MODELE ATOMICEMODELE ATOMICE

DOBRE ANDREIA DOBRE ANDREIA

12I312I3

Modelul ThompsonModelul Thompson

Modelul ThomsonModelul Thomson este un model clasic care presupune că atomul este un model clasic care presupune că atomul e alcătuit din e alcătuit din electronielectroni dispuşi în interiorul unei sfere cu raza de dispuşi în interiorul unei sfere cu raza de ordinul 10-10m, încărcate uniform cu o sarcină pozitivă. Modelul ordinul 10-10m, încărcate uniform cu o sarcină pozitivă. Modelul este denumit şi "este denumit şi "cozonacul cu stafidecozonacul cu stafide" datorită asemănarii dintre " datorită asemănarii dintre dispunerea particulelor negative în norul de sarcină pozitivă şi a dispunerea particulelor negative în norul de sarcină pozitivă şi a stafidelor în aluat. A fost propus de către stafidelor în aluat. A fost propus de către J.J. ThomsonJ.J. Thomson în anul în anul 19061906, înainte de descoperirea nucleului atomic. El presupunea că , înainte de descoperirea nucleului atomic. El presupunea că electronii oscilează în jurul unei poziţii de echilibru atunci când li se electronii oscilează în jurul unei poziţii de echilibru atunci când li se comunică energie, atomul emiţând comunică energie, atomul emiţând radiaţiiradiaţii de diverse de diverse frecvenţefrecvenţe..

Modelul "cozonacului cu stafide", elaborat de Modelul "cozonacului cu stafide", elaborat de J.J. ThomsonJ.J. Thomson

Deficiente ale modeluluiDeficiente ale modelului

Una dintre deficienţele modelului consta în faptul că frecvenţa Una dintre deficienţele modelului consta în faptul că frecvenţa radiaţiei emise putea avea orice valoare, lucru infirmat de seriile radiaţiei emise putea avea orice valoare, lucru infirmat de seriile spectrale descoperite experimental.spectrale descoperite experimental.În 1909, experimentele lui Geiger şi În 1909, experimentele lui Geiger şi MarsdenMarsden pun în evidenţă pun în evidenţă împrăştierea particulelor la trecerea printr-o foiţă metalică, împrăştierea particulelor la trecerea printr-o foiţă metalică, fenomen ce nu putea fi explicat pe baza modelului Thomson. Ernest fenomen ce nu putea fi explicat pe baza modelului Thomson. Ernest Rutherford a intuit că sarcina pozitivă este concentrată într-un volum Rutherford a intuit că sarcina pozitivă este concentrată într-un volum mic în interiorul atomului. mic în interiorul atomului.

MODELUL PLANETARMODELUL PLANETAR

Modelul planetar al atomului presupune ca atomul este format din Modelul planetar al atomului presupune ca atomul este format din nucleu,iar electronii graviteaza in jurul acestuia pe orbite circularenucleu,iar electronii graviteaza in jurul acestuia pe orbite circulare

Inconvenientele modelului planetar :o particula in miscare Inconvenientele modelului planetar :o particula in miscare accelerata pe o traiectorie circulara emite continuu radiatii.Emitand accelerata pe o traiectorie circulara emite continuu radiatii.Emitand radiatie ar insemna ca raza traiectoriei s-ar micsora continuu pana radiatie ar insemna ca raza traiectoriei s-ar micsora continuu pana cand particula ar cadea pe nucleu deoarece acest lucru nu se cand particula ar cadea pe nucleu deoarece acest lucru nu se intampla.intampla.

Modelul atomic RutherfordModelul atomic Rutherford, elaborat de , elaborat de Ernest RutherfordErnest Rutherford în în 19111911, este primul , este primul model planetarmodel planetar al atomului. Conform acestui model, al atomului. Conform acestui model, atomulatomul este format din este format din nucleunucleu, în care este concentrată sarcina , în care este concentrată sarcina pozitivă, şi pozitivă, şi electronielectroni care se rotesc în jurul nucleului pe orbite care se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare, asemeni circulare, asemeni planetelorplanetelor în în SistemulSistemul Solar Solar

