de de imprastiereimprastiere..

Arthur Holly Compton (1892Arthur Holly Compton (1892--1962), 1962), fizicianfizician americanamerican, , laureatlaureat al al premiuluipremiului Nobel Nobel pentrupentru descoperireadescoperirea sisi explicareaexplicarea efectuluiefectului ““ComptonCompton””..

II. ATOMUL, STRUCTURA SI PROPRIETATILE ATOMILORII. ATOMUL, STRUCTURA SI PROPRIETATILE ATOMILOR

II.1 II.1 StructuraStructura sisi proprietatileproprietatile atomiloratomilor

II.1.1 II.1.1 StructuraStructura atomicaatomica a a materieimaterieiIn In fizicafizica sisi chimiechimie teoriateoria atomicaatomica esteeste o o teorieteorie despredespre structurastructura materieimateriei care care stipuleazastipuleaza ca ca

materiamateria esteeste alcatuitaalcatuita unitatiunitati ((particuleparticule) ) distictedisticte numitenumite atomiatomi..

TeoriaTeoria atomicaatomica apareapare ca ca sisi un concept un concept filozoficfilozofic incainca din din antichitateantichitate. .

-- FilozofulFilozoful grecgrec Leucippus (sec V B.C.) Leucippus (sec V B.C.) esteeste primulprimul care a care a sugeratsugerat ca ca materiamateria ((substantasubstanta) ) esteeste alcatuitaalcatuita din din particuleparticule indenticeindentice pepe care lecare le--a a numitnumit atomiatomi (atom=(atom=indivizibilindivizibil gr.).gr.).

-- DemocritDemocrit ((DemokritosDemokritos) () (elevelev sisi discipoldiscipol al al luilui Leucippus) (460Leucippus) (460--370 B.C.) 370 B.C.) dezvoltadezvolta teoriateoria luiluiLeucippus, Leucippus, sugerandsugerand ca ca miscareamiscarea continuuacontinuua a a atomiloratomilor explicaexplica formareaformarea PamantuluiPamantului sisi a a UniversuluiUniversului..

-- TeoriaTeoria atomicaatomica esteeste respinsarespinsa de de AristotelAristotel (384(384--322 B.C.) 322 B.C.) iariar scrierilescrierile sale au sale au influentatinfluentat timptimpde de aproxaprox. 1500 . 1500 aniani conceptiaconceptia despredespre structurastructura materieimateriei. .

-- TeoriaTeoria atomicaatomica intra in intra in circuitulcircuitul stiintificstiintific incepandincepand cu cu secolulsecolul al XVIIIal XVIII--lea lea candcand numeroaselenumeroaselerezultaterezultate obtinuteobtinute in in chimiechimie sugerausugerau ca ca substantasubstanta se se comportacomporta ca ca sisi cum cum arar fifi alcatuitaalcatuita din din particuleparticule indivizibileindivizibile..

-- In 1808 In 1808 JhonJhon Dalton Dalton publicapublica carteacartea ““The New System of Chemical PhilosophyThe New System of Chemical Philosophy”” in care in care propunepropune prima prima teorieteorie sistematicasistematica despredespre naturanatura atomicaatomica a a substanteisubstantei. El . El stipuleazastipuleaza ca ca materiamateria esteeste alcatuitaalcatuita din din atomiatomi care care suntsunt indivizibiliindivizibili, , totitoti atomiiatomii unuiunui element element datdat suntsuntidenticiidentici iariar diferitelediferitele elementeelemente chimicechimice suntsunt alcatuitealcatuite din din atomiatomi cu cu proprietatiproprietati diferitediferite iariarreactiilereactiile chimicechimice dintredintre diferitediferite substantesubstante determinadetermina doardoar rearanjarearearanjarea atomiloratomilor din care din care acesteaacestea suntsunt constituiteconstituite..

-- J. J. Thomson J. J. Thomson descoperadescopera ca ca atomulatomul continecontine particuleparticule incarcateincarcate cu cu sarcinasarcina negativanegativa pepe care care lele--a a numitnumit corpusculicorpusculi iariar maimai apoiapoi au au fostfost numitinumiti electronielectroni ((aproxaprox. 1900).. 1900).

--In 1911 Ernest Rutherford In 1911 Ernest Rutherford propunepropune modelulmodelul nuclear al nuclear al atomuluiatomului, in care , in care atomiiatomiisuntsunt consideraticonsiderati ca ca fiindfiind formatiformati dintrdintr--un un nucleunucleu incarcatincarcat cu cu sarcinasarcina electricaelectricapozitivapozitiva sisi electronielectroni incarcatiincarcati negativnegativ care care graviteazagraviteaza in in juruljurul acestuiaacestuia..

-- TeoriaTeoria atomicaatomica despredespre structurastructura materieimateriei cunoastecunoaste o mare o mare dezvoltaredezvoltare in in secolulsecolulal XXal XX--lea lea odataodata cu cu aparitiaaparitia teorieiteoriei cuanticecuantice..

-- AstaziAstazi consideramconsideram atomulatomul ca ca fiindfiind ceacea maimai mica mica fractunefractune de de substantasubstanta care care incaincapastreazapastreaza proprietatileproprietatile chimicechimice ale ale substanteisubstantei din care din care provineprovine. .

-- MateriaMateria se se compunecompune din din elementeelemente chimicechimice. . PânăPână îînn prezentprezent au au fostfost identificateidentificate111 111 elementeelemente. .

--DintreDintre acesteaacestea, , elementeleelementele care care predominăpredomină suntsunt oxigenuloxigenul (46,1%), (46,1%), siliciulsiliciul(28,2%), (28,2%), aluminiulaluminiul (8,23%), (8,23%), fierulfierul (5,63%), (5,63%), calciulcalciul (4,15%), (4,15%), sodiulsodiul (2,36%), (2,36%), magneziulmagneziul (2,33%), (2,33%), potasiulpotasiul (2,09%). (2,09%).

