Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara MODELE ATOMICE Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Modelul atomic a lui Dalton 1803 ►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 Interferenţă pe suprafaţa apei Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Modelul atomic a lui Thomson 1904 ►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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Experimentul lui Rutherford Dispozitivul 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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara ►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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara http://www.youtube.com/watch?v=5pZj0u_XMbc http://www.scientia.ro/fizica/63-atomul/274-modelul-atomic-al-lui-rutherford.html http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Modelul atomic Rutherford (planetar) 1911 ►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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Modelul planetar al atomului de hidrogen ►atomul de hidrogen este format dintr-un nucleu cu masă mare şi cu sarcină pozitivă +e şi un electron cu sarcina negativă –e. ►nucleul exercită asupra electronului o forţă electrostatică de atracţie: +e r e- Fe ►energia potenţială a sistemului electron-nucleu este: +e ►energia cinetică a sistemului este: Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Energia 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: ►orbita circulară este stabilă dacă se îndeplineşte condiţia de echilibru: forţa centripetă este forţa electrostatică Energia totală: http://www.youtube.com/watch?v=dsq9OiM76OY&feature=related
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara ►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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Postulatele lui Bohr 1. 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 Foton absorbit Foton emis k n Energia emisă sau absorbită sub forma unei cuante este egală cu diferenţa dintre energia finală şi iniţială a sistemului: Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Modelul cuantificat al atomului 1913 ►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) Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Condiţii de cuantificare Cuantificarea momentului cinetic +e r p = mv e- L Momentul cinetic: L = r x p ►mărimea: L = r p sin( r, p ) ►unda asociată electronului aflat în mişcare pe orbită este o undă staţionară n = 1,2,3,……număr cuantic principal Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 13
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Cuantificarea razelor orbitelor electronilor Fe +e r e- Condiţia de echilibru a orbitei: sau rn = n2 r1 Raza primei orbite Bohr: r1 = 0,53·10-10m Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 14
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Cuantificarea energiei stărilor staţionare Energia totală a electronului în modelul planeter: Condiţia de cuantificare a razelor orbitelor Bohr: Energia primei orbite: E1 = - 13,6 eV Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Diagrama nivelelor energetice E (eV) Spectru continuu E∞= 0 n →∞ E4=-0,85eV n = 4 E3=-1,51eV n = 3 E2=-3,4eV n = 2 E1=-13,6eV n = 1 n = 1, stare fundamentală, de energie E1 n = 2,3,4,…, stări excitate, de energii E2, E3, E4, … Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 16
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Absorbţia şi emisia de radiaţie electromagnetică n =3 E3 h32 n =2 E2 h21 h31 n =1 E1 h31 ►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 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 17
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 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
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Liniile spectrului de emisie al hidrogenului ►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 Constanta lui Rydberg: Lungimea de undă a liniilor spectrale emise Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 19
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Seriile spectrale ale hidrogenului ►pentru n = 1, se obţine seria Lyman, cu liniile în ultraviolet, descoperită în anul 1906, k = 2,3,4,…,∞ ►pentru n = 2, se obţine seria Balmer, cu liniile în vizibil, descoperită în anul 1885, k = 3,4,5,…,∞ n=6 n=5 Hα (roşu), pentru k = 3 n=4 Hβ (verde-albastru), pentru k = 4 n=3 Hγ (violet), pentru k = 5 Hδ (indigo), pentru k = 6 n=2 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara 20
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara ►pentru n = 3, se obţine seria Paschen, cu liniile în infraroşu apropiat, descoperită în anul 1908, k = 4,5,6,…,∞ ►pentru n = 4, se obţine seria Brackett, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1922, k = 5,6,7,…,∞ ►pentru n = 5, se obţine seria Pfund, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1924, k = 6,7,8,…,∞ ►pentru n = 6, se obţine seria Humphry, cu liniile în infraroşu îndepărtat, descoperită în anul 1925, k = 7,8,9…,∞ Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Evoluţia modelelor atomice Modelul lui Dalton 1803 Modelul lui Thomson 1904 Modelul planetar 1911 Modelul nori de electroni 1926 Modelul cuantificat 1913 Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara
Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara Bibliografie http://en.bestpicturesof.com/pictures%20of%20niels%20bohr%20atomic%20model http://regentsprep.org/Regents/physics/phys05/catomodel/bohr.htm 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 ART D. Ciobotaru, T. Angelescu s.a – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura Didactică şi pedagogică Gabriela Cone – Manual de fizică , clasa a XII-a, Editura E+ Dicţionar de fizică w.w.w.google ro/ images Prof. Elena Răducanu, Colegiul Naţional Bănăţean,Timişoara