1. Introducere
Încă din antichitate s-a pus problema găsirii celei mai mici părţi în care se poate
diviza materia. Filozofii greci, în frunte cu Democrit (secolul V î.Hr.), afirmau că lumea
înconjurătoare este alcătuită din atomi, adică din particule indivizibile şi veşnice (în limba
greacă, atomos înseamnă indivizibil).
În 1803 J. Dalton, fizician şi chimist englez, a elaborat o teorie atomică proprie care
explică legea proporţiilor multiple afirmând că din moment ce substanţele se combină numai
în proporţii integrale, atomii trebuie să existe la baza materiei.
În secolul al XIX-lea s-au făcut progrese în concepţia atomistă 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 – „cozonac cu stafide” – atomul era reprezentat ca o sferă cu
sarcină electrică pozitivă distribuită în tot volumul, iar în aceasta „înoată” electronii
negativi.
– –– 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).
– –– 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. Schrodinger (1933).
1|Pagină
2. 1. Modelul atomic al lui Rutherford
Propunerea modelului atomic planetar s-a făcut în urma observaţiilor realizate cu
ocazia unor experimente care urmăreau efectul bombardării unor foiţe de metale grele cu
radiaţii α (ioni de He2+):
S-a constatat difuzia şi devierea particulelor α prin foiţe subţiri de metale grele,
considerându-se că respingerea particulelor α (conform direcţiei 4 din figură) este cauzată de
impactul cu o zonă de sarcini pozitive care conţine cea mai mare parte din masa atomului de
metal greu (nucleul). Trecerea celor mai multe particule α nedeviate (conform direcţiei 1 din
figură) prin foiţa metalică se datorează faptului că zona din jurul nucleului unui atom este
aproape „goală”, iar devierea mică a unor particule (conform direcţiilor 2 şi 3 din figură) se
explică prin respingerea electrostatică produsă de nucleele metalului greu, care nu sunt
ciocnite de aceste particule. S-a ajuns la concluzia că materia are structură lacunară, atomii
fiind constituiţi din nuclee pozitive, dispuse în centrul atomilor, în jurul lor rotindu-se pe
orbite circulare electronii (cu sarcină negativă, în număr egal cu sarcinile pozitive din nucleu),
la fel ca planetele în jurul Soarelui.
Deficienţa modelului atomic constă în imposibilitate explicării stabilităţii atomului.
Conceput potrivit legilor mecanicii clasice, modelul lui Rutherford nu putea răspunde la
următoarea întrebare:
„De ce nu cad electronii la un moment dat pe nucleu, ştiut fiind că o sarcină electrică în
mişcare accelerată pierde continuu din energia sa prin radiaţie electromagnetică?”
2. Modelul atomic al lui Bohr
Teoria cuantelor a putut explica spectrele atomice de emisie, obţinute prin descărcări
electrice în gaze rarefiate sau prin excitarea elementelor într-o flacără, arc electric sau scânteie
electricã. Ea stã la baza primului model teoretic al atomului de hidrogen elaborat de către
Niels Bohr, care înlătură deficienţele modelului planetar al lui E.Rutherford. Bohr preia
modelul planetar al lui Rutherford pentru atomul de hidrogen şi îi aplică teoria cuantelor.
Modelul lui Bohr este aplicabil atomului de hidrogen şi ionilor hidrogenoizi (ionii: He+, Li+2,
Be+3, etc., adică ioni care au un singur electron în câmpul de sarcini Ze al nucleului)
2|Pagină
3. Modelul atomic al lui Bohr se bazează pe douã ipoteze:
1) Prima ipotezã legatã de orbitele atomice, presupune cã electronul se roteşte în jurul
nucleului numai pe anumite orbite circulare, permise, staţionare, fără a emite sau absorbi
energie radiantã. Electronul se menţine datoritã compensării forţei centrifuge cu forţa de
atracţie coulombiană , după cum este reprezentat în figura de mai jos:
2) A doua ipotezã emisã de Bohr, se referã la faptul cã în mişcarea sa pe orbita
permisã, electronul nu emite si nici nu absoarbe energie. Atomul poate absorbi sau
emite energie radiantã de o anumitã frecventã, numai discontinuu, corespunzând unor
tranziţii electronice care dau naştere liniilor spectrale.
Deficienţa modelului atomic al lui Bohr constă în posibilitatea explicării spectrelor de
emisie si energiei de ionizare numai pentru sistemele monoelectronice (atomul de hidrogen şi
ionii hidrogenoizi).
