2. EXPERIMENTS EN TUBS DE DESCÀRREGAEXPERIMENTS EN TUBS DE DESCÀRREGA
MODEL DE THOMSONMODEL DE THOMSON
Al 1897Al 1897 J. J. ThomsonJ. J. Thomson va observar que quanva observar que quan
s’aplicava un voltatge elevat entre les duess’aplicava un voltatge elevat entre les dues
plaques metàl·liques d’un tub de vidre queplaques metàl·liques d’un tub de vidre que
contenia un gas a baixa pressió, es produïa unacontenia un gas a baixa pressió, es produïa una
dèbil fluorescència en la paret oposada adèbil fluorescència en la paret oposada a
l’elèctrode negatiu (càtode). Es van fer altresl’elèctrode negatiu (càtode). Es van fer altres
experiments col·locant unes aspes menudes, iexperiments col·locant unes aspes menudes, i
una creu, en les que es va observar que lesuna creu, en les que es va observar que les
aspes es movien i es produïa una ombra. Es vaaspes es movien i es produïa una ombra. Es va
deduir que s’emetia una radiació (deduir que s’emetia una radiació (raigsraigs
catòdicscatòdics) des del càtode (-) fins a l’ànode (+) i) des del càtode (-) fins a l’ànode (+) i
que les partícules que constituïen la radiacióque les partícules que constituïen la radiació
tenien massa, càrrega negativa i viatjaven entenien massa, càrrega negativa i viatjaven en
línia recta. Aquestes partícules van serlínia recta. Aquestes partícules van ser
batejades amb el nom d’batejades amb el nom d’electronselectrons..
Thomson va
establir un model
atòmic en el que
es considera
l’àtom com una
massa carregada
positivament amb
els electrons
incrustats.
3. EXPERIÈNCIA DE RUTHERFORD. MODEL DEEXPERIÈNCIA DE RUTHERFORD. MODEL DE
RUTHERFORDRUTHERFORD
Al 1911 E. Rutherford i els seusAl 1911 E. Rutherford i els seus
col·laboradors, Geiger i Marsden, vancol·laboradors, Geiger i Marsden, van
bombardejar una fina làmina d’or ambbombardejar una fina làmina d’or amb
partícules positivespartícules positives (raigs alfa) a gran(raigs alfa) a gran
velocitat. Van observar:velocitat. Van observar:
la major part travessaren la làmina sensela major part travessaren la làmina sense
canviar de direcció, com era d’esperar.canviar de direcció, com era d’esperar.
Algunes es van desviar considerablementAlgunes es van desviar considerablement
Unes poques partícules van rebotar cap aUnes poques partícules van rebotar cap a
la font d’emissió.la font d’emissió.
..
Rutherford va
proposar un model
en que la càrrega
positiva està
concentrada en el
nucli central. L’àtom
està buit i els
electrons giren al
voltant del nucli
atrets per la força
elèctrica.
4. CARACTERITZACIÓ DELS ÀTOMS:CARACTERITZACIÓ DELS ÀTOMS:
PARTÍCULES SUBATÒMIQUESPARTÍCULES SUBATÒMIQUES
Descobriment del protó: Experimentant amb tubs de descàrrega peròDescobriment del protó: Experimentant amb tubs de descàrrega però
amb el càtode perforat Goldstein va observar uns rajos que erenamb el càtode perforat Goldstein va observar uns rajos que eren
emesos per l’ànode (canals o anòdics) que es propagaven en sentitemesos per l’ànode (canals o anòdics) que es propagaven en sentit
contrari als catòdics. Aquestos rajos eren un flux de protons.contrari als catòdics. Aquestos rajos eren un flux de protons.
Descobriment del neutró: En 1932 Chadwick va descobrir aquestesDescobriment del neutró: En 1932 Chadwick va descobrir aquestes
partícules al bombardejar un àtom de Beril·li am partículespartícules al bombardejar un àtom de Beril·li am partícules αα..
xA
Z
Nombre atòmic (Z): És el nombre de protons.
Nombre màssic (A): És del nombre de neutrons més protons.
ISÒTOPS: són àtoms d’un mateix element que
tenen el mateix nombre atòmic (mateix nombre de
protons) però diferent nombre màssic (diferent
nombre de neutrons)
ClCl 37
17
35
17
umam 5'35)372447'0()357553'0( =⋅+⋅=
5. NATURALESA DE LA LLUMNATURALESA DE LA LLUM
La llum presenta una naturalesa DUALLa llum presenta una naturalesa DUAL
fc ⋅= λ
Naturalesa ondulatòria (Huygens): La llum és una
ona electromagnètica caracteritzada per la seua
longitud d’ona (λ) i la seua freqüència (f). Explica els
fenòmens de difracció i interferències.
