Modele atomice

1. Modele atomice

2. Scarlat Ion Laurentiu • Clasa a 12-a I3 • Colegiul National Nichita StanescuPloiesti

3. JJ Thomson (1904) a propus un nou model de atom static. Atomularavea forma uneisfereîncărcate uniform cu (+), iarîn interior s-argăsielectroniiastfelîncâtatomulsă fie neutru. J Perrin (1901), Lenard (1903) şiNagaoka (1904) au propus un model dinamic cu sarcinilepozitive concentrate înnucleuşiîncon- jurate de particule negative. Acest model esteîndezacord cu teoria electromagneticăclasicăcăreia o particulăelectricăînmişcaretrebuie săemităradiaţii. Energiaelectronilorvascădeaşieivorcădeapenucleu. Rutherford prezintă o analogie cu sistemulplanetar. Dupăacest model, întreagamasăesteconcentratăîntr-un nucleuîncărcatpozitiv. Electroniigraviteazăpeorbitecircularesaueliptice, razaatomuluifiind de 1Å. Razaatomuluifiind de ~10.000 orimai mare decâtcea a nucleului.

4. Electroniiînmişcarecircularăpeorbite nu cad penucleudatorităforţei centrifuge care echilibreazăforţa de atracţiedintrenucleuşielectroni. Modelulplanetar al lui Rutherford explicăuneleproprietăţi ale atomilor. Rotaţiaelectronilorînjurulnucleuluipoateficonsiderată ca producând niştecurenţielectriciînchişi, echivalând ca un magnet permanent. Aceastămişcareexplicândcomportareamagnetică a materiei. Bohr porneşte de la legilefiziciiclasiceşi le complectează cu noţiuninoi de mecanicăcuantică. Sommerfeldadmitecăelectronul se mişcăpe o elipsă, pentru a căreicaracterizaresuntnecesaridoiparametrii n şi l. Înaceastăipoteză nucleulocupăunuldintrefocare. Posibilitateamişcăriielectronuluipe o orbităelipticămăreştenumărulstărilorcuantice. Numărulcuantic n determinăsemiaxa mare iarcelazimutal (l) semiaxamicăşiexcentricitateaelipsei.

5. Modelul Rutherford Rutherford a stabilitcă masaatomuluiesteconcentrată în atom. El, de altfel, a propus ca electronii se mişcăpeorbite înjurulnucleului. Electonii fiind încărcaţi negativ iarnucleulfiindîncărcatpozitiv rezultăcăatomulesteneutru din punct de vedere electric.

6. In stânga se poateobserva paralela dintre sistemul solarsi structura unui atom Conform teorieilui Rutherford şilegilorelectrodinamicii clasice, o sarcinăelectricăînmişcareacceleratăartrebuisăradieze undeelectromagnetice. Pierzândprinaceastaenergie, electronular trebuisă se roteascăpeorbite cu raze din ceîncemaimici (de fapt pe o spirală), sfârşindprin o căderepestenucleu, întocmai ca un sa- telit artificial ce a intratînatmosferaPământului. Un astfel de sistem nu poatefistabilşideciatomul de hidrogen nu corespundeacestui model. O dovadăcăacestraţionamentestecorect ne oferăcomporta- reaelectronilorîntr-un betatron. Înacest instrument, electroniisunt acceleraţipână la vitezefoartemari, fiindmenţinuţi de un câmpmag-neticpeun traseu circular. Deşirazaacestororbiteestemultmai mare

7. decâtrazaatomului de hidrogen, argumentul de maisusrămânevala-bil: electroniiînmişcareînbetatronradiazăundeelectromagnetice şidecipierdenergie, ceeacelimiteazăenergiape care o pot dobândidin acestaparat.

8. Modelul Bohr NielsBohr, un câştigător al premiului nobel, a maifostcunoscut ca mentor pentrutineriifizicieni care la rândullor au adusimportantecontribuţii la teoriilefizicii. Fiinddirector la institutulpentruFizicăTeoretică la Universitatea din Copenhaga,Bohr a adunatlaolaltăcelemaiilustreminţi ca Werner Heisenberg şi George Garnovy.