--ElementeleElementele suntsunt formateformate din din atomiatomi caracteristicicaracteristici ((conconţţinin un un nucleunucleu constituitconstituitdin din protoniprotoni, cu , cu sarcinăsarcină pozitivăpozitivă şşii neutronineutroni care care suntsunt fărăfără sarcinăsarcină electricăelectrică, , şşiielectronielectroni cu cu sarcinăsarcină negativănegativă, care se , care se mimişşcăcă îînn juruljurul nucleuluinucleului, , pepe orbiteorbitediscrete, care pot discrete, care pot fifi parcurseparcurse cu o cu o anumităanumită probabilitateprobabilitate))

II.1.2 Dimensiunea si sarcina electrica a atomilorII.1.2 Dimensiunea si sarcina electrica a atomilor•• ConsideramConsideram ca ca substantasubstanta esteeste descrisadescrisa de o de o anumitaanumita valoarevaloare a a maseimasei sisi ocupaocupa un un anumitanumitspatiuspatiu. .

••ConsideramConsideram ca ca substantasubstanta esteeste alcatuitaalcatuita din din atomiatomi, , acestiaacestia fiindfiind formatiunileformatiunile de de bazabaza din din care care esteeste alcatuitaalcatuita substantasubstanta..

•• AtomiiAtomii nunu pot pot fifi divizatidivizati prinprin metodemetode chimicechimice..

Care Care suntsunt dimensiuniledimensiunile atomiloratomilor? ? •• DiverseleDiversele experimenteexperimente fizicefizice sisi chimicechimice arataarata ca ca numarulnumarul de de atomiatomi (molecule) (molecule) dintrdintr--un mol un mol de de substantasubstanta esteeste egalegal cu cu numarulnumarul luilui Avogadro (NAvogadro (NAA=6.0221367 * 10=6.0221367 * 102323 atomiatomi/mol)./mol).

••VolumulVolumul unuiunui mol de mol de substantasubstanta se se poatepoate exprimaexprima atfelatfel::

dMV = (10)(10)

UndeUnde M M esteeste masamasa molaramolara sisi d d reprezintareprezinta densitateadensitatea substanteisubstantei considerate.considerate.

•• VolumulVolumul atomic atomic poatepoate fifi determinatdeterminat astfelastfel: :

dM

NV

Aatome

1= (11)(11)

•• ConsiderandConsiderand atomiiatomii de forma de forma sfericasferica, , razarazaacestoraacestora vava fifi::

(12)(12)

3/1

1*

341

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

dM

Nr

Aatom π

•• ValoareaValoarea razeirazei atomiceatomice calculate cu formula (12) calculate cu formula (12) pentrupentru aluminiualuminiu esteeste::

rrAlAl≈≈1.59*101.59*10--1010 m=1.59 m=1.59 ÅÅ

•• NumeroaseNumeroase experimenteexperimente au au demonstratdemonstrat ca ca atomiiatomii contincontin particuleparticuleincarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica negativanegativa numitenumite electronielectroni..

•• NumarulNumarul de de electronielectroni dintrdintr--un atom un atom poartapoarta denumireadenumirea de de numarnumar atomic atomic (Z).(Z).

•• AtomiiAtomii suntsunt neutrineutri din din punctpunct de de vederevedere electric. electric. NeutralitateaNeutralitatea de de sarcinasarcinaa a atomiloratomilor impuneimpune ca ca fiecarefiecare atom atom sasa continacontina o o sarcinasarcina electricaelectrica pozitivapozitivaegalaegala cu cu sarcinasarcina electronicaelectronica totalatotala. .

•• DateleDatele experimentaleexperimentale evidentiazaevidentiaza ca ca masamasa electronilorelectronilor esteeste multmult maimaimica mica comparativcomparativ cu cu maselemasele atomceatomce. In . In consecintaconsecinta, , sarcinilesarcinile pozitivepozitivecontinutecontinute de de atomiatomi vorvor aveaavea o o masamasa multmult maimai mare mare comparativcomparativ cu cu masamasaelectronilorelectronilor..

II.2 II.2 ModeleModele atomiceatomice

II.2.1 II.2.1 ModelulModelul sfereisferei solidesolide (propus de J. Dalton la 1800)AtomiiAtomii suntsunt consideraticonsiderati ca ca fiindfiind sferesfere solidesolide, , indistructibileindistructibile..

AtomiiAtomii a a douadoua sausau maimai multemulte elementeelemente chimicechimice se se porpor combinacombina sisi forma forma compusicompusi chimicichimici..

AcestAcest model model explicaexplica::

•• uneleunele proprietatiproprietati chimmicechimmice cum cum arar fifi combinareacombinarea atomiloratomilor pentrupentruformareaformarea de molecule. de molecule.

•• confirmaconfirma legilelegile fundamentalefundamentale ale ale chimieichimiei: : conservareaconservarea maseimasei in in reactiilereactiilechimicechimice sisi legealegea proportiilorproportiilor definite.definite.

AcestAcest model model nunu poatepoate explicaexplica::

•• ExistentaExistenta nucleuluinucleului atomic,atomic,

•• ExistentaExistenta ionilorionilor sisi izotoplilorizotoplilor,,

•• NuNu presupunepresupune existentaexistenta particulelorparticulelor subatomicesubatomice, a , a electronilorelectronilor, , protonilorprotonilorsisi neutronilorneutronilor..

Fig.8 Fig.8 ModelulModelul atomic a atomic a luiluiDalton (Dalton (modelulmodelul sfereisferei solidesolide) )

II.2.2 II.2.2 ModelulModelul atomic atomic ““cozonaccozonac cu cu stafidestafide”” (propus de Sir John Joseph Thomson (1856-1940) la 1900)

AtomiiAtomii suntsunt consideraticonsiderati ca ca fiindfiind sferesfere solidesolide confectionateconfectionate dintrdintr--oo masamasasolidasolida incarcataincarcata cu cu sarcinasarcina electricaelectrica pozitivapozitiva care care continecontine particuleparticule micimiciincarcateincarcate cu cu sarcinasarcina electricaelectrica negativanegativa..