Naturalesa corpuscular (Newton): La llum
està formada per partícules anomenats
FOTONS. M. Planck va proposar que
l’energia radiant està quantitzada. En 1905
Einstein explica l’efecte fotoelèctric: Al incidir
un fotó en una superfície metàl·lica, part
d’aquesta energia (umbral) s’emprea en
arrancar l’electró i la resta en augmentar la
seua Energia cinètica.
fhnE ⋅⋅=
2
0
2
1
vmfhfhEWE cextracciófotó
⋅⋅+⋅=⋅⇒+=
6. ESPECTRE ELECTROMAGNÈTICESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC
És el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques,És el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques,
caracteritzades per la seua longitud d’ona (freqüència ocaracteritzades per la seua longitud d’ona (freqüència o
energia). Les de menor longitud d’ona o majorenergia). Les de menor longitud d’ona o major
freqüència són les més energètiquesfreqüència són les més energètiques
La llum blanca, al travessar un
prisma es descompon en els
colors donant un espectre
continu.
7. ESPECTRES ATÒMICSESPECTRES ATÒMICS
Quan a un element en estat gasós se li subministra energia (descàrregaQuan a un element en estat gasós se li subministra energia (descàrrega
elèctrica, escalfament) emet radiacions de determinades longituds d’ona.elèctrica, escalfament) emet radiacions de determinades longituds d’ona.
Aquestes radiacions dispersades en un prisma es veuen com a ratlles. A laAquestes radiacions dispersades en un prisma es veuen com a ratlles. A la
imatge del conjunt d’aquestes ratlles se la coneix com aimatge del conjunt d’aquestes ratlles se la coneix com a espectre atòmicespectre atòmic
d’emissiód’emissió..
Igualment, si fem que la llum blanca travesse un element en estat gasós,Igualment, si fem que la llum blanca travesse un element en estat gasós,
aquest absorbeix una determinades radiacions que al ser dispersades peraquest absorbeix una determinades radiacions que al ser dispersades per
un prisma apareixen com a ratlles negres, ésun prisma apareixen com a ratlles negres, és l’espectre atòmic d’absorciól’espectre atòmic d’absorció..
Els espectres són característiques de cada element i serveixen per aEls espectres són característiques de cada element i serveixen per a
identificar-los.identificar-los.
Els espectres atòmics d’emissió i absorció per un mateix element sónEls espectres atòmics d’emissió i absorció per un mateix element són
complementaris.complementaris.
8. ESPECTRE DE L’ÀTOM D’HIDROGENESPECTRE DE L’ÀTOM D’HIDROGEN
J.J. Balmer va obtindre una relacióJ.J. Balmer va obtindre una relació
empírica per a les longituds d’onaempírica per a les longituds d’ona
associades a les ratlles de l’espectreassociades a les ratlles de l’espectre
d’hidrogen (d’hidrogen (Fórmula de BalmerFórmula de Balmer).).
RRHH és la constant de Rydberg, de valorés la constant de Rydberg, de valor
10967758 m10967758 m-1-1
Les distintes línies s’agrupen en sèries,
segons el nivell final:
Lyman nf=1 Balmer nf=2
Pachen nf=3 Bracket nf=4
Pfund nf=5
fi
if
H
nn
nn
R
>
−⋅= 22
111
λ
9. En 1913 N. Bohr proposà un model basant-se en la teoria quàntica de Planck:
1. Els electrons giren en òrbites circulars estacionaries
al voltant del nucli (sense emetre energia).
2. Sol són estables certes òrbites permeses
en les que es compleix
on n = 1, 2, 3, 4... (nombre quàntic principal).
A partir d’aquesta expressió s’arriba a altres relacions:
MODEL ATÒMIC DE BOHR IMODEL ATÒMIC DE BOHR I
Limitacions del Model de Rutherford:Limitacions del Model de Rutherford:
Segons la física clàssica l’electró al girar emet energia, per tantSegons la física clàssica l’electró al girar emet energia, per tant
disminuiria progressivament el seu radi fins autodestruir-se.disminuiria progressivament el seu radi fins autodestruir-se.
No explica els espectres atòmics.No explica els espectres atòmics.
