MODELE ATOMICE

Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara

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


http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

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

http://www.youtube.com/watch?v=5pZj0u_XMbc


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 r

eFe

►energia potenţială a sistemului electron-nucleu este:

r

eEp

0

2

4

►energia cinetică a sistemului este:

2

20vmEc

+er

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 vm

r

eEEE cp

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

20

220

4 r

e

r

vm

Energia totală:r

eE

0

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,…En

2. 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

p

hnnr 2

2h

nrpL

n = 1,2,3,……număr cuantic principal

+er

p = mv

e-

L


Cuantificarea razelor orbitelor Cuantificarea razelor orbitelor electronilor electronilor

Fe

+er

e-Condiţia de echilibru a orbitei:

20

220

4 r

e

r

vm

sau 0

202

4em

rrp

20

202

em

hnrn

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:

r

eE

0

2

8

Condiţia de cuantificare a razelor orbitelor Bohr:2

0

202

em

hnr

20

2

40

2 8

1

hem

nEn

Energia primei orbite:

E1 = - 13,6 eV

21

n

EEn


Diagrama nivelelor energeticeDiagrama nivelelor energetice

E1=-13,6eV n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n →∞

E2=-3,4eV

E3=-1,51eV

E4=-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


Liniile spectrului de emisie al Liniile spectrului de emisie al hidrogenuluihidrogenului►atomul de hidrogen aflat în stare excitată revine pe nivelul fundamental

sau pe nivele intermediare

►fiecare tranziţie, între nivele k şi n, are loc cu emisia unui foton

22220

40 11

8 knh

emEE

hch nk

knkn

17

320

40 10097,1

8 m

ch

emR

Constanta lui Rydberg:

22

111

knR

kn

Lungimea de undă a liniilor spectrale emise


Seriile spectrale ale hidrogenuluiSeriile spectrale ale hidrogenului►pentru n = 1, se obţine seria Lyman, cu liniile în ultraviolet, descoperită în anul 1906,

221

1

1

11

kR

kk = 2,3,4,…,∞

►pentru n = 2, se obţine seria Balmer, cu liniile în vizibil, descoperită în anul 1885,

222

1

2

11

kR

k

Hα (roşu), pentru k = 3

Hβ (verde-albastru), pentru k = 4

Hγ (violet), pentru k = 5

Hδ (indigo), pentru k = 6

k = 3,4,5,…,∞

n=2

n=3

n=4n=5n=6


►pentru n = 3, se obţine seria Paschen, cu liniile în infraroşu apropiat, descoperită în anul 1908,

223

1

3

11

kR

kk = 4,5,6,…,∞

►pentru n = 4, se obţine seria Brackett, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1922,

224

1

4

11

kR

kk = 5,6,7,…,∞

►pentru n = 5, se obţine seria Pfund, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1924,

225

1

5

11

kR

kk = 6,7,8,…,∞

►pentru n = 6, se obţine seria Humphry, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1925,

226

1

6

11

kR

kk = 7,8,9…,∞



Evoluţia modelelor atomiceEvoluţia modelelor atomice

Modelul lui Dalton 1803

Modelul lui Thomson 1904 Modelul planetar

1911

Modelul cuantificat 1913

Modelul nori de electroni 1926


http://en.bestpicturesof.com/pictures%20of%20niels%20bohr%20atomic%20model

http://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=related

Rodica 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

Documents

MODELE ATOMICE