MODELE ATOMICE

1. MODELE ATOMICE Nume:Coman Prenume:Radu-Mihai Cls:12I3

2. ModelulPlanetar Un model atomic bazatpeechilibruldinamic al sarciniloreste analog sistemului solar in care fortele centrifuge echilibreaazafortele de atractiegravitationala. Atomul are o parte centralanumitanucleu, incarcatapozitiv, in jurulcareia se rotescelectronii. Decisarcinilesunt separate spatial. Concordantamodeluluiplanetar atomic cu experientaestefoartebuna. E. Rutherford a fostcapabilsacalculeze care vafinumarul de particule a deviate sub un unghidatsi a dedus din dateleexperimentale ca parteacentralapozitiva se intindepe o zona cu dimensiunea de 10-13 - 10-12 cm. Comparand cu dimensiuneaunui atom ~10- 8 cm., tragemconcluzia ca el estemaimultgoldecatplin. In acestfel, modelulplanetarpropusinca din 1901 de J. Perrin a fostdefinitacceptat ca urmareaexperientelorlui E. Rutherford. Ca si in cazulmodelului Thomson ramane de explicatmotivul pt. care sarcinilepozitive din nucleu nu se desfac. Pt. a analizaconditia de stabilitate ne vomreferi la atomulcelmaisimplu, care contine un singur electron si a caruinucleu are o sarcinaelectricapozitiva, egala cu e. Acestnucleua fostnumitproton (E. Rutherford, 1920), iaratomuleste hidrogenul. Electronul se vamisca in jurulprotonului cu o traiectoriecircularaastfel ca fortacentrifugasa fie egalacu ceaelectrostatica de atractie

3. undem estemasaelectronului, v vitezaluipeorbita, R distanta electron-nucleu, iar K=9*10^9, lucrand in S.I. Energiaelectronului care se miscapeaceastaorbitavafiegala cu sumaenergiilorcineticasipotentiala:

4. Pot fitraseurmatoareleconcluzii: Energiatotalaestenegativa, ceeaceinseamna ca pemasuracerazacreste, energiatotalavacrestesitindespre zero candrazatinde la infinit. Orbitele de energie mica vorficele cu raza mica, deciceleapropiate de nucleu. Dacaelectronulvaprimienergie, el se vaindeparta de nucleusiinvers. Energiatotala a electronuluieste in acestcazegala cu jumatate din energiapotentiala in campul electrostatic al nucleului. Expresia de maisus are caracteruluneifunctii care leagaenergiatotala a electronului de razatraiectoriei circulare. Rezulta de aici a unei raze date ii corespunde o singuravaloarepentruenergie. In consecinta, in functie de energiaelectronuluisuntpermisetoate orbitele.

5. Stabilitateasistemuluiplanetaresteasiguratadaca se pastreazaconstantarazatraiectorieielectronului. Din pacate, in electrodinamica se arata ca oricesarcinaelectrica care se miscaaccelerattrebuiesaemitaradiatieelectromagnetica, micsorandu-se astfelenergia de miscare a sarcinii. Cu toate ca in miscareapeorbitacircularavitezaelectronuluiesteconstanta, ea vavariatotusi ca directie, dandnastereastfeluneiacceleratiicentripeteegala cu e*e/R. In urmaemisieiacesteiradiatii, energiaelectroului se vamicsora, razatraiectoriei se vamicsorasi ea la randulei rapid, urmand ca in final electronulsacadapenucleu. Aceastaar duce la concluzia ca atomularfi un sisteminstabilsi ca, in plus, aremite in continuuradiatii, chiar in stare normala, ceeacecontravineexperientei.

6. Modelul atomic Bohr Modelul atomic Bohr este primul model de natură cuantică al atomului şi a fost introdus în anul 1913 de către fizicianul danez Niels Bohr. Acest model preia modelul planetar al lui Ernest Rutherford şi îi aplică teoria cuantelor. Deşi ipotezele introduse de către Bohr sunt de natură cuantică, calculele efective ale mărimilor specifice atomului sunt pur clasice, modelul fiind, de fapt, semi-cuantic. Modelul lui Bohr este aplicabil ionilor hidrogenoizi (He+, Li+2, Be+3, etc, adică ionii care au un singur electron în câmpul de sarcină efectivă a nucleului).

7. Postulatelelui Bohr

8. Primul postulat al lui Bohr Este legat de orbitele atomice şi presupune că electronul se roteşte în jurul nucleului numai pe anumite orbite circulare permise, fără a emite sau a absorbi energie radiantă. Aceste stări se numesc staţionare şi au un timp de viaţă infinit şi energie constantă, atomul trecând pe alte nivele energetice doar dacă este perturbat din exterior. Electronul se menţine pe o orbită staţionară datorită compensării forţei centrifuge cu forţa de atracţie coulombiană. Primul postulat a fost introdus pentru explicarea stabilităţii atomului. El este în contradicţie cu fizica clasică. Conform teoriilor acesteia, o sarcină electrică în mişcare accelerată emite radiaţie electromagnetică. Aceasta ar duce la scăderea energiei sistemului, iar traiectoria circulară a electronului ar avea raza din ce în ce mai mică, până când acesta ar "cădea" pe nucleu. Experimental se constată, însă, că atomul este stabil şi are anumite stări în care energia sa se menţine constantă.

