= 100 = 0.1 = 1 Å

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "= 100 = 0.1 = 1 Å"

Βαλτάσαρ Δαγκλής
5 χρόνια πριν
Προβολές:

STRUCTURA ATOMULUI Atom - cea mai mică particulă a unui element care nu poate fi divizată prin metode chimice şi care păstrează toate proprietăţile chimice ale

1 STRUCTURA ATOMULUI Atom - cea mai mică particulă a unui element care nu poate fi divizată prin metode chimice şi care păstrează toate proprietăţile chimice ale elementului respectiv. Dimensiuni: 62 pm (He) până la 520 pm (Cs) 1 pm (picometru) = m, 100 pm = 0.1 nm (nanometri) = 1 Å (angstrom) = m Masă: to kg

Sarcinile electrice ale protonilor şi electronilor sunt diferite dar egale în valoare absolută în cazul atomilor neutri.

2 Atomul - formaţiune complexă: nucleu central dens (+) în jurul căruia gravitează electroni (-). Nucleul - alcătuit din particule elementare numite nucleoni (protoni - încărcaţi pozitiv şi neutroni neutri din punct de vedere electric). Sarcinile electrice ale protonilor şi electronilor sunt diferite dar egale în valoare absolută în cazul atomilor neutri. Atomul de He este alcătuit din: nucleu (+), compus din 2 protoni şi 2 neutroni; doi electroni (-) Cel mai simplu atom: H (1 proton, 2 neutroni, 1 electron) Cel mai mare atom din natură U (92 protoni, 146 neutroni, 92 electroni). Explicarea proprietăţile atomilor - teoria structurii atomului, elaborându-se mai multe modele atomice care s-au perfecţionat în timp. Modele atomice: precuantice; cuantice.

A. Modelele atomice precuantice Indicaţii timpurii ale existenţei atomilor: a) legea proporţiilor multiple elementele se combină în multipli de

botanistul Robert Brown ce studia polenul datorată moleculelor de apă ce lovesc grăuncioarele de polen Modelul Thomson (modelul atomic static,

hn Dalton - A New System of Chemical Philosophy (1808). - J.

3 A. Modelele atomice precuantice Indicaţii timpurii ale existenţei atomilor: a) legea proporţiilor multiple elementele se combină în multipli de numere întregi, deci trebuie să fie alcătuite din unităţi discrete atomi teoria atomică a lui Dalton b) mișcarea browniană observată de botanistul Robert Brown ce studia polenul datorată moleculelor de apă ce lovesc grăuncioarele de polen Modelul Thomson (modelul atomic static, modelul cozonac cu stafide) John Dalton - A New System of Chemical Philosophy (1808). - J.J. Thomson studiază razele catodice şi descoperă că sunt alcătuite din particole mai ușoare decât atomul de H prima particulă subatomică identificată - electron - atomul are formă sferică, sarcina electrică pozitivă uniform distribuită în tot volumul iar electronul, încărcat negativ, oscilează în interiorul atomului datorită câmpului electric care se creează.

Modelul Rutheford - prin bombardarea unei foiţe de aur cu particule alfa (ioni de He 2+

Thomson (nucleii sunt uniformi) - experimentul Geiger Marsden.

4 Modelul Rutheford - prin bombardarea unei foiţe de aur cu particule alfa (ioni de He 2+ ), s-a demonstrat că particulele sunt deflectate, ceea ce nu corespunde cu teoria lui Thomson (nucleii sunt uniformi) - experimentul Geiger Marsden. Rutheford propune un alt model al atomului sarcina pozitivă a atomului e concentrată într-un nucleu mic în centrul atomului. - atomii constau dintr-un nucleu central mic, dens, încărcat pozitiv înconjurat de electroni, încărcaţi negativ, care se mişcă pe orbite circulare în jurul nucleului.