Modelul a fost dezvoltat în urma experimentelor realizate de către Modelul a fost dezvoltat în urma experimentelor realizate de către Hans GeigerHans Geiger şi şi Ernest Ernest MarsdenMarsden în anul în anul 19091909. Ei au studiat, sub . Ei au studiat, sub îndrumarea lui îndrumarea lui Ernest RutherfordErnest Rutherford, , împrăştiereaîmprăştierea particulelorparticulelor α α la trecerea la trecerea printr-o foiţă subţire din printr-o foiţă subţire din auraur. Conform modelului atomic elaborat de . Conform modelului atomic elaborat de ThomsonThomson, particulele trebuiau să fie deviate cu câteva grade la trecerea , particulele trebuiau să fie deviate cu câteva grade la trecerea prin metal din cauza forţelor electrostatice. S-a constatat, însă, că unele prin metal din cauza forţelor electrostatice. S-a constatat, însă, că unele dintre ele erau deviate cu dintre ele erau deviate cu unghiuriunghiuri mai mari decât 90° sau chiar cu 180°. mai mari decât 90° sau chiar cu 180°. Aceast fapt a fost explicat prin existenţa unei neuniformităţi a distribuţiei Aceast fapt a fost explicat prin existenţa unei neuniformităţi a distribuţiei de de sarcinăsarcină electricăelectrică în interiorul atomului. Pe baza observaţiilor efectuate, în interiorul atomului. Pe baza observaţiilor efectuate, Rutherford a propus un nou model în care sarcina pozitivă era Rutherford a propus un nou model în care sarcina pozitivă era concentrată în centrul atomului, iar electronii orbitau în jurul acesteia.concentrată în centrul atomului, iar electronii orbitau în jurul acesteia.Noul model introducea noţiunea de Noul model introducea noţiunea de nucleunucleu, fără a-l numi astfel. Rutherford , fără a-l numi astfel. Rutherford se referea, în lucrarea sa din se referea, în lucrarea sa din 19111911, la o concentrare a sarcinii electrice , la o concentrare a sarcinii electrice pozitive:pozitive:"Se consideră trecerea unei particule de mare viteză printr-un atom având "Se consideră trecerea unei particule de mare viteză printr-un atom având o sarcină pozitivă centralăo sarcină pozitivă centrală N e N e, compensată de sarcina a, compensată de sarcina a N N electroni."electroni."

Modelul Rutherford al unui atom de litiu .Modelul Rutherford al unui atom de litiu .

Punctele negre sunt electronii,cele rosii –protonii,iar cele albastre Punctele negre sunt electronii,cele rosii –protonii,iar cele albastre

neutroniineutronii..

Deficiente ale modeluluiDeficiente ale modelului

Principalul neajuns al modelului consta în faptul că acesta nu Principalul neajuns al modelului consta în faptul că acesta nu explica stabilitatea atomului. Fiind elaborat în concordanţă cu explica stabilitatea atomului. Fiind elaborat în concordanţă cu teoriileteoriile clasiceclasice, presupunea că electronii aflaţi în mişcare circulară, , presupunea că electronii aflaţi în mişcare circulară, deci accelerată, emit constant deci accelerată, emit constant radiaţieradiaţie electromagneticăelectromagnetică pierzând pierzând energieenergie. Prin urmare, în timp, electronii nu ar mai avea suficientă . Prin urmare, în timp, electronii nu ar mai avea suficientă energie pentru a se menţine pe orbită şi ar "cădea" pe nucleu.energie pentru a se menţine pe orbită şi ar "cădea" pe nucleu.De asemenea, De asemenea, frecvenţafrecvenţa radiaţiei emise ar fi trebuit să ia orice radiaţiei emise ar fi trebuit să ia orice valoare, în funcţie de frecvenţa electronilor din atom, fapt infirmat de valoare, în funcţie de frecvenţa electronilor din atom, fapt infirmat de studiile experimentale asupra studiile experimentale asupra seriilorseriilor spectralespectrale..

ImportantaImportanta

Modelul lui Rutherford a introdus ideea unei Modelul lui Rutherford a introdus ideea unei structuristructuri a a atomuluiatomului şi a şi a existenţei unor particule componente, precum şi posibilitatea existenţei unor particule componente, precum şi posibilitatea separării acestora. Reprezentând punctul de plecare al separării acestora. Reprezentând punctul de plecare al modeluluimodelului Bohr Bohr, a dus la separarea a două domenii, , a dus la separarea a două domenii, fizicafizica nuclearănucleară, ce , ce studiază nucleul, şi studiază nucleul, şi fizicafizica atomuluiatomului, ce studiază , ce studiază structurastructura electronicăelectronică a atomului.a atomului.În ciuda deficienţelor, caracterul descriptiv al modelului a permis În ciuda deficienţelor, caracterul descriptiv al modelului a permis utilizarea ca utilizarea ca simbolsimbol al atomului şi energiei atomice. al atomului şi energiei atomice.

