M O D E L E     A T O M I C E

  1. MODELUL PLANETAR (RUTHERFORD)

Modelul lui Rutherford a fost elaborat prin analogie cu sistemul planetar.

Se consideră că în centrul atomului se află nucleul , în jurul căruia , pe anumite orbite se deplasează electronii ( asemănător rotirii planetelor în jurul soarelui).

Forţa de atracţie care se manifestă între nucleu şi electroni este compensată de forţa centrifugă.

Diametrul nucleului este foarte mic în comparaţie cu diametrul întregului atom.

 

 Experienţa lui Rutherford

Modelul a fost elaborat  pe baza unui experiment în care s-au bombardat atomii diferitelor metale cu particule α  (nuclee de heliu).

Traseul particulelor este vizualizat cu ajutorul unui detector .S-a constatat că majoritatea particulelor trec nedeviate. O mică parte sunt deviate de la direcţia iniţială  iar unele particule (foarte puţine) sunt  reflectate înapoi către sursă.

Concluzii:

– atomii au o structură lacunară (cu goluri);

– sunt deviate uşor de la direcţia iniţială particulele care trec prin imediata vecinătate a unui electron;

– sunt deviate total particulele care trec prin vecinătatea nucleului.

Modelul contravine legilor mecanicii clasice. Electronii, particule încărcate electric, vor da naştere, prin mişcarea lor, unei unde electromagnetice care va prelua o parte din energia electronului. Pierzând din energia cinetică, electronii se vor deplasa pe orbite din ce în ce mai mici iar în final ar trebui să cadă pe nucleu.

In realitate, atomul este foarte stabil atâta timp cât asupra sa nu acţionează  o perturbaţie.

 

 

                                         MODELUL  ATOMIC  BOHR

Niels Bohr combină modelul planetar al atomului cu teoria cuantelor elaborată de către Planck: emisia sau absorbţia de energie se face în mod discontinuu, prin cantităţi determinate de energie – cuante de energie.  E =  hν

Pentru explicarea stabilităţii atomului, Bohr a emis două postulate.

q     Primul postulat : Atomul este caracterizat prin anumite stări numite  stări staţionare – în care nu se produce emisia de energie, chiar dacă particulele încărcate din atom  se găsesc în mişcare, încât, după legile mecanicii clasice, ar trebui să emită radiaţii electromagnetice. Stările staţionare se caracterizează prin anumite valori energetice bine definite. Trecerea de la o stare energetică la alta se face discontinuu.

  Al doilea postulat : Orice emisie sau absorbţie de energie corespunde trecerii atomului dintr-o stare staţionară în alta, trecere numită  tranziţi .

Energie se emite sau se absoarbe sub formă de foton, a cărui energie  va fi:

    E = E m – E n   (E m şi E n  –  energia  stărilor staţionare între care se face tranziţia)

                                           hν  =  E m – E n

Starea în care un atom are cea mai mică energie posibilă se numeşte stare fundamentală (a se vedea schema – nivele energetice în atom). Pentru a trece pe o orbită superioară, electronul trebuie să primească energie din exterior.

Când revine la poziţie iniţială, electronul va emite energia absorbită.

Electronul se menţine în mişcarea sa circulară  pe orbita staţionară  datorită echilibrului dintre forţa centrifugă şi forţa de atracţie coulombiană (centripetă).

 

Al treilea postulat (postulatul adiţional): Sunt permise numai acele stări staţionare pentru care momentul cinetic al electronului  este un multiplu întreg al constantei lui Planck.

     Momentul cinetic (momentul cantităţii de mişcare) =  2 rm v

                                       2  π r m v  =  n h  

Toţi electronii care au acelaş număr cuantic principal  fac parte din acelaş strat electronic.

Straturile sunt notate: K, L, M, N, O, P, Q.

Modelul atomic Bohr explică formarea spectrelor de emisie şi de absorbţie (spectre atomice), spectrele moleculare şi spectrele de raze X.

S P E C T R E    A T O M I C E

     

Prin descompunerea radiaţiei provenite de la o sursă luminoasă (trecând radiaţia printr-o prismă), se obţine spectrul luminii albe, alcătuit dintr-o succesiune de culori de la roşu la violet (ROGVAIV).

Acest spectru este numit spectru de emisie.

Dacă radiaţia provine de la un corp incandescent, spectrul obţinut este continuu    ( trecerea de la o culoare la alta se face în mod continuu).

Dacă radiaţia provine de la un gaz activat termic sau electric, spectrul este discontinuu, format din puţine linii colorate luminoase pe un fond întunecat.

Dacă se trece un flux luminos, provenit de la o sursă cu spectru de emisie continuu , printr-o substanţă transparentă (gaz, lichid sau solid) şi se analizează spectrul obţinut, se constată că din spectrul continuu al fluxului luminos lipsesc o parte din radiaţii. In locul radiaţiilor respectrive (la lungimea de undă corespunzătoare) apar în spectru linii sau benzi întunecate pe fondul luminos al spectrului. Spectrele obţinute sunt spectre de absorbţie.

Pentru aceeaşi substanţă, liniile întunecate din spectrul de absorbţie coincid cu liniile luminoase din spectrul de emisie.

Spectrele de absorbţie se obţin la trecerea electronului de pe o orbită inferioară pe o orbită superioară;In acest caz se absoarbe o radiaţie a cărei energie este :

E = E2 – E1    ( E = h.ν ).

La revenirea electronilor pe orbite cu energii mai mici se emite o radiaţie cu aceeaşi energie ( cu aceeaşi frecvenţă). Se obţin astfel spectrele de emisie.

 

 

 

 

 

MODELUL ATOMIC  SOMMERFELD

 

Consideră că electronii se deplasează în jurul nucleului nu numai pe orbite circulare ci şi pe orbite eliptice, nucleul fiind situat în unul dintre focare.

Poziţia electronului faţă de nucleu va depinde în fiecare moment de raza vectoare – r – şi de unghiul azimutal φ.

Electronul va fi caracterizat de două numere cuantice:

–   numărul cuantic azimutal: n φ

–          numărul cuantic radial: n r

Numărul cuantic azimutal determină semiaxa mică a orbitei eliptice, respectiv momentul cinetic al electronului. Poate lua valori de la 1……… n

Fiecare orbită circulară, cu numărul cuantic – n, poate fi descompusă în  n elipse  care vor avea aceeaşi axă mare  dar axe mici (excentricităţi) diferite.

Dacă notăm cu  –   a – axa mare a orbitei

b – axa mică a orbitei

Raportul  b/a = nφ / n

Numărul cuantic secundar – l este legat de numărul cuantic azimutal prin relaţia:  l  = nφ – 1.

Numărul cuantic secundar ia valori de la 0 ……n-1

Deci, numărul cuantic secundar este o măsură pentru semiaxa mică a orbitei.

Raportul b/a = l+ 1 / n        (1)

Conform modelului   Bohr, starea energetică a unui electron este caracterizată în primă aproximaţie de numărul cuantic  principal . Toţi electronii care au acelaşi număr cuantic principal, vor avea aceeaşi energie  şi fac parte din acelaşi strat.

 

Conform modelului Sommerfeld, fiecare strat este alcătuit din mai multe substraturi care conţin electroni cu numere cuantice secundare diferite. Aceşti electroni se deplasează pe orbite cu aceeaşi axă mare, dar cu excentricităţi diferite.

Cu ajutorul relaţiei (1), se pot determina valorile pentru axa mică a orbitei  şi se poate calcula numărul de substraturi dintr-un strat.

                        Relatia (1) este  b/a = l + 1 / n       deci        b = (l + 1 / n ) a