AcestAcest model model explicaexplica::

•• existentaexistenta electronilorelectronilor sisi a a miezuluimiezului incarcatincarcat cu cu sarcinasarcina pozitivapozitiva,,

•• introduce introduce conceptulconceptul de de nucleunucleu atomic,atomic,

•• permitepermite determinareadeterminarea densitatiidensitatii relative a relative a nucleuluinucleului sisi a a maseimasei atomiceatomice pentrupentru diferitidiferiti atomiatomi.. Fig. 9 Fig. 9 ModelulModelul

““cozonaccozonac cu cu stafidestafide””pentrupentru atomulatomul de Bede Be

AcestAcest model model nunu poatepoate explicaexplica::

•• existentaexistenta electronilorelectronilor in in afaraafara nucleuluinucleului atomic, atomic,

•• rolulrolul electronilorelectronilor in in cazulcazul legaturilorlegaturilor chimicechimice,,

•• nunu mentioneazamentioneaza existentaexistenta neutronilorneutronilor, , nunu poatepoate explicaexplica radioactivitatearadioactivitatea sisiexistentaexistenta izotopilorizotopilor..

Sir Joseph John "J. J." Thomson (1856Sir Joseph John "J. J." Thomson (1856--1940), 1940), fizicianfizician englezenglez, , creditatcreditat pentrupentrudesoperireadesoperirea electronilorelectronilor sisi a a izotopilorizotopilor, , inventatorinventator a a spectrometruluispectrometrului de de masamasa..

II.2.3 II.2.3 ExperienteleExperientele luilui Rutherford Rutherford sisi modelulmodelul planetarplanetar al al atomuluiatomului

II.2.3.1 II.2.3.1 ImprastiereaImprastierea particulelorparticulelor a a pepe placiplaci metalicemetalice subtirisubtiri de de auraur•• IntreIntre aniianii 19091909--1911 Ernest 1911 Ernest RuthefordRutheford sisistudentiistudentii saisai -- Hans Geiger (1882Hans Geiger (1882--1945) 1945) sisiErnest Ernest MarsdenMarsden efectueazaefectueaza catevacateva experienteexperientein care in care studiazastudiaza imprastiereaimprastierea particulelorparticulelor ααpepe foitefoite subtirisubtiri de Au. de Au.

•• RuthefordRutheford stiastia ca ca particuleleparticulele αα contincontinsarcinasarcina --2e. 2e.

•• Rutherford Rutherford sugereazasugereaza ca ca atomulatomul esteesteconstituitconstituit dintrdintr--un un nucleunucleu incarcatincarcat cu cu sarcinasarcinaelectricaelectrica pozitivapozitiva sisi din din electronielectroni incarcatiincarcatinegativnegativ, care , care graviteazagraviteaza in in juruljurul nucleuluinucleuluiatomic.atomic.

•• ExperimenteleExperimentele efectuateefectuate arataarata ca o ca o parteparte din din particuleleparticulele incidenteincidente suntsunt reflectatereflectate de de foitafoitade Au. de Au.

•• RuthefordRutheford face o face o analizaanaliza teoreticateoretica a a unghiuluiunghiului de de imprastiereimprastiere considerandconsiderand atatatatmodelulmodelul atomic a atomic a luilui Thomson cat Thomson cat sisi modelulmodelulplanetarplanetar propuspropus de el. de el.

•• ExperimenteleExperimentele efectuateefectuate de Thomson de Thomson confirmaconfirma validitateavaliditatea modeluluimodelului planetarplanetar al al atomuluiatomului..

Fig. 10 Fig. 10 ImprastiereaImprastierea particulelorparticulelor ααpepe foitefoite de Au de Au

sursasursa de part. de part. αα

ecranecran detectordetector

foiţa de Au

fantafanta

II.2.3.2 II.2.3.2 ModelulModelul PlanetarPlanetar al al atomuluiatomului ((propuspropus in 1911 de in 1911 de catrecatre Ernest Rutherford)Ernest Rutherford)

ConsideraConsidera ca ca atomulatomul esteeste format format dintrdintr--un un nucleunucleu atomic atomic incarcatincarcat cu cu sarcinasarcinaelectricaelectrica pozitivapozitiva sisi care care inglobeazainglobeaza aproapeaproape intreagaintreaga masamasa atomicaatomica sisi in in juruljurulcaruiacaruia graviteazagraviteaza electroniielectronii cu o cu o masamasa multmult maimai mica mica sisi incarcatiincarcati cu cu sarcinasarcinaelectricaelectrica negativanegativa. . •• ModelulModelul planetarplanetar al al atomuluiatomuluireprezintareprezinta prima prima viziuneviziune realareala sisimodernamoderna despredespre structurastructura atomuluiatomului..

•• ExplicaExplica de de cece electroniielectronii se se rotescrotesc in in juruljurul nucleuluinucleului..

•• DescriuDescriu atomulatomul ca un ca un spatiuspatiu aproapeaproapevidvid constituitconstituit dintrdintr--un un nucleunucleu dens dens sisielectronielectroni de de masamasa multmult maimai mica care mica care graviteazagraviteaza in in juruljurul acestuiaacestuia..

ModelulModelul planetarplanetar::•• NuNu plaseazaplaseaza electroniielectronii pepe nivelenivele energeticeenergetice binebine definite,definite,•• NuNu presupunepresupune existentaexistenta neutronilorneutronilor in in nucleulnucleul atomic,atomic,•• NuNu explicaexplica sarcinasarcina de de valentavalenta a a atomiloeatomiloe,,•• NuNu poatepoate explicaexplica stabilitateastabilitatea in in timptimp a a atomiloratomilor..

eleléélectronlectronnucleunucleu

Fig. 11 Fig. 11 ModelulModelul planetarplanetar al al atomuluiatomului

+

-

Ernest Rutherford (1871Ernest Rutherford (1871--1937), 1937), fizicianfizician din din NouaNoua ZeelandaZeelanda, , consderatconsderat ca ca fiindfiindparinteleparintele fiziciifizicii nuclearenucleare..

