ATOMULATOMUL

Un atom este format din: - un nucleu (protoni încărcaţi pozitiv şi

neutroni, care au sarcină electrică nulă) - un înveliş electronic (electroni)

În funcţie de poziţia în sistemul periodic al elementelor,

nucleul conţine un număr diferit de protoni şi neutroni.

În elementele cu un număr atomic scăzut, numărul neutronilor este egal cu numărul protonilor; în elementele cu numere atomice mai mari numărul neutronilor depăşeştesemnificativ numărul protonilor.

AtomulAtomul

Într-un atom neutru din punct de vedere electric, numărul protonilor (încărcaţi pozitiv) din nucleu trebuie să fie egal cu numărul de electroni (încărcaţi negativ) care se mişcă pe diferite orbite în jurul nucleului atomic.

În anumite condiţii electronii pot fi ridicaţi pe o orbită superioară sau chiar pot fi separaţi cu totul de atom, cauzând o dereglare a balanţei dintre protoni şi electroni.

Atomii care nu sunt neutrii din punct de vedere electric sunt numiţi ioni.

AtomulAtomul

Interferenţă pe suprafaţa apei

Modelul atomic a lui Modelul atomic a lui DaltonDalton►cel mai simplu model atomic este cel al sferei

rigide►atomii au formă sferică, sunt omogeni şi identici pentru o substanţă, nu sunt încărcaţi electric

►modelul este suficient pentru a explica structura şi unele proprietăţi simple ale substanţei, fenomene simple: difuzia, schimbarea stării de agregare

1803

Modelul atomic a lui Modelul atomic a lui ThomsonThomson1904

►în 1897 fizicianul englez J.J.Thomson a pus în evidenţă, prin experienţe de descărcare electrică în gaze rarefiate, existenţa electronului, ca particulă cu sarcină electrică negativă►în urma experienţelor efectuate Thomson a imaginat un model al atomului

►atomii sunt sfere uniform încărcate cu sarcină pozitivă, iar electronii sunt încorporaţi în interiorul sferei ( ca stafidele într-o plăcintă )

http://www.youtube.com/watch?v=s4BSzbskyjU&feature=related

Experimentul lui Experimentul lui RutherfordRutherfordDispozitivul experimental

►o sursă radioactivă emite particule α ( nuclee de He cu sarcina pozitivă 2e şi masa 4u )►particulele α trec printr-o foiţă de aur

►după ce străbat foiţa de aur particulele α cicnesc o placă acoperită cu sulfură de zinc pe care se poate observa mici scântei luminoase

►se determină astfel unghiurile sub care au fost deviate particulele α

►dacă sarcina pozitivă este uniform distribuită în atom (modelul lui Thomson) particulele α sunt deviate cu câteva grade la trecerea prin metal datorită forţelor electrostatice

►în experienţele de împrăştiere apar şi particule deviate sub unghiuri mari , aceste deviaţii nu pot fi explicate decât dacă se admite că sarcina pozitivă este concentrată în centrul atomului

Modelul atomic Rutherford Modelul atomic Rutherford (planetar)(planetar)►Rutherford presupune atomul ca având o

structură asemănătoare sistemului solar

►întrega masă şi sarcina pozitivă a atomului sunt concentrate într-un nucleu cu dimensiuni mult mai mici (~10-14m) decât cele ale atomului (~10-10m)

►electronii se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare

1911

Modelul planetar al atomului de Modelul planetar al atomului de hidrogenhidrogen►atomul de hidrogen este format dintr-un nucleu cu masă mare şi cu

sarcină pozitivă +e şi un electron cu sarcina negativă –e.

+e

►nucleul exercită asupra electronului o forţă electrostatică de atracţie:

20

2

4 reFe

►energia potenţială a sistemului electron-nucleu este:

reEp0

2

4

►energia cinetică a sistemului este:

2

20vmEc

+e r

e-Fe

Energia totală a atomuluiEnergia totală a atomului►dacă Ec < | Ep |, electronul se deplasează pe o orbită închisă, iar sistemul electron-nucleu este în stare legată

►energia totală sistemului este:24

20

0

2 vmr

eEEE cp

►orbita circulară este stabilă dacă se îndeplineşte condiţia de echilibru: forţa centripetă este forţa electrostatică

20

220

4 re

rvm

Energia totală:r

eE0

2

8

http://www.youtube.com/watch?v=dsq9OiM76OY&feature=related

►conform modelului planetar rotaţia electronului în jurul nucleului ar trebui să fie însoţită de o emisie de radiaţii electromagnetice care ar duce la pierderea continuă a energiei electronului

