1

ÀTOMS

2

DESCOBRIMENT DE L’ELECTRÓ Josep John Thomson

1856 – 1940 Anglès

Thomson estudià el pas del corrent elèctric a través de gasos a baixa pressió, 0,0001 atm, i diferències de potencial superiors a 10.000 volts.

Els gasos a pressió normal són pèssims conductors.

3

DESCUBRIMENT DE L’ELECTRÓ

La utilització de camps elèctrics i magnètics va permetre a Thomson identificar i trobar la relació entre la càrrega i la massa de l’electró.

gramscoulombsx

mqe

e 810758,1=

4

LA CÀRREGA DE L’ELECTRÓ

Robert Millikan

1868 – 1953 Americà Va se capaç de determinar la càrrega de l’electró “ i junt amb el treball de Thomson és determinar també la massa de l’electró.

gramsxmCoulombsxq

28

19

101,9106,1−

−

=

−=

5

THOMSON PROPOSA EL PRIMER MODEL PER L’ESTRUCTURA DE L’ÀTOM . 1904

Un model tipus “plum – cake”

6

RAIGS CANALS

Els raigs canals o positius estan formats per ions d’àtoms i, per tant tenen masses molt més grans que la de l’electró i, a més, la seva massa depèn del gas que hi ha a dintre.

Quan el gas que hi ha dintre és hidrogen, es formen ions d’hidrogen, que no són altre cosa que PROTONS. Que, en aquell moment, va ser la partícula positiva més lleugera.

7

LA RADIOACTIVITAT

Antoine Henri Becquerel, Francès.

En 1896 va descobrir accidentalment que els minerals d’urani emeten radiacions invisibles, sense estimulació prèvia.

Més tard, van descobrí nous elements, com el radi i el poloni també emetien radiacions que anomenaren radioactivitat

Marie Skolodowska (polonesa) i el seu marit, Pierre Curie (francès).

8

TIPUS D’EMISSIÓ RADIOACTIVA Propietats de la radioactivitat:

•  Són molt energètiques.

• NO són afectades per RQ.

•  El seu origen ve de canvis que experimenten els nuclis d’àtoms inestables.

Hi ha tres tipus de radiació:

•  α Radiacions positives. Són partícules formades per agrupacions de dos protons i dos neutrons.

§  β Són electrons molt energètics que provenen de la descomposició d’algun neutró.

§  γ NO tenen càrrega ni massa pròpia. Són ones electromagnètiques molt energètiques.

9

DESCOBERTA DEL NUCLI DE L’ÀTOM Ernest Rutherford

1871 – 1937 Nova Zelanda Bombardejà amb nuclis heli una finíssima làmina d’or. Es va trobar com si llancéssim tret contra un paper de seda i sortís rebotat.

10

DESCOBERTA DEL NUCLI DE L’ÀTOM

11

MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD

A partir dels estudis sobre com i quant es desviaven les partícules α al bombardejar la làmina d’or, Rutherford trobà:

mRmR

atòmic

nucli10

14

10

10−

−

≈

≈

A més, Rutherford imaginava l’àtom com el sistema solar, en què el nucli de l’àtom positiu, format per protons, era el Sol, i el electrons giraven com els planetes.

Malgrat l’avenç que representà el model, no era del tot satisfactori. Entre els problemes, els més importants:

•  NO explicava satisfactòriament la massa del àtoms tan sols amb el protons en el nucli ni la seva estabilitat. Rutherford mateix va postular l’existència d’una altra partícula en el nucli de l’àtom.

•  El model no dóna informació sobre els possibles estats dels electrons dintre de l’àtom. NO explica els espectres d’emissió o absorció del àtoms.

12

DESCUBRIMENT DEL NEUTRÓ: James Chadwick

Amb les seves experiències Rutherford ja se’n va donar compte que els nuclis dels àtoms tenien una massa superior a la que únicament aportaven els neutrons. Hi havia d’haver una altra partícula.

James Chadwick en 1932, va idear un procediment que li va permetre trobar el neutró. El muntatge és el de la figura:

Bombardejà amb partícules alfa una làmina de beril·li, aquesta metia unes partícules que, no tenien càrrega però que tenien una energia cinètica semblant a la del protó, xocaven contra una làmina de parafina. Aquesta emetia protons que sí eren detectats pel comptador Geiger. Chadwick havia descobert el neutró

NEUTRONS

13

La llum que ve del Sol li donem el nom de llum blanca: Si es fa passar la llum blanca per determinats materials transparents s’observa la seva descomposició en els diferents colors tal i com mostra la figura:

LA LLUM BLANCA

Això es deu a que la llum blanca és una ona com el model simplificat que teniu a continuació i que representaria fer una foto d’una ona, és a dir, fixar el temps:

Una ona està caracteritzada per la seva longitud d’ona, λ, per la seva amplitud, A, i la seva velocitat de propagació, v. Per la llum v = c = 300.000 km/s.

També es important el concepte de freqüència, f , de l’ona que dóna compte del número de crestes que passarien per un punt per segon. Es compleix sempre que “c = ν . f ”

14

LA LLUM BLANCA Però la llum que ve del Sol no és tan simple, en realitat:

•  Està formada per la superposició de multitud d’ones de les quals tan sols algunes les podem veure.

•  Cada ona està caracteritzada per una longitud d’ona diferent ”λ”.

•  En determinats medis, que es diuen dispersius, cada ona (color) es mou amb diferent velocitat dintre del material i fa un recorregut diferent. Aquesta és la causa de la descomposició de la llum.

