1

ÎNVELIŞUL ELECTRONIC AL ATOMILOR. Modelele atomice

MODELUL ATOMIC THOMPSON – 1904

MODELUL ATOMIC RUTHERFORD – 1911

MODELUL ATOMIC BOHR – SOMMERFELD – 1915

MODELUL ATOMIC SCHRÖDINGER - 1936

CHIMIE: CURS 3

2

MODELUL ATOMIC THOMPSON (1904)

Descoperirea razelor catodice (electronii) si stabilirea cã electronii sunt încarcati cu sarcinã electricã negativã, l-au determinat pe J.J. Thompson sã propunã, în anul 1904, primul model al atomului. Problema: mentinerea în acelasi atom a electronilor implicã neutralizarea lor, respectiv existenta unei sarcini pozitive. Solutie: a considerat atomul ca fiind o structurã sfericã cu o sarcinã electricã pozitivã distribuitã uniform, prin care se miscã electronii.Model denumit Cozonacul cu stafide, aluatul fiind asociat cu sfera încãrcatã cu sarcinã electricã pozitivã distribuitã uniform, iar stafidele reprezentâ electronii încãrcati cu sarcinã electricã negativã.Modelul atomic propus a avut o viatã foarte scurtã, fiind infirmat de descoperirile ulterioare.

Sir Joseph John Thomson

3

1911- Rutherford propune pentru atom un model planetar: un nucleu încărcat pozitiv (masă mare), înconjurat de un nor de electroni negativ (masă foarte mică);- raza nucleului 10-4Å (10-14 m);- raza norului de electroni 1Å (10-10m). - Concepţia lui Rutherford nu reuşeşte să explice comportarea gazelor aflate la presiune joasă, faţă de descărcările electrice.- nu a reuşit să explice spectrul atomului de hidrogen în domeniul vizibil.

MODELUL ATOMIC RUTHERFORD (1911)

Ernest Rutherford

4

MODELUL ATOMIC BOHR – SOMMERFELD (1915)- 1913 - N. Bohr a elaborat teoria structurii atomului de hidrogen, pornind

de la modelul atomului lui Rutherford, teoria cuantică a lui M.Planck (E = h · υ) şi extinsă de A. Einstein (E= h · υ = Ei + ½ m · v2)

-Bohr a propus un model al atomului în care electronii se rotesc in jurul nucleului pe traiectorii bine definite, numite orbite.

În acest model, atomul este format din:- electroni (sarcină negativă);-nucleu format din protoni (sarcina pozitivă) şi neutroni (sarcina zero).

Niels Bohr

Arnold Sommerfeld

1. Electronul se roteste in jurul nucleului (fara a emite sau absorbi energie radianta), doar pe anumite orbite circulare, permise, stationare;

2. In miscarea sa pe orbita permisa, electronul nu emite si nu absoarbe energie radianta intr-un spectru continuu de frecventa, ci numai discontinuu, corespunzator unor tranzitii electronice care determina liniile spectrale.

Postulatele lui BOHR

5

E. Schrödinger a explicat fenomenele legate de structura atomului prin principiile mecanicii cuantice, înlocuind noţiunea de orbită cu orbital, zonă în care electronul se roteşte cu maximă probabilitate în jurul nucleului.

Amplitudinea undei (ψ) este introdusă în ecuaţia de undă a lui Schrödinger:

Δ2ψ + 8π m/h2 (ETot – Epot) ψ = 0 m - masa particulei,Etot - energia totală a particulei,Epot - energia potenţială particulei.

MODELUL ATOMIC SCHRÖDINGER (1936)

Erwin Schrödinger

Orbitalii atomului sunt caracterizaţi de :- număr cuantic principal, n, cu valori n = 1, 2, 3, ...., n- numărul cuantic azimutal, l, cu valori l = 0, 1, 2, 3, 4, 5,........, n-1, orbitalii se numesc s p d f g h- numărul cuantic magnetic, m, cu valori m= 0, ±1, ± 2, ± 3

6

ORBITALI ATOMICI. NUMERE CUANTICE.

STRATURI ELECTRONICE.SUBSTRATURI ELECTRONICE.

7

Straturile electronice se notează începând de la nucleul atomului spre exterior, cu iniţialele: K, L, M, N, O, P, Q.

