Curs 1 - Chimie - Structura Atomului PDF

Contents {#contents.TOCHeading} ======== [**CHIMIA** 1](#_Toc185500566) [**STRUCTURA ATOMULUI** 1](#structura-atomului) [**Nucleu** 2](#nucleu) [1. Modelul atomic al lui Rutherford 2](#modelul-atomic-al-lui-rutherford) [Caracteristicile fundamentale ale modelului atomic a lui Rutherford 2](#_To...

Contents {#contents.TOCHeading} ======== [**CHIMIA** 1](#_Toc185500566) [**STRUCTURA ATOMULUI** 1](#structura-atomului) [**Nucleu** 2](#nucleu) [1. Modelul atomic al lui Rutherford 2](#modelul-atomic-al-lui-rutherford) [Caracteristicile fundamentale ale modelului atomic a lui Rutherford 2](#_Toc185500570) [Principalul neajuns al modelului 2](#principalul-neajuns-al-modelului) [2. Modelul atomic al lui Bohr 2](#modelul-atomic-al-lui-bohr) [Postulatele lui Bohr 3](#postulatele-lui-bohr) [3. Modelul Bohr-Sommerfield 3](#modelul-bohr-sommerfield) [Numere cuantice 3](#numere-cuantice) [Neajunsurile modelului Bohr-Sommerfeld 4](#neajunsurile-modelului-bohr-sommerfeld) []{#_Toc185500566.anchor}**CHIMIA** - Știința care studiază compoziția, structura și proprietățile substanțelor, transformările lor prin regruparea atomilor componenți, precum și combinațiile noi ale substanțelor rezultate în urma acestor transformări Filozofii greci, în frunte cu Democrit (secolul V î.Hr.), afirmau că lumea înconjurătoare este alcătuită din atomi, adică din particule indivizibile şi indestructibile (în limba greacă, atomos înseamnă indivizibil). În 1803 J. Dalton, fizician şi chimist englez, a elaborat o teorie atomică proprie care **explică legea proporţiilor multipl**e afirmând că din moment ce substanţele se combină numai în proporţii integrale, atomii trebuie să existe la baza materiei. **STRUCTURA ATOMULUI** ====================== În secolul al XIX-lea s-au făcut progrese în concepţiaatomistă prin: **descoperirea radioactivităţii naturale (1896 de către A.H. Becquerel, premiul Nobel pentru fizică în 1903)** şi **descoperirea electronului (1897 de către J.J. Thomson, premiul Nobel pentru fizică în 1906).** Despre fizica atomică în sens propriu se poate vorbi abia de la începutul secolului XX, când au fost elaborate primele modele atomice: 1904 -- J.J. Thomson -- atomul era reprezentat ca o sferă cu sarcină electrică pozitivă distribuită în tot volumul, iar în aceasta „înoată" electronii negativi -- „cozonac cu stafide". 1911 -- E. Rutherford (premiul Nobel pentru chimie în 1908) -- modelul planetar -- atomul are în centrul său nucleul încărcat pozitiv, de dimensiuni reduse şi care conţine practic toată masa atomului, în jurul căruia se rotesc pe orbite circulare electronii, aflaţi în număr egal cu sarcinile pozitive din nucleu (analogie: Soare =nucleu, planete = electroni). **Nucleu** ========== Electroni -1913 -- N. Bohr (premiul Nobel pentru fizică în 1922) -- pentru atomul de hidrogen preia modelul planetar al lui Rutherford, căruia îi aplică teoria cuantelor. 1915 -- A. Sommerfeld „perfecţionează" modelul lui Bohr după 1925 -- modelul ondulatoriu staţionar -- elaborat ca urmare a rezultatelor cercetărilor unor renumiţi fizicieni, laureaţi ai premiului Nobel: L. de Broglie (1929), W. Heisenberg (1932), E. Schrödinger (1933). 1. Modelul atomic al lui Rutherford ----------------------------------- **Experimentul \"Rutherford\" a fost cel care a condus la primul model atomic** susţinut de observaţii experimentale. Experimentul a constat în bombardarea unei foiţe de aur cu particule alfa emise prin descompunerea radioactive a atomilor de radiu. Recepţia particulelor alfa s-a făcut prin intermediul unei plăcuţe detectoare din sulfat de zinc. []{#_Toc185500570.anchor}Caracteristicile fundamentale ale modelului atomic a lui Rutherford*:* 1. atomul este un corp de dimensiuni de ordinul 10-10 m; 2. atomii au în mijloc un nucleu foarte mic ce conţine cea 3. mai mare parte a masei atomului (10^-14^ - 10^-15^ m); 4. cea mai mare parte a atomului este spaţiu gol; 5. electronii orbitează în jurul nucleului; 6. nucleul este format din protoni, care sunt încărcaţi pozitiv; 7. numărul protonilor este egal cu cel al electronilor. ### Principalul neajuns al modelului - constă în faptul că acesta nu explică 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. 