9. Alături se aflăo schiţă a mode-lului Bohr Pentru a explicastructuraatomului, fizicianuldanezNiels Bohr a emisîn 1913 ipotezaatomului (cunoscută ca legealui Bohr). El a pornit de la ideeacăelectroniisuntsituaţipestraturi fixe de energie, saunivelecuantice, la distanţeconsiderabilefaţă de nucleu. Aranjamentulacestorelectroni se numeşteconfiguraţieelectronică. Numărulacestorelectroniesteegal cu numărul atomic al elementuluirespectiv: Hidrogenulare un singur electron orbital, Heliul are doielectroniorbitali … . Straturileelectronicesuntalcătuitedupă un model regular şi un atom nu poateaveamaimult de şaptestraturi. Primulstratestecomplectatatuncicândconţinedoielectronipe el. Al doileapoatesusţinepână la opt electronişi tot aşapână la ultimulstratdupăregula:Nr. max. electr. = 2x2strat

10. Ultimiielectronideterminăcomportamentulchimic al atomuluirespectiv. Referitor la modelul Rutherford, Bohr pentru a ocoliaceadificultate(înlegătură cu prăbuşireaelectronuluipenucleu), a propusun nou model al hidrogenului, care deşicontraziceîntreiprivinţeteoriaelectrodinamiciiclasice, dăsocoteală cu o uimitoarepreciziede unele date experimentale, în special de nivelurile de energiespectraleale atomului de hidrogen. Conform acesteiconcepţii, electronul, înatomul de hidrogen, se poaterotinumaipeanumiteorbitepermise(presupusecirculare); înmişcareasa, peorbitelepermise, electronulnu radiazăenergie; electronulpoateabsorbinumaienergieradiantădeanumitefrecvenţe determinate cuantic, corespunzândtranziţiilorelectronice care daunaştereliniilorspectrale. Nivelurile de energiespectralecorespund, conform teorieilui Bohr, energieielectronuluipeorbite cu raze din ceîncemaimari.

11. Concluziileteorieilui Bohr pot fiastfelrezumate: • Atomulestecompus din nucleu care se găseşteîncentruşi electro- • Nul care se roteşteînjurulnucleului. • Energiaunui atom estecuantificată, adicăestedeterminată de aşa • Numitelenumerecuanticen (n=0,1,2,3,4…). Atomii nu pot adopta • Decâtanumiteniveluri de energie, ale cărorvalorisuntinverspropor- • Ţionale nu n2 . • Electronulînmişcarepeuna din orbitelepermise nu emiteşi nu • Absoarbeenergie. Emisiasauabsorbţia de energieavând loc numai • Atuncicândelectronulsuferă o tranziţieelectronicăîntredouăorbite • Cu niveluri de energiediferite. • Spectrele de liniisuntproduse de atomiindividuali, sustraşiinflu- • Enţelorunorvecinătăţiimediate. • Teorialui Bohr (complectatăşidezvoltată de Sommerfeldprin • Ipotezacăuneleorbiteelectronicesunteliptice) permiteşi o prevedere a unora din proprietăţilemagnetice ale atomilor. Electronulînrotaţieînjurulnucleuluipoateficonsiderat ca un curentîntr-un circuit închis • şi, înconsecinţătrebuiesăgenereze un câmp magnetic.

12. Niels Henrik David Bohr Născut: 7 Oct 1885 înCopenhaga, DenmarcaDecedat: 18 Nov 1962 înCopenhaga, Denmarca Bohr a studiat la universitatea din Copenhaga, în care a intratîn 1903. A câştigat o medalie de aur de la Royal Danish Academy of Sciencespentruanalizateoretică a vibraţiilorjeturilor de apă cu obiectivul de a determinatensiunea de suprafaţă. Bohr a mersîn Anglia pentru a studiaîmpreună cu J.J. Thomson la Cambridge. El intenţionasă-şipetreacăîntreagaperioadă de studiu la Cambridge, la fel ca şi Thomson, dardupă o întâlnire cu Ernest Rutherford înDecembrie 1911, s-a mutatîn Manchester (1912). Acolo a lucrat cu grupullui Rutherford la structuraatomului. Folosindideilecuantice ale lui Plank şi Einstein, Bohr a emisipotezacă un atom nu poateexistadecâtîntr-un set discret de stări de energie stabile. Bohr s-a întors la Copenhagaşi a continuatsă-şidezvoltenouateorie a atomului. Dupăcâtevapublicaţii despreteoriaatomului (care l-au influenţatpe Einstein şipealţicercetători), a devenit director la Universitatea din Copenhagapână la şfârşitulvieţii sale. Bohr estefoarte cunoscutpentrucercetărilefăcuteînstructuraatomuluişipentruradiaţii, faptpentru care a luatpremiul Nobel pentrufizicăîn1922.