Nivelul energetic al structurilor electronice – determinat de numărul cuantic principal, n.Numărul cuantic n poate avea valorile n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 şi se numesc stratul K, L, M, N, O, P, Q.Electronii cu acelaşi număr cuantic principal se găsesc la aceeaşi distanţă de nucleu formând un strat electronic.Electronii cu numărul cuantic principal n = 1 constituie stratul K, cei cu n = 2 stratul L, cei cu n = 3 stratul M etc. Stratul electronic K se află cel mai aprope de nucleul atomic şi are nivelul energetic cel mai mic. Cu cât valorile lui n sunt mai mari, stratul de electroni se află la o distanţă mai mare de nucleu, legătura dintre electronii existenţi în acel strat şi nucleul atomului este mai slabă.Numărul straturilor electronice ai unui element chimic este egal cu numărul perioadei din sistemul periodic din care face parte acel element.Ex: atomii elementelor cu 4 straturi electronice se află în perioada 4 a sistemului periodic.

8

Energia straturilor electronice creşte de la K la Q.

Numărul maxim de electroni dintr-un strat este egal cu 2n2.n = 1, 2 * 12 = 2 electroni în stratul K;n = 2, 2 * 22 = 8 electroni în stratul L;n = 3, 2 * 32 = 18 electroni în stratul M;n = 4, 2 * 42 = 32 electroni în stratul N.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..

9

Structura straturilor electronice

Straturile electronice ale atomilor sunt alcătuite din substraturi, iar substraturile alcătuite din orbitali.

Substraturile electronice se notează în ordine crescătoare a energiei lor, cu literele: s, p, d, f.

Stratul K poate fi asimilat cu substratul 1s.Stratul L poate fi asimilat cu substraturile 2s şi 2p.Stratul M poate fi asimilat cu substraturile 3s, 3p şi 3d.Stratul N poate fi asimilat cu substraturile 4s, 4p, 4d şi 4f.

Substraturile sunt alcătuite din orbitali.

Orbitalul = traiectoria circulara sau eliptică de mişcare a electronului sau orbitalul = domeniul de prezenţă a electronului sau a “norului electronic” extins din jurul nucleului atomic.

10

• Substratul s are 1 orbital

• Substratul p are 3 orbitali

• Substratul d are 5 orbitali

• Substratul f are 7 orbitali

În cadrul unui substrat, orbitalii sunt orientaţi în spaţiu după anumite geometrii în funcţie de tipul substratului (s, p, d, f).

Orbitalii pot fi monoelectronici sau bielectronici functie de ocuparea cu unul sau doi electroni.

11

Orbitalii s - notat 1s,- simetrie sferică,- orbitalul ocupat de electronul atomului de hidrogen.

Orbitalii p -forma nu este simetrică, ci bilobară.

12

Orbitalii d - fiecare strat principal are cinci orbitali cu forme mai complexe, tetralobare;

13

Orbitalii f - fiecare strat principal are sapte orbitali cu forme complexe, octalobare;

14

SISTEMUL PERIODIC.

LEGEA PERIODICITĂŢII ELEMENTELOR.

15

Jöns Jacob Berzelius şi Antoine Lavoisier - la sfârşitul secolului al XIX-lea, prima clasificare a elementelor în metale şi nemetale. Johann Wolfgang Dobereiner - clasificarea elementelor în triade, pe baza proprietăţilor fizico-chimice asemănătoare; triadele conţineau metale alcaline: Li, Na, K sau halogeni, Cl, Br, I.John Alexander Reina Newlands – 1864 a enunţat regula octavelor: dacă se ordonează elementele în ordinea crescătoare a maselor atomice, la fiecare al optulea element proprietăţile sunt asemănătoare.În acelaşi an Louis Meyer a prezentat pentru prima dată un tabel periodic incomplet.

Dimitri Mendeleev a formulat una dintre cele mai importante legi din istoria chimiei: legea periodicităţii.Enunţ: proprietăţile fizice şi chimice ale elementelor, care se manifestă în proprietăţile substanţelor simple şi compuse pe care le alcătuiesc, sunt într-o dependenţă periodică de masele lor atomice.

Mendeleev a aranjat cele 63 de element cunoscute pe vremea lui într-un tabel numit Tabelul Periodic.

Tabelul Periodic pe care îl folosim conţine informaţii utile oricui vrea să studieze şi să înţeleagă lumea materială în care trăieşte.