ConsideramConsideram modelulmodelul planetarplanetar al al atomuluiatomului: :

II.2.3.3 Modelul clasic al atomului si validitatea sa

Fig. 12 ModelulModelul planetarplanetaral al atomuluiatomului

r

v

Fe+Ze

-e

AsupraAsupra electronuluielectronului actioneazaactioneaza fortaforta de de atractieatractieelectrostaticaelectrostatica exercitataexercitata de de nucleunucleu..

ElectronulElectronul efectueazaefectueaza o o miscaremiscare circularacirculara in in juruljurulnucleuleinucleulei. .

cpe Fr

mvr

ZeF ===2

2

2

041πε

(13)(13)

PentruPentru atomulatomul de de hidrogenhidrogen (Z=1), (Z=1), vitezaviteza electronulielectronulivava fifi: :

EnergiaEnergia cineticacinetica a a electronuluielectronului esteeste: :

remvK

0

22

421

21

πε==

mrev

04πε= (14)(14)

(15)(15)

EnergiaEnergia totalatotala a a electronuluielectronului se se poatepoate exprimaexprima astfeastfe::

re

re

reUKE

0

2

0

2

0

2

848 πεπεπε−=−=+= (16)(16)

ObsObs.: .: EnergiaEnergia totalatotala a a electronuluielectronului in atom in atom esteeste negativanegativa => => electronulelectronul se se aflaafla intrintr--oo stare stare legatalegata..

((cazulcazul nerelativisticnerelativistic ))

εε00=8.856*10=8.856*10--1212 F/mF/m

((permitivitateapermitivitateaelectricaelectrica a a viduluividului))

1/41/4ππee00=9*10=9*1099 Nm/CNm/C22

cc≈≈3*103*1088 m/sm/s

((vitezaviteza luminiiluminii in in vidvid))

Din Din punctpunct de de vederevedere clasicclasic sisi in in conformitateconformitate cu cu teoriateoria electromagnetismuluielectromagnetismului, o , o sarcinasarcinaelectricaelectrica aflataaflata in in miscaremiscare accelerataaccelerata vava emiteemite energieenergie ((radiatiiradiatii electromagneticeelectromagnetice) ) sisi energiaenergiasasa totalatotala se se vava diminuadiminua in in timptimp..

ElectronulElectronul aflataflat in in miscaremiscare circularacirculara in in juruljurul nucleuluinucleului ((miscaremiscare accelerataaccelerata) ) vava emiteemiteenergieenergie ((undeunde emem) ) sisi conform conform teorieiteoriei clasiceclasice in in timptimp el el vava ““cadeacadea”” pepe nucleunucleu !!!!

PutereaPuterea emisaemisa de o de o sarcinasarcina electricaelectrica aflataaflata in in miscaremiscare accelerataaccelerata se se poatepoateexprimaexprima astfelastfel::

23

42

32

rcveI = (17)(17)

DurataDurata de de viataviata a a atomuluiatomului clasicclasic esteeste: :

svc

vR

IUK 10

3

10−≈⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∝

+=τ (18)(18)

Fig. 13 Fig. 13 InstabilitateaInstabilitateaatomiloratomilor in in modelulmodelulclasicclasic

e-

nucleu

II.3 II.3 ProprietatileProprietatile ondulatoriiondulatorii ale ale materieimateriei

•• FizicaFizica clasicaclasica nunu poatepoate descriedescrie atomulatomul sisi proprietatileproprietatile acestuiaacestuia..

•• Compton Compton arataarata ca ca fotoniifotonii prezintaprezinta simultansimultan atatatat proprietatiproprietati ondulatoriiondulatorii cat cat sisi corpuscularecorpusculare..

E=E=hhνν sisi λλ==h/ph/p (19) (19) ((energiaenergia sisi lungimealungimea de de undaunda a a fotonuluifotonului))

de de BroglieBroglie postuleazapostuleaza ca ca particuleleparticulele materialemateriale au in mod au in mod egalegal atatatat proprietatiproprietaticorpuscularecorpusculare cat cat sisi ondulatoriiondulatorii. .

MotivulMotivul pentrupentru care care obiecteleobiectele macroscopicemacroscopice se se manifestamanifesta ca ca obiecteobiecte solidesolide esteestelungimealungimea de de undaunda foartefoarte mica mica asociataasociata acestraacestra, , lucrulucru care face ca care face ca proprietatileproprietatilecorpuscularecorpusculare sasa fie fie multmult maimai importanteimportante decatdecat celecele ondulatoriiondulatorii..

De De BroglieBroglie postuleazapostuleaza::

ph

=λ (20)(20)

λ=λ=lungimealungimea de de undaunda atasataatasata uneiunei particuleparticule materialemateriale care are care are impulsulimpulsul p.p.

ObiecteleObiectele materialemateriale macroscopicemacroscopice au au lungimilungimi de de undaunda de de BroglieBroglie foartefoarte micimici (10(10--34 34 m), m), proprietatileproprietatile corpuscularecorpusculare ale ale acestoraacestora primandprimand asupraasupra celorcelor ondulatoriiondulatorii..

ProprietatileProprietatile ondulatoriiondulatorii pot pot fifi observateobservate, , sprespre exempluexemplu, in , in cazulcazul electronilorelectronilor care au care au lungimilungimi de de undaunda de de ~~1010--1010 --1010--1111 m (ex. In m (ex. In experimenteleexperimentele de de difractiedifractie de de electronielectroni).).

LouisLouis--VictorVictor--PierrePierre--Raymond, 7th Raymond, 7th ducduc de de BroglieBroglie (1892(1892--1987), 1987), fizicianfizician francezfrancez, , laureatlaureat al al PremiuluiPremiului Nobel, Nobel, secretarsecretar al al AcademieiAcademiei de de StiinteStiinte FrancezeFranceze..

