L’ESTRUCTURA DE LA MATÈRIA

En grec antic què significava la paraula àtom?En què es basa Dalton per proposar la seva teoria atòmica?Podem veure els àtoms?Per què els espectres atòmics van fer un paper important en els models atòmics?Què volem dir quan afirmem que l’energia de l’electró està quantitzada?Què és un orbital atòmic?Per què el neó és tan estable?

TEORIES ATÒMIQUES

• Durant molts segles aquesta teoria atòmica no va ser acceptada i es van imposar les idees de Plató i el seu deixeble Aristòtil que entenien la matèria com a contínua, composta d’una sola substància d’un dels quatre elements: foc, aire, terra i aire.

• L’aristotelisme i el platonisme van fer que Demòcrit caigués en l’oblit durant 25 segles!

TEORIA ATÒMICA DE DEMÒCRIT

•Demòcrit d’Abdera va viure a finals del segle V aC a l’antiga Grècia.

•La seva teoria atomista es basava en els principis següents:

•Els àtoms es mouen el buit.

•És l’atzar el que provoca un remolí que fa que xoquin entre ells i formin els diferents cossos.

•La diferenciació entre els cossos ve donada per la forma, la posició i la mida dels àtoms que els constitueixen.

Teoria atòmica de DALTON

1766-1844

• Els elements que constitueixen la matèria estan formats per partícules indivisibles anomenades àtoms.

• Els àtoms d’un determinat element són iguals en massa i propietats.

• Els àtoms de diferents elements són diferents en massa i propietats.

• Els compostos es formen per la unió d’àtoms dels corresponents elements en una relació constant de nombres enters i senzills.

MODELS ATÒMICS• Quan Dalton recupera la idea de

l’àtom, molts científics van començar a pensar com estaria organitzat, és a dir, van començar a proposar-ne un model.

• El 1897 Thomson descobreix l’electró, fet que va marcar l’inici dels primers models atòmics.

• THOMSON (1903) proposa un model on l’àtom seria una esfera amb càrrega elèctrica positiva i electrons incrustats, com si fossin les panses d’un pastís.

L’Experiment de Rutherford

• Rutherford bombardeja una làmina d’or amb partícules .

• Observa que algunes partícules reboten mentre que d’altres travessen la làmina.

• De les que travessen la làmina, algunes es desvien i algunes no.

MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD

•La massa dels àtoms està pràcticament concentrada en el nucli.

•La càrrega positiva també radica en el nucli.

•Els electrons circulen en òrbites circulars al voltant del nucli.

•La major part de l’àtom és un gran espai buit.

ESPECTRES ATÒMICS• En determinades condicions

els cossos emeten energia en forma de radiació. També poden absorbir la radiació que emeten altres cossos, assimilant energia.

• La principal emissió de radiació del cossos, és la radiació electromagnètica.

• La descomposició de qualsevol radiació electromagnètica en les radiacions de diferent longitud d’ona que la constitueixen és el que s’anomena espectre.

Model de BOHR

1. L’electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars sense emetre energia ni absorbir-ne.

2. Només són permeses aquelles òrbites que tenen uns valors d’energia determinats, és a dir, quantitzats.

Model de BOHR3. El pas d’un electró d’una

òrbita a una altra provoca una emissió o absorció d’energia igual a la diferència d’energia entre els dos nivells energètics.

Si un electró passa d’una òrbita inferior a una de superior, absorbeix energia; i si passa d’una de superior a una d’inferior, l’emet.

Hipòtesis de De Broglie

De Broglie observa que la llum té una naturalesa dual, és a dir, es pot comportar com una ona i com una partícula i això ho extrapola als electrons també.

ONA:difracció PARTÍCULA:efecte fotoelèctric

Principi d’incertesa de HEISENBERG

• És impossible conèixer simultàniament i amb exactitud la velocitat i la posició d’una partícula.

• En acceptar aquest principi el model atòmic de Bohr deixa de tenir validesa perquè no és possible conèixer la trajectòria de l’electró.

Equació de SCHRÖDINGER

• Si l’electró també es comporta com una ona, se n’ha de poder descriure el comportament mitjançant les equacions matemàtiques de les ones.

• Aquesta equació matemàtica s’anomena funció d’ona i ens dóna zones de probabilitat de trobar l’electró.

ELS ORBITALS

• Les zones de l’espai a l’entorn del nucli en les quals hi ha una gran probabilitat de trobar l’electró és el que anomenen orbitals.

• Cada orbital ve caracteritzat per tres nombres quàntics: n, l, ml

Nombre quàntic principal: n

El seu valor determina la mida de l’orbital de manera que, com més gran és n, més voluminós és l’orbital corresponent. Pot prendre valors n=1,2,3,4...

Nombre quàntic secundari: l

• Determina la forma de l’orbital. • El seu valor depèn del nombre quàntic

principal n, i per cada valor de n, pren valors enters des de 0 fins a n-1

n=4

l=0Orbitals s

l=1Orbitals p

l=2Orbitals d

l=3Orbitals d

La forma dels orbitals

Energia d’orbitals

• L’energia dels orbitals depèn només del nombre quàntic principal n i, en conseqüència, tots els orbitals que corresponen a un mateix nombre quàntic principal tenen la mateixa energia.

• Al augmentar n augmenta l’energia.

• Al referir-nos als diferents valors de n parlem de nivells energètics.

Nombre quàntic d’espín: ms

• Un electró ve determinat per quatre nombres quàntics: els tres de l’orbital on es troba situat (n, l, ml) i el que és propi de l’electró (ms).

• L’electró es pot considerar com un petit imant capaç d’orientar-se en els dos sentits d’un eix arbitrari.

• El nombre quàntic d’espín pot prendre dos valors (+1/2, -1/2)

i ens indica el sentit de gir al voltant d’aquest eix.

Configuracions electròniques

• La configuració electrònica d’un element ens indica com es troben distribuïts els seus electrons en els orbitals corresponents.

• La configuració electrònica de l’estat fonamental és quan els electrons ocupen els orbitals de mínima energia.

Configuracions electròniques

• Principi d’exclusió de Pauli: en un mateix orbital hi caben com a màxim dos electrons.

orbital buit orbital mig ple orbital ple

• Principi d’Aufbau: els orbitals s’ocupen començant pel que té menys energia i seguint pels altres orbitals en ordre creixent d’energia.

Configuracions electròniques

• Regla de Hund: en ocupar orbitals de la mateixa energia, els electrons han d’estar desaparellats sempre que sigui possible.

1s 2s 2px 2py

2pz

Algunes configuracions:

C: 1s2 2s2 2p2

O: 1s2 2s2 2p4