Models Atòmics: Evolució, Estructura i Conceptes Clau
Models Atòmics Clàssics
Model Atòmic de Dalton
La matèria està formada per petites esferes massives. Aquestes esferes eren indivisibles. Va ordenar els elements segons la seva massa.
Model Atòmic de Thomson
Va descobrir els electrons a partir de l’experiència dels raigs catòdics. Va dir que l’àtom era una esfera massiva de càrrega positiva on s’adherien partícules de càrrega negativa. Com que l’àtom tenia una sèrie de càrregues negatives, es va intuir que per necessitat, existirien unes altres partícules, posteriorment anomenades protons, perquè l’àtom fos neutre.
Antecedents al Model Atòmic de Bohr
Hipòtesi de Planck
L'energia no es pot absorbir ni emetre de forma contínua, sinó en forma de paquets o quants, que tenen una energia h·f.
Efecte Fotoelèctric
Consisteix en arrencar electrons a un àtom metàl·lic fent incidir llum sobre ell. Aquest fet va portar Einstein a dir que la llum es comporta com una ona electromagnètica (espectre atòmic) i corpuscular.
Model Atòmic de Rutherford
A partir de l'experiència de la làmina d’or de Rutherford, aquest va dir que l’àtom està format per un nucli, on es trobava la major part de la massa, i que al voltant d’aquest, hi havia els electrons. Llavors l’àtom estava pràcticament buit. Un dels principals problemes va ser que l’àtom pesava el doble de la massa dels protons al nucli; llavors, s'hi van trobar unes partícules amb massa similar a la del protó i sense càrrega (els neutrons).
Espectre Atòmic de l'Hidrogen i Equació de Rydberg
Reprodueix de manera precisa la posició de línies espectrals en la regió visible de l’espectre.
Fórmules relacionades:
- Dualitat ona-corpuscle: λ = h / (me * v)
- Energia d'un fotó: E = hν
- Relació freqüència-longitud d'ona: ν = c / λ
- Equació de Rydberg: 1/λ = RH * (1/nf² - 1/ni²)
Postulats del Model Atòmic de Bohr
- L’electró gira al voltant del nucli en òrbites circulars sense emetre o absorbir energia.
- Únicament són possibles les òrbites en què l’electró té un moment angular L, que és múltiple de h/(2π).
- Els electrons poden passar d’una òrbita a una altra, també permesa, absorbent o emetent energia en forma de fotons. Aquesta radiació compleix amb la condició quàntica de Planck.
Inconvenients del Model de Bohr
- No es pot aplicar a àtoms amb més d’un electró.
- Els resultats numèrics obtinguts pels àtoms polielectrònics no coincidien amb els valors mesurats experimentalment.
- Mesclava lleis de la física clàssica amb idees quàntiques que no tenien sentit.
Bases del Model Mecano-Quàntic de Schrödinger
Dualitat Ona-Partícula
La matèria es comporta com una ona o com una partícula.
Principi d’Incertesa de Heisenberg
Postulava que no era possible conèixer amb exactitud i a la vegada la posició i la velocitat d’una partícula, ja que si es volia calcular el valor d’una d’aquestes característiques, es perdria precisió.
Orbital Atòmic
Representa una regió de l'espai on hi ha el 95% de possibilitat que es trobi l’electró.
Conceptes Addicionals
Ordenació d'Orbitals per Energia (Criteri n+l)
Ordena de major a menor energia: 3d, 4py, 5s segons el criteri n + l.
Càlcul n + l:
- 3d: n=3, l=2 -> n+l = 5
- 4py: n=4, l=1 -> n+l = 5
- 5s: n=5, l=0 -> n+l = 5
Quan n + l és igual, l'orbital amb n més gran té més energia:
5s > 4py > 3d
València Iònica
Nombre d'electrons que un element guanya o perd per tenir la darrera capa completa. En el cas dels metalls de transició, també es considera la tendència a tenir l'orbital d complet o semicomplet.
València Covalent
Nombre d'orbitals semiplens que té un àtom (típic en no-metalls).