Sigla a comisiei pentru energie atomicaSigla a comisiei pentru energie atomica

Modelul atomic BohrModelul atomic Bohr

Bohr realizeaza cuantificarea modelului atomicBohr realizeaza cuantificarea modelului atomic

Electronii se deplaseaza pe orbite circulare in jurul nucleului Electronii se deplaseaza pe orbite circulare in jurul nucleului asemanator planetelor in jurul soarelui ,numai ca orbitele pe care asemanator planetelor in jurul soarelui ,numai ca orbitele pe care graviteaza electronii au valori energetice bine determinategraviteaza electronii au valori energetice bine determinate

Cuantificarea reprezinta acel procedeu prin care se impune unei Cuantificarea reprezinta acel procedeu prin care se impune unei marimi sa ia valori discrete(energia)marimi sa ia valori discrete(energia)

Energia emisa sau absorbita de un atom la trecerea unui atom de Energia emisa sau absorbita de un atom la trecerea unui atom de pe un nivel pe altul este egala cu o anumita cantitate(cuanta)de pe un nivel pe altul este egala cu o anumita cantitate(cuanta)de energieenergie

Modelul atomic BohrModelul atomic Bohr este primul model de natură este primul model de natură cuanticăcuantică al al atomului şi a fost introdus în anul atomului şi a fost introdus în anul 19131913 de către fizicianul danez de către fizicianul danez NielsNiels Bohr Bohr. Acest model preia modelul planetar al lui . Acest model preia modelul planetar al lui Ernest RutherfordErnest Rutherford şi îi aplică şi îi aplică teoriateoria cuantelorcuantelor. Deşi ipotezele . Deşi ipotezele introduse de către Bohr sunt de natură cuantică, calculele efective introduse de către Bohr sunt de natură cuantică, calculele efective ale mărimilor specifice atomului sunt pur clasice, modelul fiind, de ale mărimilor specifice atomului sunt pur clasice, modelul fiind, de fapt, semi-cuantic. Modelul lui Bohr este aplicabil ionilor hidrogenoizi fapt, semi-cuantic. Modelul lui Bohr este aplicabil ionilor hidrogenoizi (He+, Li+2, Be+3, etc, adică ionii care au un singur electron în (He+, Li+2, Be+3, etc, adică ionii care au un singur electron în câmpul de câmpul de sarcinăsarcină efectivăefectivă a nucleului). a nucleului).

Modelul atomic BohrModelul atomic Bohr pentru atomul de pentru atomul de hidrogenhidrogen (Z = 1) şi (Z = 1) şi ioniiionii hidrogenoizi (Z > 1), cu un singur hidrogenoizi (Z > 1), cu un singur electronelectron în câmpul de sarcină în câmpul de sarcină nucleară efectivă. Orbitele permise (staţionare) sunt redate prin nucleară efectivă. Orbitele permise (staţionare) sunt redate prin cercuri de culoare gri. Este reprezentat saltul (tranziţia) electronului cercuri de culoare gri. Este reprezentat saltul (tranziţia) electronului de pe o orbită staţionară superioară pe o orbită inferioară, cu emisia de pe o orbită staţionară superioară pe o orbită inferioară, cu emisia unei cuante de energie unei cuante de energie

Postulatele lui BohrPostulatele lui Bohr

Modelul atomic al lui Bohr se bazează pe două postulate Modelul atomic al lui Bohr se bazează pe două postulate Primul postulat al lui BohrPrimul postulat al lui BohrEste legat de orbitele atomice şi presupune că electronul se roteşte Este legat de orbitele atomice şi presupune că electronul se roteşte în jurul nucleului numai pe anumite orbite circulare permise, fără a în jurul nucleului numai pe anumite orbite circulare permise, fără a emite sau a absorbi emite sau a absorbi energieenergie radiantăradiantă. Aceste stări se numesc . Aceste stări se numesc staţionare şi au un timp de viaţă infinit şi staţionare şi au un timp de viaţă infinit şi energieenergie constantă, atomul constantă, atomul trecând pe alte nivele energetice doar dacă este perturbat din trecând pe alte nivele energetice doar dacă este perturbat din exterior. Electronul se menţine pe o orbită staţionară datorită exterior. Electronul se menţine pe o orbită staţionară datorită compensării compensării forţeiforţei centrifuge centrifuge cu cu forţaforţa de de atracţieatracţie coulombianăcoulombiană..Primul postulat a fost introdus pentru explicarea stabilităţii atomului. Primul postulat a fost introdus pentru explicarea stabilităţii atomului. El este în contradicţie cu El este în contradicţie cu fizicafizica clasicăclasică. Conform teoriilor acesteia, o . Conform teoriilor acesteia, o sarcină electrică în mişcare accelerată emite sarcină electrică în mişcare accelerată emite radiaţieradiaţie electromagneticăelectromagnetică. Aceasta ar duce la scăderea energiei sistemului, . Aceasta ar duce la scăderea energiei sistemului, iar traiectoria circulară a electronului ar avea raza din ce în ce mai iar traiectoria circulară a electronului ar avea raza din ce în ce mai mică, până când acesta ar "cădea" pe nucleu. Experimental se mică, până când acesta ar "cădea" pe nucleu. Experimental se constată, însă, că atomul este stabil şi are anumite stări în care constată, însă, că atomul este stabil şi are anumite stări în care energia sa se menţine constantăenergia sa se menţine constantă