2. Modelul atomic al lui Bohr ----------------------------- - Modelul atomic Bohr este primul model de natură cuantică al atomului şi a fost introdus în anul 1913 de către N. Bohr. - Acest model preia modelul planetar al lui 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, ( adică ionii care au un singur electron în câmpul de sarcină efectivă a nucleului). ### Postulatele lui Bohr - Atomii şi sistemele atomice se pot găsi timp îndelungat numai în stări bine determinate, numite stări staţionare, în care nu emit şi nu absorb energie. Energia sistemului atomic în aceste stări este cuantificată, adică ia valori care alcătuiesc un şir discontinuu: E1, E2 ,...., En. - Atomii emit sau absorb radiaţie electromagnetică numai la trecerea dintr-o stare staţionară, caracterizată de Em, în altă stare staţionară, caracterizată de energia En. Frecvenţa radiaţiei emise sau absorbite într-o asemenea tranziţie este dată de relaţia: DE = Em-En =hn ,unde: - h este constanta lui Plank - n este frecvenţa radiaţiei. Pornind de la aceaste postulate şi considerând egalitatea forţelor de atracţie electrostatică cu cele centrifuge, se poate deduce condiţia pentru cuantificarea razelor orbitelor electronilor, a vitezei de rotaţie a electronilor şi a energiei straturilor electronice. #### Neajuns al modelului lui Bohr Acest model nu poate explica spectrele de emisie şi energia de ionizare decât pentru atomul de hydrogen şi ionii hidrogenoizi. Nu a putut fundamenta ştiinţific spectrele unor atomi grei. Nu a putut explica formarea legăturilor duble. Nu a putut fundamenta scindarea liniilor spectrale. Sommerfeld a extins teoria lui Bohr la orbite eliptice pentru a pune de acord această teorie cu anumite rezultate experimentale. Ex: structura fină a liniilor spectrale. În modelul atomic Bohr-Sommerfeld, unei orbite staționare cu numar cuantic principal n îi corespund (n-1) orbite staționare eliptice. 3. Modelul Bohr-Sommerfield --------------------------- Aceasta presupune existența unor substraturi electronice în alcătuirea unui strat. S-a ajuns la concluzia că numărul cuantic azimutal sau orbital cuantifică momentul cinetic orbital; se notează cu l. l ia toate valorile întregi de la 0 la (n-1). Pentru caracterizarea mișcării electronilor Sommerfield utilizează patru numere cuantice: ### Numere cuantice I. n - numărul cuantic principal a. indică semiaxa mare a orbitei eliptice; b. ia valori 1,2,3,4,\...n sau 1 ≤ n ≤ ∞; c. reprezintă straturile electronice K, L, M, N, O, P, Q. d. determină atât energia totală a electronului care ocupăn un orbital, cât și dimensiunea orbitalului. II. l - număr cuantic secundar, orbital, azimutal e. indică semiaxa mică a orbitei eliptice f. reprezintă momentul unghiular al electronului pe orbită și substrat; g. are valorile l = 0,1,2,3,\..... sau 0 ≤ 1 ≤ n-1. Pentru l=0 orbita e circularã, l≠0 orbita este elipticã. III. m - numărul cuantic magnetic h. indică poziţia (orientarea) orbitei electronice într-un câmp magnetic are valori negative şi pozitive, în total 2l+1 valori: -l \.....-2 ,-1, 0, 1, 2, \..... +l sau -l ≤ m ≤ +l IV. s - numărul cuantic de spin i. caracterizează mişcarea de rotaţie a electronului în jurul propriei axe j. are valorile +1/2 sau -1/2. ### Neajunsurile modelului Bohr-Sommerfeld Modelul atomic Bohr-Sommerfeld, îşi limitează aplicabilitatea numai la atomul de hidrogen şi ionii hidrogenoizi, nepermiţând interpretarea spectrele atomilor cu mai mulţi electroni sau comportarea lor magnetică.