16

John Dalton

(6 septembrie 1766 — 27 iulie 1844)

17

Dmitri Ivanovici Mendeleev

18

19

20

21

22

23

Sistemul periodic al lui Mendeleev (1869) = clasificarea elementelor în care se reflectă toate proprietăţile chimice şi o mare parte a proprietăţilor fizice ale elementelor chimice şi compuşilor acestora.

Sistemul periodic este o “aranjare” a elementelor chimice în ordinea crescătoare a maselor atomice (A), fiecărui element atribuindu-se un număr de ordine care corespunde numărului Z al elementului respectiv.

Sistemul periodic cuprinde 18 grupe, din care 8 grupe principale şi 10 grupe secundare şi 7 perioade.

Coloanele verticale, grupele, conţin elemente cu proprietăţi chimice asemănătoare, care au aceeaşi configuraţie electronica pe ultimul strat (strat de valenţă).

Grupele sunt notate cu cifre arabe de la 1 la 18 (IUPAC, 1986). Notaţia anterioară utiliza cifre romane I – VIII şi litera A (grupe principale ) sau B (grupe secundare). Grupa a VIII- a B (grupele 8, 9, 10) conţine triada fierului ( Fe, Co, Ni) şi metalele platinice (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Grupele secundare sunt formate din metale tranziţionale.

24

Şirurile orizontale ale sistemului periodic (cuprind elemente dintre două gaze rare successive) = perioade.

Sistemul periodic cuprinde 7 perioade corespunzătoare celor 7 nivele energetice; perioadele notate 1 – 7.

Perioada 1: H si He,Perioada 2: (Li – Ne) şi perioada 3 (Na – Ar) conţine 8 elemente;Perioada 4 (K – Kr) şi perioada 5 (Rb – Xe) conţine 32 elemente;Perioada 6 conţine 32 elemente Cs – Rn (14 sunt lantanide cu electron distinctiv pe orbital (n -1)d;Perioada 7 incompletă, conţine actinide.

Landanidele (seria 4f) şi actinidele (seria 5f) se află în partea de jos a sistemului periodic sub forma a două şiruri formate din 14 elemente.

Numărul perioadei în care se află un element este egal cu numărul de nivele energetice (straturi) ocupate cu electroni sau cu valoarea numărului cuantic principal “n” pentru stratul exterior al atomului unui element.

25

Informatii din tabelul periodicInformatii din tabelul periodic

Masa atomicaMasa atomica

Denumirea elementuluiDenumirea elementului

Simbolul elementuluiNumar atomic

26

Metale Nemetale

Semimetale Starea de agregare la temperatura camerei

27

-Tabel Periodic: elementele aranjate în ordinea cresterii numarului atomic Z.

- Z indica pozitia unui element în tabelul periodic; numarul de ordine al elementului.

- Fiecare element difera de elementul precedent prin electronul distinctiv.

-Pozitia unui element în Tabelul Periodic este determinata de configuratia sa electronica.

-Numarul perioadei este egal cu numarul de straturi electronice.

-Numarul grupei este egal cu numarul de electroni de pe ultimul strat, pentru elementele din grupele principale.

- Elementele din grupele secundare au pe ultimul strat un numar de electroni egal cu numarul grupei (grupele 11 si 12) sau diferit de numarul grupei.

28

În functie de tipul de orbital în care se gaseste electronul distinctiv elementele se pot clasifica în grupe sau blocuri:

- toate elementele care au electronul distinctiv în orbital de tip s formeaza blocul elementelor de tip s (format din elemente situate în grupele principale 1 (IA) si 2 (IIA);

- toate elementele care au electronul distinctiv în orbital de tip p formeaza blocul elementelor de tip p; format din elemente situate în grupele principale 13(IIIA), 14(IVA), 15(VA), 16(VIA) si 17(VIIA);

- toate elementele care au electronul distinctiv într-un orbital de tip d, al penultimului strat alcatuiesc blocul elementelor de tip d; se numesc elemente tranzitionale;

- elementele la care electronul distinctiv ocupa un orbital de tip f al antepenultimului strat alcatuiesc blocul lantanidelor (daca electronul este în stratul 4 f) sau al actinidelor (daca electronul distinctiv este într-un orbital de tip 5 f).

29

Blocuri de elemente