L-1. Structura Materiei

8/13/2019 L-1. Structura Materiei

1/21

STRUCTURA MATERIEI. ATOMUL LUI BOHR

Toate elementele chimice, identificate pn nprezent,n dependen de structura electronic aatomilor i proprietile lor chimice,sunt repartizate

n tabelul lui Mendeleev .Atomul fiecrui element este perfect definit.Acesta este format dintr-un nucleu cu sarcin

electric pozitiv, n jurul cruia graviteazelectronii cu sarcin electric negativ.

Nucleul este compus din nucleoni: protonii

neutroni.


2/21

Un oarecare atom Xeste caracterizat de dou numere:

- A:reprezint numrul total de nucleoni ; el se numetede asemenea numr de mas, deoarece practic

reflect toat masa atomului.Z: corespunde numrului de protoni ce se conin nnucleu; numit numr atomic, deoarece este inumrul de ordine n clasificarea periodic.

Diferena N=A-Zcorespunde numrului de neutroni .

Prin convenie, a fost adoptat urmtoarea inscripie:A

zX unde: Xreprezint simbolul atomului.

De exemplu: 42He;12

8C ;235

92U


3/21

n fizica atomic se folosesc unele uniti demsur specifice, printre care:

- Unitatea de mas atomic (u.m.a.) Ea reprezint 1/12din masa atomului decarbon 12. Cunoscnd c masa unui mol decarbon este egal cu 12g, u.m.a. poate fiexprimat n grame:

g

NN

amu

AA

24

23 1066,1

10023,6

1112

12

1..1

NAnumrul lui Avogadro


4/21


5/21

Distribuia protonilor i neutronilor, n nuclee,permite de a defini grupri particulare deelemente numite:

- Izotopi Sunt elementele atomii crora au acelai numr

de ordine (Z)i aceleai proprieti chimice,

avnd diferit numr de mas (A), deosebindu-se prin numrul de neutroni n nucleu. Ei au diferite proprieti fizice, n particular, unii

dintre ei pot fi radioactivi, lor li se spune

radioizotopi. 11H; 21H; 31H;

Sub acest aspect,o caracteristic ampl atuturor elementelor chimice este redat n

tabelul periodic nuclear.


6/21


7/21

- Izobari

Sunt elementele ce reprezint o curiozitatematematic, atomii crora au acelai numr de

mas, iar numr atomic diferit, avnd proprietifizice i chimice diferite.De exemplu: i

- Izotoni Sunt elementele atomii crora n nucleu au

acelai numr de neutroni, iar proprietichimice i fizice net diferite.De exemplu: ; ;

N=A-Z=8.

C146 N147

C146 N157

O16

8


8/21

Prezint interes faptul c, din mulimeaelementelor chimice, rolul esenial n realizareastructurilor vii l au numai carbonul,

hidrogenul, oxigenul i azotul, care prinabundena lor, n biologie i medicin, senumesc macroelemente.O alt categorie de

elemente: sulful, fierul, calciul, magneziul,sodiul, potasiul, fosforuli altele n materiavie se gsesc n cantiti mici, dar ndeplinesc

roluri extrem de importante. Datoritconcentraiei mult mai reduse, ele au fostdenumite microelemente.


9/21

ATOMUL LUI BOHR

Conform ipotezei lui De Broglie, oricreiparticule cu masa mi viteza vi corespundeo lungime de und asociat, care sedetermin din relaia:

(1);

unde: h=6,6210-34Js este constanta luiPlanck.

Electronii se rotesc n jurul nucleului pe orbite

bine determinate.

vm

hd


10/21

Orbita este stabil dac conine un numr ntreg delungimi de und d .Pentru o orbit circular primim:

(2) nnumr ntreg pozitiv;

d- lungimea de und asociat. Substituind expresia pentru ddin (1) n (2) primim:

(3) de unde (4)

l= mvr este momentul cinetic orbital al electronului.Evident c (4) este relaia de cuantificare amomentului cinetic.

v

2

m

hnr

2v

hnrm

dnr 2


11/21

Razele orbitelor sunt de asemenea cuantificate

conform relaiei: (5)

Cuantificate sunt i energiile pe diferite nivele:

(6)

me

hnr

20

22

2220

41

8 nh

emWn


12/21

Cnd atomii absorb energie, electroniirealizeaz tranziii de la nucleu, iar cndemit energie sub form de fotoni (h),tranziiile electronilor au loc spre nucleu.Energia fotonilor emii se determin dinrelaia:

(7)

De exemplu, n cazul atomului de hidrogen larevenirea electronilor excitai seriile de radiaii(Fig.1) sunt:

pe nivelul n=1 - seria Lyman (domeniul ultraviolet); pe nivelul n=2 -seria Balmer (domeniul vizibil); pe nivelul n=3 -seria Paschen (domeniul

infrarou).

ninf WWh


13/21

Fig.1


14/21

NUMERE CUANTICE

Modelul lui Bohreste un model simplu de atom

cuantificat, considerat un sistem format din

nucleu i un electron, care se mic n jurulnucleului pe o orbitcircular.

n cazul atomilor cu mai muli electroni, modelul

lui Bohr nu mai poate explica spectrele maicomplexe de emisie i absorbie ale acestora.

n atomul cu mai muli electroni, acetia

acioneaz nu numai cu nucleul ci i ntre ei.Din aceast cauz expresia simpl a energieinivelelor, dedus pentru atomul de hidrogen i

atomii hidrogenoizi (He

+

; Li

2+

; Be

3+

):


15/21

Pentru atomii cu mai muli electroni nu

mai este corect.