II.4 II.4 ModelulModelul atomic al atomic al luilui Bohr Bohr pentrupentru atomulatomul de de hidrogenhidrogen((propuspropus de de NielsNiels Bohr in 1920)Bohr in 1920)

IpotezeleIpotezele generalegenerale propusepropuse de Bohr:de Bohr:a) In atom In atom existaexista orbiteorbite electroniceelectronice stabile stabile pentrupentru care care electroniielectronii nunu radiazaradiaza energieenergie cu cu toatetoateca ca efectueazaefectueaza o o miscaremiscare accelerataaccelerata (din (din punctpunct de de vederevedere al al teorieiteoriei clasiceclasice). ). ElectroniiElectronii radiazaradiaza sausau absorb absorb energieenergie doardoar la la trecereatrecerea de de pepe o o orbitaorbita electronicaelectronica stabilastabila pepealtaalta orbitaorbita stabilastabila. . OrbiteleOrbitele electroniceelectronice stabile stabile corespundcorespund unorunor staristari stationarestationare ale ale atomuluiatomului. . EnergiaEnergia emisaemisa sausau absorbitaabsorbita la la trecereatrecerea dintrdintr--oo stare stare stationarastationara (n) in (n) in altaalta stare stare stationarastationara(m) (m) esteeste::

E = EE = Enn −− EEnn’’ = = hhνν (21)(21)b) b) LegileLegile fiziciifizicii clasiceclasice nunu se se aplicaaplica starilorstarilor stationarestationare sisi nicinici tranzitiilortranzitiilor dintredintre acesteaacestea. .

c) In atom. c) In atom. MomentulMomentul cineticcinetic al al electronuluielectronului esteeste cuantificatcuantificat..

Fig. 14 Fig. 14 ConditiaConditia de de stabilitatestabilitate a a orbitelororbitelorelectroniceelectronice in in modelulmodelul luilui BohrBohr

•• cuantificareacuantificarea momentuluimomentului cineticcinetic al al electronuluielectronului esteeste echivalentaechivalenta cu cu conditiaconditia de de stabilitatestabilitatea a orbitelororbitelor electroniceelectronice (l=(l=nnλλ undeunde l=l=lungimealungimea orbiteiorbitei presupusapresupusa a a fifi de forma de forma circularacirculara, , λλ==lungimealungimea de de undaunda de de BroglieBroglie asociataasociata electronuluielectronului sisi n n esteeste un un numarnumar intregintreg).).

NielsNiels HenrikHenrik David Bohr David Bohr (1885(1885--1962), 1962), fizicianfizician danezdanezcare a care a avutavut numeroasenumeroasecontributiicontributii la la fundamentareafundamentareateorieiteoriei atomiceatomice modernemoderne sisi a a mecaniciimecanicii cuanticecuantice, , laureatlaureat al al PremiuluiPremiului Nobel (1922).Nobel (1922).

a0

Fig. 15Fig. 15

20nr n a=

00

4 2

2ameπε

≡h

MomentulMomentul cineticcinetic al al electronuluielectronului s s poatepoate exprimaexprima astfelastfel::

hnrmL == v

mrn /v h=

0

v4

emrπε

=

(22)(22)

(23)(23)

VitezaViteza electronuluielectronului esteeste: :

04

2 2 2

2 2

n em r mrπε

=h

(24) =>(24) => (25)(25)

undeunde

rezultarezulta pentrupentru rrnn::

aa00 poartapoarta denumireadenumirea de de razaraza BohrBohr

aa00=0.53*10=0.53*10--1010 mm

EnergiaEnergia atomuluiatomului de de hidrogenhidrogen

(26)(26)

(27)(27)

EnergiileEnergiile starilorstarilor stationarestationare suntsunt::

(28)(28)

En = − E0/n2sausau(29)(29)

EE00 = 13.6 = 13.6 eVeV

Fig. 16 Fig. 16 NiveleleNiveleleenergeticeenergetice ale ale electronuluielectronului in in atomulatomul de de hidrogenhidrogen

((condcond. de . de cuantificarecuantificare))

π2h

=hundeunde

EmisiaEmisia de de radiatiiradiatii electromagneticeelectromagnetice ((luminalumina) se face la ) se face la trecereatrecerea atomuluiatomului dintrdintr--oostare stare excitataexcitata intrintr--oo stare cu stare cu energiaenergia maimai mica.mica.

uh E Eν = − l(30)(30)

1 hc hcν ν

λ= = = (31)(31)

30(4 )

4

2

meRcπ ε∞ ≡

h(32)(32)

Fig. 17 Fig. 17 TranzitiileTranzitiile electroniceelectronice in in atomulatomul de de hidrogenhidrogen

undeunde n n esteeste frecventafrecventa fotonuluifotonului emisemis

RR∞∞ esteeste constantaconstanta luilui RydbergRydberg

••AtomulAtomul ramaneramane intrintr--oo stare stare excitataexcitata un interval de un interval de timptimp foartefoarte micmic dupadupa care care vava trecetrece intrintr--oo stare de stare de energieenergie maimai mica mica prinprin emisiaemisia unuiunui fotonfoton. .

••In In echilibruechilibru, , atomulatomul de de hidrogenhidrogen se se gasestegaseste in in stareastarea fundamentalafundamentala cu n=1.cu n=1.

Johannes Robert Johannes Robert RydbergRydberg (1854(1854--1919), 1919), fizicianfiziciansuedezsuedez..

II.4.1 II.4.1 LimiteleLimitele modeluluimodelului atomic al atomic al luilui BohrBohr

••ModelulModelul nunu functioneazafunctioneaza in in cazulcazul atomuluiatomului cu cu maimai multi multi electronielectroni..

••ModelulModelul atomic al atomic al luilui Bohr Bohr nunu poatepoate explicaexplica structurastructuraspectralaspectrala finafina a a atomiloratomilor in in prezentaprezenta unuiunui camp magnetic. camp magnetic. ••ModelulModelul atomic al atomic al luilui Bohr Bohr nunu poatepoate explicaexplica formareaformarealegaturilorlegaturilor dintredintre atomiiatomii uneiunei molecule.molecule.

••ModelulModelul atomic al atomic al luilui Bohr Bohr oferaofera pentrupentru prima data o prima data o explicatieexplicatie stiintificastiintifica pentrupentru existentaexistenta spectrelorspectrelor de de emisieemisie sisiabsortieabsortie atomiceatomice..