2
ncter ⋅=
π2
h
nrvm ⋅=⋅⋅
2
n
cte
E −=
n=1
n=2
n=3
Augmenta
l’energia
10. MODEL ATÒMIC DE BOHR IIMODEL ATÒMIC DE BOHR II
3. Quan un àtom rep energia els electrons passen del seu estat
fonamental (menor energia) a un nivell superior (estat excitat).
Posteriorment, quan l’electró torna a la seua òrbita, l’àtom emet un
fotó corresponent a la ΔE entre els dos nivells.
fhEEE if
⋅=−=∆
INTERPRETACIÓ DELS ESPECTRES
A cada ratlla de l’espectre li correspon una
freqüència que està determinada per l’energia
de la radiació emesa o absorbida en un salt
electrònic. Apareixen tantes ratlles com
possibles saltos.
11. ANTECEDENTS AL MODEL MECANOQUÀNTICANTECEDENTS AL MODEL MECANOQUÀNTIC
Limitacions del Model de BohrLimitacions del Model de Bohr::
- No explica els espectres d’àtoms polielectrònics.No explica els espectres d’àtoms polielectrònics.
- No justifica els desdoblament observat en algunes línies de l’espectreNo justifica els desdoblament observat en algunes línies de l’espectre
d’hidrogen al utilitzar espectroscopis de major resolució.d’hidrogen al utilitzar espectroscopis de major resolució.
vm
h
⋅
=λHipòtesi de De Broglie: “Tota partícula en
moviment du associada una ona”.
En 1927 C. Davisson y G.P. Thomson van
establir patrons d’interferències i difracció
en feixos d’electrons,
Principi d’indeterminació de Heisenberg:
no es poden determinar simultàniament i
amb total precisió la posició i la velocitat
d’una partícula. Davant l’impossibilitat de
localitzar exactament l’electró, es renuncia al
concepte d’òrbita i es parla de probabilitat
de trobar l’electró. π2
h
px ≥∆⋅∆
12. MODEL MECANOQUÀNTICMODEL MECANOQUÀNTIC
En 1926 E. Schrödinger formulà una funció matemàticaEn 1926 E. Schrödinger formulà una funció matemàtica
anomenada funció d’onaanomenada funció d’ona ψ que descriu l’estat energèticψ que descriu l’estat energètic
d’un electró en l’àtom.d’un electró en l’àtom.
Aquesta ψ ha de verificar una equació matemàticaAquesta ψ ha de verificar una equació matemàtica
(equació de Schrödinger)(equació de Schrödinger)
La resolució de l’equació exigeix la introducció de tresLa resolució de l’equació exigeix la introducció de tres
paràmetres anomenatsparàmetres anomenats nombres quànticsnombres quàntics (n, l, m) que(n, l, m) que
limiten les solucions. Cadascuna de les solucions (amblimiten les solucions. Cadascuna de les solucions (amb
els valors d’energia permesos) defineix unels valors d’energia permesos) defineix un orbitalorbital..
La funció d’ona ψ no té significat físic, però els seuLa funció d’ona ψ no té significat físic, però els seu
quadrat ψquadrat ψ22
proporciona la probabilitat de localitzarproporciona la probabilitat de localitzar
l’electró per una zona de l’espai.l’electró per una zona de l’espai.
13. NOMBRES QUÀNTICSNOMBRES QUÀNTICS
UnUn ψ està definit per tres nombres quàntics (n,l,m),mésψ està definit per tres nombres quàntics (n,l,m),més
un quart nombre quàntic (s) que identifica l’electró.un quart nombre quàntic (s) que identifica l’electró.
NombreNombre
quànticquàntic
SímbolSímbol ValorsValors
possiblespossibles
InformacióInformació
PrincipalPrincipal nn 1,2,3...1,2,3...∞∞ Energia del nivellEnergia del nivell
principal. Grandària delprincipal. Grandària del
orbitalorbital
SecundariSecundari ll 0,1,2,3...n-10,1,2,3...n-1
s,p,d,fs,p,d,f
Energia del subnivell.Energia del subnivell.
Forma del orbitalForma del orbital
MagnèticMagnètic mm --ll...0....+...0....+ll Orientació de l’orbitalOrientació de l’orbital
SpinSpin SS ++½½, -, -½½ Gir de l’electró sobre siGir de l’electró sobre si
mateixmateix
15. ORBITALSORBITALS
Tipus s (Tipus s (ll=0): forma=0): forma
esfèricaesfèrica
Tipus p (Tipus p (ll=1): forma=1): forma
d’el·lipsoides de revoluciód’el·lipsoides de revolució
que es poden orientar enque es poden orientar en
els 3 eixos deels 3 eixos de
coordenades.coordenades.