Al doilea postulat al lui BohrAl doilea postulat al lui BohrAfirmă faptul că un atom emite sau absoarbe radiaţie electromagnetică Afirmă faptul că un atom emite sau absoarbe radiaţie electromagnetică doar la trecerea dintr-o stare staţionară în alta. Energia pe care o doar la trecerea dintr-o stare staţionară în alta. Energia pe care o primeşte sau o cedează este egală cu diferenţa dintre energiile celor primeşte sau o cedează este egală cu diferenţa dintre energiile celor două nivele între care are loc tranziţia. Radiaţia emisă sau absorbită are două nivele între care are loc tranziţia. Radiaţia emisă sau absorbită are frecvenţa dată de relaţia obţinută în cadrul teoriei lui frecvenţa dată de relaţia obţinută în cadrul teoriei lui Max PlanckMax Planck

Emn=Em-EnEmn=Em-EnundeundeEmEm,,EnEn energiile stărilor staţionare între care are loc tranziţia. energiile stărilor staţionare între care are loc tranziţia. Atomul trece dintr-o stare staţionară în alta cu energie superioară doar Atomul trece dintr-o stare staţionară în alta cu energie superioară doar dacă i se transmite o cuantă de energie corespunzătoare diferenţei dacă i se transmite o cuantă de energie corespunzătoare diferenţei dintre cele două nivele. La revenirea pe nivelul inferior se emite o dintre cele două nivele. La revenirea pe nivelul inferior se emite o radiaţie de aceeaşi frecvenţă ca şi la absorbţie. Acest fapt exprimă radiaţie de aceeaşi frecvenţă ca şi la absorbţie. Acest fapt exprimă natura discontinuă a materiei şi energiei la nivel microscopic. De natura discontinuă a materiei şi energiei la nivel microscopic. De asemenea, frecvenţele radiaţiilor atomice depind de natura şi structura asemenea, frecvenţele radiaţiilor atomice depind de natura şi structura atomului şi au valori discrete, spectrele lor fiind spectre de linii.atomului şi au valori discrete, spectrele lor fiind spectre de linii.

Conditia de cuantificareConditia de cuantificare

Cuantificarea momentului cineticCuantificarea momentului cinetic

Condiţia de cuantificare se exprimă, de obicei, în legătură cu Condiţia de cuantificare se exprimă, de obicei, în legătură cu momentul cinetic momentul cinetic LL al electronului aflat în mişcare circulară pe o al electronului aflat în mişcare circulară pe o orbită în interiorul atomuluiorbită în interiorul atomului

L=nL=nħ,ħ,

UndeUnde

nn = 1,2,3,... este un număr întreg, numit = 1,2,3,... este un număr întreg, numit numărnumăr cuanticcuantic principal principal

ħ=constanta redusa a lui Planckħ=constanta redusa a lui Planck

Deficiente ale modeluluiDeficiente ale modelului

Acest model nu poate explica Acest model nu poate explica spectrelespectrele de de emisieemisie şi şi energiaenergia de de ionizareionizare decât pentru atomul de hidrogen şi ionii hidrogenoizi. Nu a decât pentru atomul de hidrogen şi ionii hidrogenoizi. Nu a putut fundamenta stiintific spectrele unor atomi grei. Nu a putut putut fundamenta stiintific spectrele unor atomi grei. Nu a putut explica formarea legaturilor duble. Nu a putut fundamenta scindarea explica formarea legaturilor duble. Nu a putut fundamenta scindarea liniilor spectrale intr-un camp perturbator.liniilor spectrale intr-un camp perturbator.Aceste deficiente au fost rezolvate prin aparitia modelului atomic Aceste deficiente au fost rezolvate prin aparitia modelului atomic Bohr-Sommerfeld - modelul precuanticBohr-Sommerfeld - modelul precuantic