•• ModelulModelul atomic al atomic al luilui Bohr Bohr rezolvarezolva contradictiacontradictia dintredintrestructurastructura atomuluiatomului sisi fizicafizica clasicaclasica, , oferindoferind o o explicatieexplicatie pentrupentrustabilitateastabilitatea atomiloratomilor..

II.5 II.5 SpectreSpectre atomiceatomice

prismaprisma opticaoptica

spectruspectru atomicatomic

fantafanta

Tub cu Tub cu descarcaredescarcare in in gaze gaze rarefiaterarefiatespectroscopspectroscop KirchhoffKirchhoff--Bunsen Bunsen colimatorcolimator

rigletarigleta cu cu proiectorproiector

lunetalunetaFig. 18 Fig. 18 SpectreSpectre atomiceatomice, , spectroscopulspectroscopul

SpectruSpectru de de emisieemisie sausau absortieabsortie==multimeamultimea radiatiilorradiatiilor emiseemise sausau absorbiteabsorbite de o de o anumitaanumitasubstantasubstanta..•• PrismaPrisma opticaoptica descompunedescompune luminalumina provenitaprovenita de la de la sursasursa spectralaspectrala..•• ImaginileImaginile succesivesuccesive ale ale fanteifantei corespunzandcorespunzand diferitelordiferitelor lungimilungimi de de undaunda reprezintareprezinta spectrulspectrulemisemis de de substantasubstanta ((atomiiatomii) ) studiatistudiati..

II.5.1 II.5.1 ClasificareaClasificarea spectrelorspectrelor•• AtomiiAtomii emit emit spectrespectre de de liniilinii..•• MoleculeleMoleculele emit emit spectrespectre de de bandabanda..•• CorpurileCorpurile solidesolide aduseaduse la la incandescentaincandescenta emit un emit un spectruspectru continuucontinuu..

Fig. 19 Fig. 19 SpectreleSpectrele de de emisieemisie pentrupentru atomiiatomii de H, Hg de H, Hg sisi NeNe sisi respectivrespectiv spectrulspectrul de de absortieabsortie pentrupentru atomulatomul de Hde H

II.5.2 II.5.2 SeriiSerii spectralespectraleIn In cazulcazul atomiloratomilor hidrogenoizihidrogenoizi spectrelespectrele de de emisieemisie suntsunt descrisedescrise de de relatiarelatia::

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

== 22

21

11~nn

Rλ

ν (33)(33)

••nn11 sisi nn22 reprezintareprezinta nivelelenivelele intreintre care are loc care are loc tranzitiatranzitia ((numerelenumerele cuanticecuantice n ale n ale acestoraacestora) ) iariar R R esteeste constantaconstanta luilui RydbergRydberg (R=1.097373(R=1.097373··101077 mm--1)1)

••nn11 definestedefineste seriaseria spectralaspectrala iariar nn22 linialinia in in spectrulspectrul respectivrespectiv

Fig. 20 Fig. 20 SeriileSeriile sisi liniileliniile spectralespectraleale ale atomuluiatomului de de hidrogenhidrogen

•• ModeleleModelele atomiceatomice actualeactuale diferadifera de de modelulmodelul atomic al atomic al luilui Bohr, Bohr, considerandconsiderand ca ca electroniielectronii nunu graviteazagraviteaza in in juruljurul nucleuluinucleului atomic atomic dardarocupaocupa un un anumitanumit volumvolum in in juruljurul nucleuluinucleului sisi determinadetermina astfelastfel formareaformareaunuiunui ““nornor”” de de sarcinasarcina negativanegativa. .

•• StareaStarea electronilorelectronilor in atom in atom esteeste descrisadescrisa cu cu ajutorulajutorul numerelornumerelorcuanticecuantice..

•• NumereleNumerele cuanticecuantice descriudescriu diferitelediferitele staristari energeticeenergetice ale ale electronilorelectronilorin atom. in atom.

•• SuntSunt patrupatru numerenumere cuanticecuantice care care descriudescriu starilestarile electroniceelectronice in atom. in atom.

•• MiscareaMiscarea electronilorelectronilor pepe orbiteorbite circularecirculare in in juruljurul nucleuluinucleului nunu maimaiesteeste luataluata in in considerareconsiderare sisi esteeste introdusaintrodusa notiuneanotiunea de orbital atomic de orbital atomic (molecular). (molecular).

•• OrbitaliiOrbitalii reprezintareprezinta regiunearegiunea din din spatiuspatiu undeunde probabilitateaprobabilitatea de a de a gasigasielectroniielectronii esteeste ceacea maimai mare.mare.

II.6 II.6 NumereNumere cuanticecuantice

NumarulNumarul cuanticcuantic principal (n):principal (n):• descriedescrie taliatalia orbitaluluiorbitalului atomic,atomic,

•• determinadetermina in mare in mare parteparte valoareavaloarea energieienergiei orbitaluluiorbitalului atomic (ex. n mare => atomic (ex. n mare => orbital de orbital de energieenergie maimai mare), mare),

•• poatepoate lualua doardoar valorivalori intregiintregi sisi pozitivepozitive (n = 1, 2, 3, ... ),(n = 1, 2, 3, ... ),

•• totitoti electroniielectronii cu cu acelasiacelasi numarnumar cuanticcuantic n n apartinapartin aceleiasiaceleiasi paturipaturielectroniceelectronice (ex. (ex. K(nK(n=1), =1), L(nL(n=2), =2), M(nM(n=3)).=3)).

NumarulNumarul cuanticcuantic orbital (l): orbital (l): •• descriedescrie forma forma orbitaluluiorbitalului atomic,atomic,

•• poatepoate lualua valorivalori pozitivepozitive intreintre 0 0 sisi nn--1,1,

•• totitoti electroniielectronii cu cu aceleasiaceleasi numerenumere cuanticecuantice n n sisi l l apartinapartin aceleiasiaceleiasi subpaturisubpaturielectroniceelectronice (ex. (ex. s(ls(l=0), =0), p(lp(l=1), =1), d(ld(l=2), =2), f(lf(l=3)),=3)),

•• orbitaliiorbitalii s au s au simetriesimetrie sfericasferica (l=0),(l=0),

•• orbitaliiorbitalii p p suntsunt polaripolari (l=1),(l=1),

•• orbitaliiorbitalii d d suntsunt in forma de in forma de treflatrefla (l = 2). (l = 2).