Això és el que es veu a la pantalla:

15

LÍNIES ESPECTRALS La llum que emeten els àtoms en estat gasós i excitats, no és blanca i tan sols s’observa que emeten llum de determinats colors ,λ, i que per cada àtom són diferents. Les ratlles que es veuen sobre la pantalla es diuen espectres.

16

MOMENT HISTÒRIC: PRIMERS PASOS DE LA MECÀNICA QUÀNTICA

•  1900 Planck explica un fenomen no explicat fins el moment relacionat amb la radiació que emeten els cossos. Planck utilitza una nova idea, en espais limitats, les partícules i ones tan sols poden tenir determinats valors de l’energia i, per tant, tan sols poden emetre o absorbir energia en paquets d’energia de valor:

“E= h.f “

on “ f ” és la freqüència de l’ona.

•  1905 Einstein confirma la hipòtesi de Planck explicant amb ella l’efecte fotoelèctric.

•  1913 Bohr proposa el seu model atòmic que explica els espectres d’emissió i absorció dels àtoms.

17

MODEL ATÒMIC DE BOHR PER L’HIDROGEN

Niels Bohr, danès 1885 – 1962, aplica la teoria quàntica per explicar l’àtom d’hidrogen i en particular les seves línies espectrals.

Hipòtesi de Bohr:

)(1018,22

18

JnxEn

−

−=

sJxh .10624,6 34−=

Quan es dedueixen possibles valors de l’energia de l’electró dintre de l’àtom trobem:

1.  L’electró es pot estar en determinats nivells energètics en els quals no emet energia.

2.  L’electró dintre de l’àtom tan sols pot tenir certs valors de l’energia.

3.  Quan l’electró passa d’un nivell d’energia a un altre de més energia, ho fa absorbint un fotó d’energia

Efinal- Einicial= h.f ;

18

INTERPRETACIÓ DE L’ESPECTRE DE L’HIDROGEN

(a) Un electró absorbeix un fotó amb l’energia necessària per passar de E1 a E2.

(b) L’electró retorna al nivell fonamental emetent un fotó igual al anterior i que ve donat per:

E1 – E2 = h . f

(c) Si la transició fos entre E3àE1, hi ha dos possibilitats com les que mostra la imatge.

Després de la conferència sobre el LASER, sabeu també que és possible que passi el següent:

Emissió estimulada:

Un fotó idoni pot provocar la baixada de l’electró obtenint així dos fotons idèntics.

19

ABSORCIÓ I EMISSIÓ DE RADIACIONS

Gas

Gas

Molts àtoms en estat gasós absorbeixen i emeten radiacions que queden dintre del visible.

20

RATLLES ESPECTRALS

JxeV 191060,11 −=

ELS VALORS I EL SIGNE DE L’ENERGIA. POU DE POTENCIAL

En la imatge de l’esquerra podem veure que l’energia d’un electró en el seu esta fonamental és -10,4 eV. Això vol dir que si volem alliberar aquest electró li hem de subministrar exactament 10,4 eV. En canvi si tan sols volem pujar-lo al primer estat excitat és suficient donar-li 4.9 eV.

La quantificació de l’energia apareix en espai limitats, per exemple dintre de l’àtom, fora de l’àtom, qualsevol valor de l’energia és possible i l’energia és positiva.

El planetes lligats al Sol també estan dintre d’un pou de potencial gravitatori i, per tant, tenen energia potencial negativa.

Tots els cossos o partícules lligades a unes altres, tenen energies potencials i aquestes són negatives.

LLIGUEM CAPS – 1: Emissió d’electrons d’un àtom

9

Així, un àtom pot emetre electrons de diferents llos i amb diferents energies, tal i com mostra l’esquema següent:

Aprofitem per repassar que l’àtom pot emetre fotons de diferents procedències i diferents energies.

RADIOACTIVITAT: El nucli emet un electró sense que s’hagi de subministrar energia de cap tipus.

CALOR: També es pot subministrar aquesta energia en forma de calor

LLUM: Un fotó amb prou energia pot ionitzar un àtom

LLUM

LLIGUEM CAPS – 2: Emissió de fotons d’un àtom

10

En el model atòmic de Bohr,

Ellum= EEstat final – EEstat inicial Espectres d’emissió o d’absorció.

Emissió de fotons per part de l’àtom

Raigs X: Transicions electròniques en àtoms grans.

Raigs Gamma:

10

Transicions nuclears de nivell energètic.

24

TEORIA MECANICA - ONDULATÒRIA

Les conseqüències d’aquesta teoria són:

1.  Es perd la idea de trajectòria per a l’electró. No es pot precisar on es troba. Tan sols podem parlar de zones on és més provable trobar l’electró.

2.  Les zones on és més provable trobar l’electró reben el nom d’orbitals.

3.  Aquests orbitals queden determinats per 4 números, que diem quàntics. Aquests números tan sols poden tenir certs valors. Els orbitals reben el nom de: “ s, p, d i f ”, segons la seva forma i aquesta depèn dels números quàntics.

4.  A més, l’electró, té propietats magnètiques pròpies que es poden atribuir a un moviment de rotació sobre ell mateix, que rep el nom d’espín. També l’espín tan sols pot tenir certs valors.

• 1924 De Broglie proposa que les partícules elementals, com els electrons, protons i demés, també es comporten com ones en determinades circumstàncies.

•  1925 Schrödinger desenvolupa les matemàtiques de la mecànica ondulatòria de l’electró. Ara el comportament de l’electró dins l’àtom ve descrit per una ona que tan sols ens informe dels llocs on és més provable trobar l’electró.

25

ALGUNES FORMES DELS ORBITALS

26

ELS ELECTRONS DINS L’ÀTOM