Ex: atomul de Li constă dintr-un nucleu şi 3 electroni; particulele încărcate cu sarcini diferite ar trebui să se atragă prin forţe coulombiene, într-un

Ca urmare, electronii, în mişcarea sa în jurul nucleului emite radiaţii, pierde continuu energie, în conformitate cu teoria electromagnetismului, iar

5 Ex: atomul de Li constă dintr-un nucleu şi 3 electroni; particulele încărcate cu sarcini diferite ar trebui să se atragă prin forţe coulombiene, într-un mod asemănător cu cel în care Soarele atrage Pământul prin forţa gravitaţională. Ca urmare, electronii, în mişcarea sa în jurul nucleului emite radiaţii, pierde continuu energie, în conformitate cu teoria electromagnetismului, iar traiectoria sa devine o spirală care ar conduce la căderea electronului pe nucleu şi distrugerea acestuia din urmă. Datele experimentale demonstrează că electronii nu emit radiaţii spontan şi continuu, infirmând această ipoteză.

B. Modele atomice cuantice Modelul atomic Bohr are la bază concepţia nucleară a atomului elaborată de Rutherford şi concepţia cuantică asupra emisiei radiaţiei electromagnetice elaborată de Max

6 B. Modele atomice cuantice Modelul atomic Bohr are la bază concepţia nucleară a atomului elaborată de Rutherford şi concepţia cuantică asupra emisiei radiaţiei electromagnetice elaborată de Max Planck. Prin teoria sa Bohr presupune că: în stare staţionară (stare bine determinată în care atomii sau sistemele atomice se pot găsi timp îndelungat) electronii se mişcă pe orbite specifice presupuse circulare, permise, care au energii restricţionate la anumite valori, adică sunt cuantificate; energiile exacte ale orbitelor permise depind de atomul studiat; în mişcarea pe orbitele permise electronii nu emit şi nu absorb energie; când un electron face un salt de pe o orbită pe alta nu se aplică legile mecanicii clasice; diferenţa de energie dintre orbita cu rază mai mare şi cea cu rază mai mică este cedată sau acceptată prin intermediul unei singure cuante de energie (foton); nivelurile energetice spectrale corespund, conform teoriei lui Bohr, energiei electronului care se mişcă pe orbite cu raze din ce în ce mai mari; rangul orbitei este dat de numărul cuantic principal (n) care are valoarea cea mai mică egală cu 1. această valoare corespunde celei mai mici raze posibile cunoscută sub numele de raza Bohr şi explică de ce electronul, în mişcarea sa, nu cade pe nucleu şi ca urmare atomii sunt stabili.

apropiate. Aceasta dovedeşte că în atom există mai multe niveluri energetice decât cele prevăzute de teoria lui Bohr.

7 Modelul atomic Sommerfeld - dezvoltare a modelului atomic Bohr. Analizând spectrul atomului H, Sommerfeld constată că fiecare linie spectrală este formată din mai multe linii foarte apropiate. Aceasta dovedeşte că în atom există mai multe niveluri energetice decât cele prevăzute de teoria lui Bohr. Sommerfeld a încercat să explice structura fină a liniilor spectrale admiţând că electronul parcurge în jurul nucleului nu numai traiectorii circulare ci şi traiectorii eliptice.