Fig. 21 Fig. 21 OrbitaliiOrbitalii s, p s, p sisi dd

NumarulNumarul cuanticcuantic magnetic (m):magnetic (m):•• descriedescrie orientareaorientarea in in spatiuspatiu a a orbitalilororbitalilor atomiciatomici,,

•• pot pot lualua valorivalori intregiintregi situate situate intreintre ––l l sisi l,l,

•• pentrupentru orbitaliiorbitalii s (l=0) s (l=0) avemavem o o singurasingura orientareorientare spatialaspatiala posibilaposibila,,

••pentrupentru orbitaliiorbitalii p (l=1) p (l=1) avemavem treitrei orientariorientari posibileposibile (m=(m=--1, 0, 1 1, 0, 1 corespunzandcorespunzandorbitalilororbitalilor ppxx, , ppyy sisi ppzz),),

•• pentrupentru orbitaliiorbitalii d (l=2) d (l=2) avemavem cincicinci orientariorientari spatialespatiale posibileposibile (m=(m=--2, 2, --1, 0, 1, 2 1, 0, 1, 2 corespinzndcorespinznd orbitalilororbitalilor ).).

•• numarulnumarul de de valorivalori m m dintrdintr--oo subpasubpa electronicaelectronica reprezintareprezinta numarulnumarul de de orbitaliorbitaliatomiciatomici aiai aceleiacelei subpaturisubpaturi. .

NumarulNumarul cuanticcuantic de spin (mde spin (mss):):•• descriedescrie spinulspinul sausau sensulsensul de de rotatierotatie al al electronuluielectronului in in juruljurul axeiaxei propriiproprii, ,

•• miscareamiscarea de spin de spin determinadetermina comportareacomportarea electronuluielectronului ca un ca un ““micmic”” magnetmagnet,

•• numarulnumarul cuanticcuantic de spin de spin poatepoate lualua valorilevalorile +1/2 +1/2 sisi --1/2.1/2.

Fig. 22 Fig. 22 OrbitaliiOrbitalii p p sisi dd

II.7 II.7 PrincipiulPrincipiul de de excluziuneexcluziune al al luilui PauliPauli•• In atom In atom nunu pot pot existaexista doidoi atomiatomi caracterizaticaracterizati prinprin aceleasiaceleasi patrupatru numerenumerecuanticecuantice n, l, m n, l, m sisi mmss..sausau•• IntrIntr--un atom, un atom, doidoi electronielectroni cu cu aceleasiaceleasi numerenumere cuanticecuantice n, l n, l sisi m m vorvor aveaaveaspiniispinii orientatiorientati in in senssens opus.opus.

II.8 II.8 ConfiguratiaConfiguratia electronicaelectronica a a atomuluiatomului•• RepartitiaRepartitia electronilorelectronilor pepe diferitidiferiti orbitaliorbitali atomiciatomici reprezintareprezinta configuratiaconfiguratiaelectronicaelectronica a a atomuluiatomului..

ReguliReguli care care descriudescriu distributiadistributia electronicaelectronica::•• regulireguli de de constructieconstructie ((AufbauAufbau principelsprincipels););

•• PrincipiulPrincipiul de de excluziuneexcluziune al al luilui PauliPauli; ;

•• RegulileRegulile luilui HundHund (un (un ansambluansamblu de de regulireguli folositefolosite pentrupentru a a determinadetermina care care esteeste stareastarea fundamentalafundamentala a a unuiunui atom atom multieiectronicmultieiectronic).).

Wolfgang Wolfgang PauliPauli (1900(1900--1958), 1958), fizicianfizician austriacaustriac care scare s--a a remarcatremarcat prinprin teoriateoriaspinuluispinului electronic, electronic, laureatlaureat al al PremiuluiPremiului Nobel Nobel pentrupentru FizicaFizica in 1945. in 1945.

1)1) la la inceputinceput se se completeazacompleteaza orbitaliiorbitalii cu cu energieenergie maimai mica;mica;2)2) orbitaliiorbitalii s au s au energiaenergia maimai mica mica decatdecat orbitaliiorbitalii p care la p care la randulrandul lorlor au au

energiaenergia maimai mica mica decatdecat a a orbitalilororbitalilor d;d;3) 3) doidoi electronielectroni pot pot ocupaocupa acelasiacelasi orbital orbital doardoar dacadaca au au spiniispinii de de senssens opus opus

((principiulprincipiul de de excluziuneexcluziune al al luilui PauliPauli););4) 4) ceicei treitrei orbitaliorbitali p (p (ppxx, , ppyy, , ppzz et) au et) au aceeasiaceeasi energieenergie;;5) un orbital 5) un orbital esteeste ocupatocupat cu cu doidoi electronielectroni doardoar in in cazulcazul in care in care totitoti orbitaliiorbitalii

de de aceeasiaceeasi energieenergie suntsunt ocupatiocupati cu cu catecate un electron;un electron;6) 6) orbitaliiorbitalii 1s 1s formeazaformeaza prima prima paturapatura, , urmataurmata de 2s, 2p de 2s, 2p sisi apoiapoi de de paturapatura

3s, 3p, 3d. 3s, 3p, 3d.

Fig. 13 Fig. 13 DiagramaDiagrama nivelelornivelelorenergeticeenergetice intrintr--un atom un atom cu cu maimai multi multi electronielectroni

EnergiaEnergia crestecreste

1. 1. BifatiBifati enunturileenunturile corectecorecte::Efectul fotoelectric consta in emisia de electroni de catre un corp iradiat cu radiatii electromagnetice.Efectul fotoelectric apare indiferent de fercventa radiatiilor electromagnetice.Pragul rosu al efectului fotoelectric depinde de natura materialului iradiat si de caracteristicile undelor

electromagnetice cu care acesta este iradiat.Energia radiatiilor electromagnetice este cuantificata si depinde direct proportional de lungimea de

unda a acestora.Efectul Compton si efectul fotoelectric evidentiaza caracterrul ondulatoriu al radiatiilor

electromagnetice.