Pentru atomii cu mai muli electroni,electronul periferic este atras de

Zsarcini pozitive i cuantificarea

energiei nivelurilor se realizeazconform relaiei:

222

0

42 1

8 nh

emZWn

(8)


16/21

Numrul cuantic principal (n)

S-a constatat c spectrele atomilor cu mai mulielectroni se pot explica dac n expresiaenergiei, dat de modelul lui Bohr, se introduc oserie de corecii, care in seama deinteraciunile dintre electroni. Deoarece acestecorecii nu modific esenial energia niveluluiBohr, numrul cuantic n,care cuantific

valoarea energiei , se numete numr cuanticprincipal, el ia valori ntregi i pozitive:n=1,2,3,..

N l ti d (l)


17/21

-Numrul cuantic secundar (l)

Sommerfelda considerat c orbitele circularesunt numai o parte din totalitatea orbitelor

electronice, care trebuie s conin i orbiteeliptice. Extinznd cuantificarea la acest fel demicare, s-a stabilit c fiecrei orbite circularecorespunztoare numrului cuantic principal nicorespunde o serie de orbite eliptice. Deci aaprut necesitatea de un al doilea numrcuantic lnumit secundar(sau orbital), care

caracterizeaz momentul cinetic al electronuluicorespunztor orbitelor eliptice.Pentru un acelai n;lpoate primi valorile 0, 1, 2,

3...n-1, adic unui nivel nde energie icorespund norbite eliptice.


18/21

-Numrul cuantic magnetic

Pentru a se explica fenomenele giromagnetice(raportul dintre momentul magnetic i celcinetic) ale electronilor, a fost necesar s sein cont i de faptul c orbitele lor nu se afl nacelai plan, ci au o repartizare spaial, ceeace a dus la introducerea unui al treilea numrcuantic(m), numit magnetic.

Pentru anumit valoare a lui l,numrul cuantic

magentic poate primi 2l+1valori, dup cumurmeaz:

-l, -(l-1)... 0, ... (l-1), l


19/21

-Numrul cuantic de spin (s)

Diferite particulariti ale spectrelor metaleloralcalineau condus (1925) la ipoteza celectronul are i o rotaie n jurul unei axeproprii, micare numit spin.

Momentul cinetic de spin ia numai valoridiscrete, dup o relaie analoag celei carecuantific momentul cinetic orbital:

unde seste numrul cuantic de spin,carepentru electron ia valorile 1/2

)1()(

ssS 2h

(9)

CONCLUZIE


20/21

- CONCLUZIE

Strile staionare ale electronului n atom suntcaracterizate prin 4 numere cuantice. Oricecombinaie a acestor numere indic o anumit

stare a electronului. Toi electronii care segsesc n stri cu acelai numr cuanticprincipal, sunt considerai ca fcnd parte dintr-un nivel electronic.

Pentru aceeai valoare a lui n, strilecaracterizate prin diferite valori ale numruluicuantic secundar l, formeaz subniveleelectronice.

Pentru a da o denumire prescurtat a nivelelor seutilizeaz urmtoarele simboluri: K(n=1); L(n=2);M(n=3) etc.; subnivelele caracterizate prinnumrul cuantic secundar l, se numesc: s(l=0);p(l=1); d(l=2); f(l=3) etc.

Principiul excluziunii a lui Pauli (1924) fi ntr


21/21

Principiul excluziunii a lui Pauli(1924) afirm cntr-un atom nu pot exista doi electroni care s aibtoate cele 4 numerecuantice identice. Conformacestui principiu numrul maxim de electroni pe

fiecare nivel este limitat. De exemplu: pe nivelul K(n=1), l=0, m=0, s=1/2, pot fi 2

electroni;

pe nivelul L(n=2), l=0, m=0, s=1/2, pot fi 2

l=1, m= -1, 0, 1, s=1/2,pot fi 6; pe nivelul M(n=3), l=0, m=0, s=1/2, pot fi 2 elec

l=1, m= -1, 0, 1, s=1/2, pot fi 6 ele

l=2, m=-2, -1, 0, 1, 2, s=1/2, pot fi 10;

i aa mai departe. Prin urmare pe nivelul K pot fi 2 electroni, pe

nivelul L8, pe nivelul M18, etc., adic penivelul npot fi maxim 2n2electroni

L-1. Structura Materiei

Documents

Transcript of L-1. Structura Materiei