►electronul ar descrie o mişcare în spirală, terminată cu căderea lui pe nucleu

►datele experimentale nu au confirmat acest model

Postulatele lui BohrPostulatele lui Bohr1. Stările legate ale atomului sunt stări în care atomul nu absoarbe şi nu emite energie. Aceste stări ale atomului se numesc stări staţionare. Într-o stare staţionară, energia sistemului este constantă în timp. Valorile energiilor stărilor staţionare formează un şir discontinuu: E1,E2,…En2. Atomii absorb sau emit radiaţie electromagnetică numai la trecerea dintr-o stare staţionară în altă stare staţionară

Energia emisă sau absorbită sub forma unei cuante este egală cu diferenţa dintre energia finală şi iniţială a sistemului:

nkkn EEh

Foton absorbit

Foton emis

kn

Modelul cuantificat al Modelul cuantificat al atomuluiatomului1913

►primul model de natură cuantică al atomului►modelul preia modelul planetar a lui Rutherford şi îi aplică teoria cuantelor►modelul atomic cuantificat a lui Bohr explică bine efectele de emisie şi absorbţie ale atomului de hidrogen şi ale atomilor hidrogenoizi ( atomi formaţi dintr-un nucleu cu sarcina Ze şi un electron

Exemple : atomii ionizaţi He+(Z=2), Li2+(Z=3), Be3+(Z=4)

Condiţii de Condiţii de cuantificarecuantificareCuantificarea Cuantificarea

momentului cineticmomentului cineticMomentul cinetic: L = r x p

►mărimea: L = r p sin( r, p )

►unda asociată electronului aflat în mişcare pe orbită este o undă staţionară

phnnr 2

2hnrpL

n = 1,2,3,……număr cuantic principal

+e r

p = mv

e-

L

Cuantificarea razelor orbitelor Cuantificarea razelor orbitelor electronilor electronilor

Fe

+e r

e-Condiţia de echilibru a orbitei:

20

220

4 re

rvm

sau 0

202

4emrrp

20

202

emhnrn

Raza primei orbite Bohr: r1 = 0,53·10-10m rn = n2 r1

Cuantificarea energiei stărilor Cuantificarea energiei stărilor staţionarestaţionareEnergia totală a electronului în modelul planeter:

reE0

2

8

Condiţia de cuantificare a razelor orbitelor Bohr: 20

202

emhnr

20

2

40

2 81

hem

nEn

Energia primei orbite:

E1 = - 13,6 eV

21

nEEn

Diagrama nivelelor energeticeDiagrama nivelelor energetice

E1=-13,6eV n = 1

n = 2

n = 3n = 4

n →∞

E2=-3,4eV

E3=-1,51eVE4=-0,85eV

E∞= 0

E (eV)

n = 1, stare fundamentală, de energie E1

n = 2,3,4,…, stări excitate, de energii E2, E3, E4, …

Spectru continuu

Absorbţia şi emisia de radiaţie Absorbţia şi emisia de radiaţie electromagneticăelectromagnetică

h31

n =1E1

n =2E2

n =3E3

h31

h32

h21

►trecerea electronului din starea fundamentală într-o stare excitată (excitare) se face prin absorbţia unui foton

►trecerea electronului dintr-o starea excitată în starea fundamentală (dezexcitare) se face prin emisia unui foton

►dezexcitarea se poate face: - direct pe starea fundamentală- în trepte, prin stări intermediare

http://highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::800::600::/sites/dl/free/0072482621/59229/Bohr_Nav.swf::The%20Bohr%20Atom

Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

Evoluţia modelelor atomiceEvoluţia modelelor atomice

Modelul lui Dalton 1803

Modelul lui Thomson 1904 Modelul planetar

1911

Modelul cuantificat 1913

Modelul nori de electroni 1926

Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

http://en.bestpicturesof.com/pictures%20of%20niels%20bohr%20atomic%20modelhttp://regentsprep.org/Regents/physics/phys05/catomodel/bohr.htm

Bibliografie Bibliografie

http://highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::800::600::/sites/dl/free/0072482621/59229/Bohr_Nav.swf::The%20Bohr%20Atom

http://www.scientia.ro/fizica/63-atomul/274-modelul-atomic-al-lui-rutherford.html

http://www.youtube.com/watch?v=s4BSzbskyjU&feature=relatedRodica Ionescu-Andrei, Cristina Onea, Ion Toma – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura ARTD. Ciobotaru, T. Angelescu s.a – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura Didactică şi pedagogică

Dicţionar de fizică

Gabriela Cone – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura E+

w.w.w.google ro/ images