2) Bifa2) Bifaţţi enuni enunţţurile corecte:urile corecte:Intensitatea curentului fotoelectric de saturaIntensitatea curentului fotoelectric de saturaţţie creie creşşte liniar cu fluxul radiate liniar cu fluxul radiaţţiilor incidente pentru o iilor incidente pentru o

frecvenfrecvenţţă dată a acestoraă dată a acestora..Efectul fotoelectric se produce pentru orice frecvenEfectul fotoelectric se produce pentru orice frecvenţţă a radiaă a radiaţţiilor incidente.iilor incidente.Fotonul este o particulă caracterizată printrFotonul este o particulă caracterizată printr--o masă de repauso masă de repaus, impuls , impuls şşi energie.i energie.Fotonul absorbit in efectul fotoelectric serveFotonul absorbit in efectul fotoelectric serveşşte la extragerea electronului din material te la extragerea electronului din material şşi la imprimarea i la imprimarea

unuei anumite viteze pentru acesta.unuei anumite viteze pentru acesta.Energia cinetică a fotoelectronului creEnergia cinetică a fotoelectronului creşşte odată cu frecvente odată cu frecvenţţa radiatiilor incidente cu care este iradiat a radiatiilor incidente cu care este iradiat

materialul.materialul.

4) Conform ipotezei lui de Broglie:Particulele aflate în mişcare au un caracter dual unda corpuscul.Lungimea de undă ataşată particulei depinde liniar de impulsul acesteia.Lungimea de unda atasata particulei depinde invers proportional de impulsul acesteia.Proprietatile ondulatorii pot fi observate pentru orice corp macroscopic.Electronii pot avea şi un caracter ondulatoriu.

4) Modelul atomic al sferei solide propus de Jhon Dalton postuleaza:Atomii aceluiasi element au acceasi masa, dimensiune si proprietati chimice.Diferenta dintre proprietatile diferitelor elemente chimice rezulta din diferentele

dintre atomii constituenti.Confirma validitatea in cazul reactiilor chimice a legilor proportiilor definite.Explica existenta nucleului atomicNu poate explica formarea ionilor dar explica formarea izotopilor.

5) Modelul atomic al lui Thomson “cozonac cu stafide”:Presupune ca atomul este de forma sferica.Presupune ca atomul contine un numar de electroni intr-un mediu mediu

omogen incarcat cu sarcina electrica pozitiva.Considera atomul ca fiind neutru din punct de vedere electric.Nu permite calculul masei atomice dar estimeaza gresit densitatea relativa a

nucleului atomic.Anticipeaza existenta nucleului atomic si a neutronilor.

6) Modelul planetar al atomului (Rutherford):Presupune o forma sferica a atomilor.Este bazat pe anumite date experimentale (imprastierea particulelor a pe foite de

aur).Presupune existenta neutronilor in nucleul atomic.Descrie corect valoarea sarcinii de valenta a atomilor.Explica caracterul discret al spectrelor atomice.

7) Modelul atomic al lui Bohr:Presupune ca atomul este alcatuit dintr-un nucleu central incarcat cu sarcinaelectrica pozitiva.Presupune ca atomii se rotesc in jurul nucleului atomic.Considera ca electronii se pot misca pe orice orbita circulara in jurul nucleului.Descrie corect procesul de ionizare al atomilor unielectronici.Asuma pentru electroni un caracter dual unda-corpuscul.

8) Modelul atomic al lui Bohr:Descrie corect atomul de hidrogen.Explica caracterul discret al spectrului de absortie al atomilor hidrogenoizi.Nu poate explica structura planetara a atomului.Cuantifica momentul cinetic al electronilor in atom.Arata ca electronii se pot misca doar pe anumite orbite in jurul nucleuluiatomic.

9) Principiul de excluziune al lui Pauli:Arata ca doi electroni cu spinul opus pot ocupa acelasi orbital.Arata ca intr-un atom pot exista mai multi atomi caracterizati prin aceleasinumere cuantice n, l, m si ms.Introduce o forta repulsiva intre electronii cu acelasi spin.Introduce o forta atractiva intre electronii cu spin antiparalel.Este un principiu fundamental in mecanica cuantica.

10) Principiul de excluziune al lui Pauli:Sta la baza alcatuirii sistemului periodic al elementelor.Explica diferenta intre proprietatile diferitelor elemente chimice.Guverneaza modul de formare al legaturilor chimice dintre fiferite elemente.Explica structura electronica a atomilor.Este fundamental pentru prcesele chimice din organismele vii.

11) Structura electronica a atomilor multielectronici este descrisa de:Regulile lui Hund.Principiul de excluziune al lui Pauli.Postulatele lui Bohr.Modelul atomic al lui Rutherford.Orbitalii electronici.

12) Structura electronica a atomului:Se refera la modul in care electronii sunt distribuiti in jurul nucleului atomic.Se refera la nivelele energetice din atom ocupte cu electroni.Este descrisa cu ajutorul a patru numere cuantice n, l, m si ms.Este determinata si de principiul de excluziune al lui Pauli.Explica proprietatile chimice ale atomilor.

ProblemeProbleme::1) Calculati raza atomului de bor daca densitatea borului εστε ρΒ=2.34 g/cm3.

(MB=10.81/g/mol, NA=6.0231023 atomi/mol)1.59 Å1.32 Å1.22 Å12.22 Å1.15 Å

2) Care este lungimea de unda de Broglie a unui sportiv cu masa de 70 kg care alearga cu viteza de 6.5 m/s? (h=6.626·10-34 Js).

1.26*10-34 m1.45*10-34 m2.45*10-34 m1.45*10-34 m1.55*10-34 m

3) Care este lungimea de unda de Broglie a unui electron ce se deplaseaza cu viteza de 1.2·106 m/s? (h=6.626·10-34 J·s, me=9.1·10-31 kg).

0.607 nm0.706 nm0.278 nm0.323nm0.605 nm