Tipus d (l=1): formaTipus d (l=1): forma
d’el·lipsoides de revoluciód’el·lipsoides de revolució
que s’orienten en els plansque s’orienten en els plans
que formen els eixos.que formen els eixos.
L’Energia d’un orbital depèn
dels valor dels nombres
quàntics n i l, però no de m.
Els orbitals d’un mateix
subnivell estan degenerats
(mateixa energia).
16. CONFIGURACIONS ELECTRÒNIQUESCONFIGURACIONS ELECTRÒNIQUES
La situació més estable és la deLa situació més estable és la de
mínima energia, per això elsmínima energia, per això els
electrons es situen ocupant elelectrons es situen ocupant el
orbitals de menor a major energia.orbitals de menor a major energia.
L’energia d’un orbital augmenta alL’energia d’un orbital augmenta al
incrementar-se el valor de n+incrementar-se el valor de n+ll
(diagrama de Möller).(diagrama de Möller).
Principi d’exclusió de PauliPrincipi d’exclusió de Pauli: no: no
poden existir dos electrons ambpoden existir dos electrons amb
els 4 nombres quàntics idèntics.els 4 nombres quàntics idèntics.
Per tant en un orbital no pot hiPer tant en un orbital no pot hi
haver més de 2 electrons ambhaver més de 2 electrons amb
spins paral·lels.spins paral·lels.
Regla de HundRegla de Hund: quan s’ompli un: quan s’ompli un
subnivell amb diferents orbitalssubnivell amb diferents orbitals
degenerats, els electrons romanendegenerats, els electrons romanen
sense parella mentre siga possiblesense parella mentre siga possible
mantenint els seus spins paral·lels.mantenint els seus spins paral·lels.
17. METALLS DE TRANSICIÓMETALLS DE TRANSICIÓ
Alguns metalls de transició presenten irregularitats en laAlguns metalls de transició presenten irregularitats en la
configuració electrònica quan hi possibilitat d’orbitalsconfiguració electrònica quan hi possibilitat d’orbitals
ocupats o semiocupats, que són més estables per estarocupats o semiocupats, que són més estables per estar
afavorides energèticament.afavorides energèticament.
4s2
3d4
4s1
3d5
Quan es forma un ió d’un metall de transició es perden els
electrons ns abans que els (n-1)d.
Zn (Z=30)= 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
3d10
Zn2+
= 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
3d8
(incorrecte)
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
3d10
(correcte)
18. ACTIVITATSACTIVITATS
DESCOBRIMENT DE PARTÍCULES SUBATÒMIQUESDESCOBRIMENT DE PARTÍCULES SUBATÒMIQUES
Activitats 22 i 25Activitats 22 i 25
NATURALESA DE LA LLUM. ESPECTRES ATÒMICS.NATURALESA DE LA LLUM. ESPECTRES ATÒMICS.
MODEL ATÒMIC DE BOHR.MODEL ATÒMIC DE BOHR.
Amb la fòrmula de Balmer calcula la longitud d'ona dels salts electrònics (n=4 a n=2 i n=3 a n=2)Amb la fòrmula de Balmer calcula la longitud d'ona dels salts electrònics (n=4 a n=2 i n=3 a n=2)
Activitats 7, 33 (a), 37, 40Activitats 7, 33 (a), 37, 40
MODEL MECANOQUÀNTICMODEL MECANOQUÀNTIC
Activitats 9Activitats 9
NOMBRES QUÀNTICS I NIVELLS D'ENERGIANOMBRES QUÀNTICS I NIVELLS D'ENERGIA
Activitats 11, 12, 13, 44, 45, 46Activitats 11, 12, 13, 44, 45, 46
GRANDÀRIA, FORMA I ENERGIA DELS ORBITALSGRANDÀRIA, FORMA I ENERGIA DELS ORBITALS
Activitats 14, 15, 42Activitats 14, 15, 42
PRINCIPI DE CONSTRUCCIÓ. CONFIGURACIONS ELECTRÒNIQUESPRINCIPI DE CONSTRUCCIÓ. CONFIGURACIONS ELECTRÒNIQUES
Activitat 18, 19, 49, 50, 51(a), 52, 53, 55, 56 i 58Activitat 18, 19, 49, 50, 51(a), 52, 53, 55, 56 i 58