9. Al doilea postulat al lui Bohr Afirmă faptul că un atom emite sau absoarbe radiaţie electromagnetică doar la trecerea dintr-o stare staţionară în alta. Energia pe care o primeşte sau o cedează este egală cu diferenţa dintre energiile celor două nivele între care are loc tranziţia. Radiaţia emisă sau absorbită are frecvenţa dată de relaţia obţinută în cadrul teoriei lui Max Planck reprezintă constanta lui Planck; νmnfrecvenţaradiaţieiemise/absorbite Em,En energiile stărilor staţionare între care are loc tranziţia.

10. Atomul trece dintr-o stare staţionară în alta cu energie superioară doar dacă i se transmite o cuantă de energie corespunzătoare diferenţei dintre cele două nivele. La revenirea pe nivelul inferior se emite o radiaţie de aceeaşi frecvenţă ca şi la absorbţie. Acest fapt exprimă natura discontinuă a materiei şi energiei la nivel microscopic. De asemenea, frecvenţele radiaţiilor atomice depind de natura şi structura atomului şi au valori discrete, spectrele lor fiind spectre de linii. Deficienţe ale modelului Acest model nu poateexplicaspectrele de emisieşienergia de ionizaredecâtpentruatomul de hidrogenşiioniihidrogenoizi. Nu a pututfundamentastiintificspectreleunoratomigrei. Nu a pututexplicaformarealegaturilorduble. Nu a pututfundamentascindarealiniilorspectraleintr-un camp perturbator.

11. Modelul atomic Rutherford Modelul atomic Rutherford, elaborat de Ernest Rutherford în 1911, este primul model planetar al atomului. Conform acestui model, atomul este format din nucleu, în care este concentrată sarcina pozitivă, şi electroni care se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare, asemeni planetelor în Sistemul Solar.

12. Modelul a fost dezvoltat în urma experimentelor realizate de către Hans Geiger şi Ernest Marsden în anul 1909. Ei au studiat, sub îndrumarea lui Ernest Rutherford, împrăştierea particulelor αla trecerea printr-o foiţă subţire din aur. Conform modelului atomic elaborat de Thomson, particulele trebuiau să fie deviate cu câteva grade la trecerea prin metal din cauza forţelor electrostatice. S-a constatat, însă, că unele dintre ele erau deviate cu unghiuri mai mari decât 90° sau chiar cu 180°. Aceast fapt a fost explicat prin existenţa unei neuniformităţi a distribuţiei de sarcină electrică în interiorul atomului. Pe baza observaţiilor efectuate, Rutherford a propus un nou model în care sarcina pozitivă era concentrată în centrul atomului, iar electronii orbitau în jurul acesteia. • Noul model introducea noţiunea de nucleu, fără a-l numi astfel. Rutherford se referea, în lucrarea sa din 1911, la o concentrare a sarcinii electrice pozitive: • "Se consideră trecerea unei particule de mare viteză printr-un atom având o sarcină pozitivă centrală N e, compensată de sarcina a N electroni." • El a estimat, din considerente energetice, că, pentru atomul de aur, aceasta ar avea o rază de cel mult 3.4 x 10-14metri (valoarea actuală este egală cu aproximativ o cincime din aceasta). Mărimea razei atomului de aur era estimată la 10-10 metri, de aproape 3000 de ori mai mare decât cea a nucleului. • Rutherford a presupus că mărimea sarcinii pozitive ar fi proporţională • cu masa atomică exprimată în unităţi atomice, având jumătate din • valoarea acesteia. A obţinut pentru aur o masă atomică de 196 • (faţă de 197, valoarea actuală). El nu a făcut corelaţia cu • numărul atomic Z, estimând valoarea sarcinii la 98 e, faţă de 79, • unde e reprezintă sarcina electronului. • Modelul propus de Rutherford descrie nucleul, dar nu atribuie nici o • structură orbitelor electronilor. Totuşi, în lucrare este menţionat • modelul saturnian al lui Hantaro Nagaoka, în care electronii • sunt aranjaţi pe inele.

13. Deficienţe ale modelului Principalul neajuns al modelului consta în faptul că acesta nu explica stabilitatea atomului. Fiind elaborat în concordanţă cu teoriile clasice, presupunea că electronii aflaţi în mişcare circulară, deci accelerată, emit constant radiaţie electromagnetică pierzând energie. Prin urmare, în timp, electronii nu ar mai avea suficientă energie pentru a se menţine pe orbită şi ar "cădea" pe nucleu. De asemenea, frecvenţa radiaţiei emise ar fi trebuit să ia orice valoare, în funcţie de frecvenţa electronilor din atom, fapt infirmat de studiile experimentale asupra seriilor spectrale. Importanţă Modelul lui Rutherford a introdus ideea unei structuri a atomului şi a existenţei unor particule componente, precum şi posibilitatea separării acestora. Reprezentând punctul de plecare al modelului Bohr, a dus la separarea a două domenii, fizica nucleară, ce studiază nucleul, şi fizica atomului, ce studiază structura electronică a atomului. În ciuda deficienţelor, caracterul descriptiv al modelului a permis utilizarea ca simbol al atomului şi energiei atomice.

14. SFARSIT