Referat Modele Atomice [PDF]

Zitiervorschau

Cristea Bogdan Marian Cls X C MODELE ATOMICE

Fizica atomică este o ramură a fizicii ce se ocupă cu studiul atomilor ca un sistem izolat de electroni şi un nucleu atomic. În principal se studiază aranjarea electronilor în jurul nucleului. De asemenea, se studiază şi procesul prin care aranjarea electronilor se modifică. Termenul de fizică atomică este cel mai des asociat cu fizica nucleară, deoarece în general atomic şi nuclear sunt sinonime pentru majoritatea populaţiei. Specialiştii fizicieni diferenţiazăfizica atomică şi fizica nucleară. În cazul fizicii nucleare se studiază strict numai nucleul atomului. Concepția modernă de atom și moleculă a fost creată de chimie și ulterior preluată de fizică. Implementarea teoriei atomiste în fizică s-a produs în trei etape. A. Prima etapă în evoluția teoriei atomiste despre atom s-a produs în anul 1808, când chimistul englez John Dalton a făcut următoarele remarci: a) Elementele chimice sunt realizate din particule extrem de mici, numite atomi. b) Atomii unui element chimic sunt identici ca dimensiune, masă, și alte proprietăți. c) Atomii nu pot fi divizați, creați, sau distruși. d) Atomii diferitelor elemente se combină într-un raport simplu pentru a forma compuşi chimici, care exprimă legea proporțiilor definite, așa cum este cunoscută în chimie. e) În reacţii chimice, atomii se combină, se separă, sau se reordonează. B. Etapa a doua a avut loc în anul 1811, când chimistul italian Amedeo Avogadro a enunțat legea care-i poartă numele: Volume egale ale gazelor, la aceeași temperatură și presiune, conțin același număr de particule (sau molecule), NA, cunoscut sub numele de numărul lui Avogadro. C. Etapa a treia și ultima s-a produs în anul 1866, când J.C. Maxwell și L. Boltzman, independent unul de altul au pus bazele teoriei cinetico-moleculare a gazelor, teorie verificată experimental de A. Einstein în anul 1905, explicând mișcarea Browniană. Trebuie să remarcăm că Teoria cineticomoleculară a gazelor este prima formă a teoriei fizice despre atom și că în tot acest timp nu s-a cunoscut nimic despre structura atomului Modelul atomic al lui Thomson La aproximativ o sută de ani de la conceperea modelului atomic al lui John Dalton, fizicianul englez Joseph John Thomson (1856-1940) imaginează un nou tip de atom, bazat pe constatările făcute în urma experimentelor cu tuburile catodice, schimbând odată pentru totdeauna concepţia atomului indivizibil.

Joseph John Thomson (1856-1940) a imaginat în 1904 - în urma experimentelor efectuate cu tuburi catodice - primul model al unui atom care nu mai era atomos (gr. - indivizibil), ci o sferă încărcată pozitiv, dar plină de mici "corpusculi" încărcaţi negativ. Sarcina pozitivă a sferei era egală cu sarcina totală a corpusculilor din interior. Deşi modelul său a avut o viaţă scurtă, acesta a reprezentat o detaşare definitivă de imaginea atomului indestructibil creată de John Dalton cu mai bine de o sută de ani în urmă. J.J.Thomson a fost un fizician englez extrem de prolific, fiind cel care a descoperit electronii, dar şi existenţa izotopilor (atomi ai aceluiaşi element, cu acelaşi număr de protoni, dar număr diferit de neutroni). În anul 1906 Thomson a primit premiul Nobel "in recognition of the great merits of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases" (pentru recunoaşterea meritelor deosebite ale investigaţiilor teoretice şi experimentale asupra conductivităţii electricităţii în gaze). Cum a ajuns J.J.Thomson la modelul său atomic? Fizicianul a efectuat o serie de experimente cu tuburi catodice. La acea dată (1897) razele catodiceerau un mister asupra căruia mulţi fizicieni se aplecaseră deja. În urma acestor experimente J.J.Thomson a tras concluzia că radiaţia emisă de catod este formată din "corpusculi", observând faptul că aceasta putea fi deviată de un câmp electric. Termenul de "electron" va fi folosit pentru a desemna aceşti "corpusculi" mai târziu (din 1891), deşi conceptul fusese introdus deja de fizicianul irlandez George Johnstone Stoney, care făcuse referire la "unitatea fundamentală ce constituie electricitatea". Tot Stoney va fi acela care va introduce şi termenul "electron". Thomson a avansat ipoteza că aceşti corpusculi - sarcini negative purtate de particule de materie - erau mai mici decât atomul şi că, în fapt, erau parte a acestuia. Pentru prima dată ideea de atom compus din mai multe entităţi (contradicţie în termeni, căci atomos înseamnă indivizibil, care nu poate fi spart) este dovedită experimental. Atomul lui J.J.Thomson este format din corpusculi încărcaţi negativ ce stau într-un fel de "supă" încărcată pozitiv. La data creării acestui model atomic, încă nu era dezvăluită existenţa nucleului atomic, acesta fiind motivul pentru care imaginea de mai sus descrie o distribuţie relativ uniformă a electronilor. Conform lui Thompson, electronii se puteau roti în cerc în substanţa încărcată pozitiv din interiorul atomului. Unul dintre studenţii profesorului J.J.Thomson la Universitatea din Cambridge a fost Ernest Rutheford. Acesta din urmă este cel care după numai şapte ani de la conceperea modelului atomic al lui Thomson a propus un alt model, modelul planetar, care seamănă cu sistemul solar, având pe post de Soare o nouă descoperire excepţională privind structura atomului: nucleul atomic. Modelul atomic Ernest Rutherford În 1911Ernest Rutherford, născut în Noua Zeelandă, dar care a lucrat în Marea Britanie, a schiţat o nouă structura atomică, care a dat răspuns la fenomenele observate în experimente. În conformitate cu aceasta, mijlocul atomului sau altfel spus nucleul, are sarcina