8 Teoria mecanic-cuantică asupra structurii atomului Modelele atomice anterioare nu au putut calcula intensitatea liniilor spectrale şi energia atomilor multielectronici. Louis de Broglie a emis ideea dualităţii de comportare a microparticulelor. În mişcarea sa o microparticulă (electronul), se comportă atât ca particulă cât şi ca undă. Fiecărei particule i se asociază o undă cu λ invers proporţională cu masa (m) şi viteza particulei (v) λ= h/mv, în care h - constanta lui Plank Principiul de incertitudine al lui Heisenberg - elimină noţiunea de traiectorie a unei microparticule arătând că este imposibil să se cunoască simultan atât poziţia cât şi viteza de deplasare a unei particule. Schrödinger, având în vedere natura ondulatorie a microparticulelor, a tratat atomul ca un sistem de unde staţionare elaborând, pentru unda tridimensională asociată electronului, ecuaţia de undă a lui Schrödinger - ecuaţia fundamentală a mecanicii cuantice ce corelează caracteristicile de corpuscul ale electronului (E, m, v) cu cele ondulatorii (amplitudinea vibraţiei într-un punct caracterizat de coordonatele x, y, z). Rezolvarea ecuaţiei lui Schrödinger dă probabilitatea de a găsi o particulă cum este electronul în învelişul electronic şi conduce la o funcţie matematică numită funcţie de undă orbitală sau orbital. În concluzie: în mecanica cuantică noţiunea de traiectorie a electronului este înlocuită cu noţiunea de probabilitate de existenţă a electronului. Electronul este imaginat ca o particulă care se mişcă cu viteză foarte mare în spaţiul din jurul nucleului. Atomul este imaginat ca fiind format dintr-un nucleu înconjurat de un nor electronic (orbital) care nu are graniţe precise. Fiecare orbital se poate descrie folosind 3 numere cuantice (n, l, m) şi fiecare electron folosind 4 numere cuantice (n, l, m, ms). Aceste 4 numere cuantice ale fiecărui electron definesc energia, orientarea în spaţiu şi interacţiunile posibile cu alţi electroni.

9 n = număr cuantic principal (n=1,2,3,4,.,n) se referă la energia unui electron şi indică stratul electronic care se află la aceeaşi distanţă medie faţă de nucleu. Energia electronilor creşte în sensul îndepărtării de nucleu astfel că cea mai mare energie o au electronii de pe ultimul strat. Electronii care aparţin aceluiaşi strat electronic au aceeaşi energie. Straturile electronice sunt reprezentate simbolic prin cifre sau litere ale alfabetului, în ordine crescătoare dinspre nucleu spre exterior: n = K L M N O P Q l = număr cuantic secundar (l=0, 1, 2,.n-1) indică forma substraturilor. Electronii care au acelaşi număr cuantic secundar alcătuiesc un substrat. Orbitalii aceluiaşi substrat au energii egale. Diferenţa dintre aceştia constă în simetria în raport cu axele de coordonate. Subnivelurile energetice se desemnează prin simboluri: Electronii cu l=0 - orbitali s; l=1 p; l=2 d; l=3 f; Subnivelul s conţine un orbital, subnivelul p - 3 orbitali, subnivelul d - 5 orbitali, subnivelul f - 7 orbitali. Fiecare dintre orbitali poate să fie ocupat sau nu cu electroni. Energia creşte în ordinea: s < p < d < f. m = număr cuantic magnetic (poate lua 2l+1 valori care variază între l şi +l) indică poziţia orbitei electronice întrun câmp magnetic, adică cele 2l+1 orientări posibile ale orbitelor electronilor într-un câmp magnetic aplicat din exterior (perturbator) sau generat de alţi electroni. Este o mărime cuantificată şi ne arată unghiul de înclinare al orbitelor faţă de câmpul magnetic. m s = număr cuantic de spin (m s =±1/2) indică faptul că electronul se roteşte în jurul axei proprii. În funcţie de sensul de rotaţie numărul cuantic de spin are valorile 1/2 şi +1/2.

Σχετικά έγγραφα

n n r Z Cursul 4 Modelul Bohr-Sommerfeld - continuare Pentru ionii hidrogeniozi (ioni cu un singur e - ):

n n r Z Cursul 4 Modelul Bohr-Sommerfeld - continuare Pentru ionii hidrogeniozi (ioni cu un singur e - ): Pentru ionii hidrogeniozi (ioni cu un singur e - ): n k k n R Z r Z n r n k n k n, ~ Impasul modelului lui Bohr: Ulterior s-a constatat apariţia în spectru a unor linii în plus, de energii apropiate, care