pozitivă şi este relativ greu. În jurul lui se rotesc electronii: particule foarte mici şi uşoare, purtătoare de sarcină negativă. Rutherford nu a realizat însă că nucleul atomic se compune de regula din mai multe tipuri de particule: unele cu sarcina pozitiva şi altele fără sarcină. Existenta particulelor cu sarcina pozitivă – a protonilor – s-a dovedit în jurul anului 1920. Particulele fără sarcină electrică au fost descoperite în 1932 de Sir James Chadwick, care le-a denumit neutroni. Prin aceasta s-a completat modelul de atom prin care putem înţelege comportamentul materiei. Modelul atomic al lui Rutherford a fost denumit modelul planetar al atomului datorita analogiei imaginii sale cu imaginea sistemului solar, cu trei caracteristici definitorii : a. Aproape toata masa atomului este concentrata intr-un volum foarte mic care constituie nucleul atomic. Nucleul atomului are un diametru de 10-14 - 10-15 m, mult mai mic decat diametrul atomului (10-9 - 10-10 m). b. Nucleul este incarcat pozitiv. El este inconjurat de un invelis de electroni, numarul acestora fiind astfel incat atomul este neutru din punct de vedere electric. c. Electronii se invart in jurul nucleului pe traiectorii circulare. Nucleul exercita asupra electronilor forte de atractie electrostatica care joaca rol de forte centripete.

Prin modelul atomic imaginat de Rutherford a fost introdusa in fizica, pentru prima oara, notiunea de nucleu atomic. De la modelul atomic al lui Ernest Rutherford la atomul lui Bohr Fizicianul danez Niels Bohr, folosindu-se de noile teorii referitoare la capacitatea atomului de a emite radiaţii, pornind de la modelul atomic al lui Rutherford, a "redesenat" în 1913 structura atomică. Fizicienii secolului al XIX-lea au descoperit că atunci când un gaz este expus unui câmp electric, gazul emite lumină, deci radiaţii electromagnetice. Dar această emisie are loc numai la anumite frecvenţe, iar diferite elemente şi compuşi chimici emit radiaţii de diferite lungimi de undă. Aşadar, spectrul de emisie al atomilor şi al substanţelor diferă. Astfel, după cum uşor se poate înţelege, atomii diferitelor elemente ori diferite substanţe pot fi determinate pe baza lungimii de undă a radiaţiei emise, altfel spus pe baza liniilor spectrale. Chiar şi corpuri îndepărtate, cum ar fi stelele, pot fi înţelese sub aspectul elementelor constituente, determinând spectrul de emisie al acestora. Având ca punct de plecare atomul lui Rutherford (Bohr şi Rutherford au lucrat împreună pentru a înţelege radiaţia atomului), Bohr a dezvoltat o teorie prin care se putea prezice lungimea de undă a radiaţiei atomului. Teoria lui Bohr a fost deosebit de îndrăzneaţă, fundamentându-se pe câteva ipoteze ce au revoluţionat modul de înţelegere a atomului, deşi erau privite cu suspiciune de fizicienii vremii: atomii emit radiaţie numai la anumite frecvenţe (frecvenţe discrete); - electronii pot orbita numai la anumite distanţe de nucleu, intrând în contradicţie cu

modelul atomic al lui Rutherford care lăsa libertate de mişcare absolută electronilor; - radiaţia poate fi emisă numai când un electron face un "salt" dintr-o stare staţionară întralta (de pe o orbită superioară pe una inferioară). În 1914 fizicienii James Franck şi Gustav Hertz au dovedit experimental că atomii absorb şi emit radiaţie numai atunci când electronii realizează saltul dintre stările staţionare (orbite). Pentru a susţine aceste ipoteze, Niels Bohr a postulat că la scară atomică anumite stări staţionare(orbite) erau stabile , iar electronii aflaţi pe aceste niveluri stabile nu emit radiaţie (Bohr nu a putut justifica de ce se întâmplă astfel).

Bibliografie: wikipedia.org nobelprize.org fizica-cnitv.blogspot.ro manualdefizica.ro sciantia.ro rasfoiesc.ro