3|Pagină
4. 3. Modelul atomic Bohr-Sommerfeld
În anul 1915, fizicianul german Arnold Sommerfeld, a dezvoltat modelul atomic al lui
Bohr, elaborând modelul Bohr-Sommerfeld, pentru a explica structura finã a liniilor din
seriile spectrale ale hidrogenului. El a presupus cã orbitele staţionare descrise de electron în
jurul nucleului atomic sunt nu numai circulare ci si eliptice. In modelul atomic Bohr-
Sommerfeld, unei orbite circulare cu număr cuantic principal n, îi corespund (n-1) orbite
staţionare eliptice. In consecinţã, fiecare orbitã circularã a lui Borh se descompune în (n-1)
elipse cu excentricităţi diferite, rezultând o familie de orbite pentru fiecare număr cuantic
principal n>1.
Orbita cu l=0 are o simetrie circularã, iar cele cu l=1,2,...n-1, elipticã .
Pentru caracterizarea mişcării electronului, Sommerfeld utilizează numerele
cuantice: n - principal; l - secundar, azimutal sau orbital; s - de spin si m - magnetic.
n - numărul cuantic principal, indicã semiaxa mare a orbitei eliptice; ia valori
1,2,3,4,...n sau l ≤ n ≤ ∞; reprezintă straturile electronice K, L, M, N, O, P, Q. In esenţă el
determinã atât energia totalã a electronului care ocupã un orbital, cât si dimensiunea
orbitalului. Numărul maxim de electroni ce corespund unui strat cu număr cuantic principal n
este dat de relaţia:
l - număr cuantic secundar, orbital, azimutal, indicã semiaxa micã a orbitei eliptice
reprezentând momentul unghiular al electronului pe orbitã si substrat; are valorile
l = 0,1,2,3,..... sau 0 ≤ 1 ≤ n-1. Pentru l=0 orbita e circularã, l≠0 orbita este elipticã.
m - numărul cuantic magnetic, indicã poziţia (orientarea) orbitei electronice într-un
câmp magnetic şi are valori negative şi pozitive, în total 2l+1 valori:
-l .....-2 ,-1, 0, 1, 2, ..... +l sau -l ≤ m ≤ +l
s - numărul cuantic de spin, caracterizează mişcarea de rotaţie a electronului în jurul
propriei sale axe, având valorile +1/2 sau -1/2.
Pentru diferite valori ale numărului cuantic principal, numărul de orbitali şi de
electroni este indicat în tabelul 1.
4|Pagină
5. Deşi perfecţionat faţă de modelul lui Bohr, modelul atomic Bohr-Sommerfeld, îşi
limitează aplicabilitatea numai la atomul de hidrogen şi ionii hidrogenoizi, nepermiţând
interpretarea spectrele atomilor cu mai mulţi electroni (a heliului si a atomilor mai grei) sau
comportarea lor magneticã. Modelul propus nu este nici consecvent clasic, nici consecvent
cuantic (stările energetice staţionare se calculează cu relaţii clasice, numerele cuantice şi
condiţiile de cuantificare sunt introduse arbitrar).
4.Modelul ondulatoriu staționar
(modelul atomic al mecanicii cuantice)
1923 – L.V. de Broglie (premiul Nobel pentru fizică în 1929) introduce ideea de dualitate
particulă – undă a materiei: un electron sau orice altă particular subatomică se poate
comporta atât corpuscular, cât şi ondulatoriu, adică, o particulă elementară în mişcare are
asociată o undă a cărei lungime de undă variază cu energia sa.
1926 – E. Schrodinger (premiul Nob
el pentru fizică în 1933) elaborează prima lucrare de
mecanică ondulatorie redată în Ecuaţia lui Schrodinger care:
– –– arată caracterul ondulatoriu al mişcării electronului în atom, descris de o funcţie de
undă, Ψ;
– –– arată în termenii mecanicii cuantice că energia totală a unei particule (electronului)
cu masa m, care se mişcă într-un spaţiu este suma dintre energia cinetică şi energia
potenţială;
– –– are soluţii numai pentru acele valori ale energiei totale care reprezintă energiile
electronului în stările staţionare, stări caracterizate de numerele cuantice: n, l, m, s,
deci, energia electronului în atom este cuantificată (limitată la valori discrete).
1927 – W. Heisenberg (premiul Nobel pentru fizică în 1932) enunţă principiul
incertitudinii: determinarea simultană a poziţiei şi momentului cinetic unui electron este
imposibilă; cu cât valoarea uneia dintre mărimi este calculată cu mai multă precizie, cu
atât valoarea celeilalte este mai imprecisă.
CONCLUZII:
– –– comportarea electronului în atom este caracterizată de nu merele cuantice: n, l, m, s.
– –– în mişcarea sa în jurul nucleului electronul nu are o traiectorie precisă, numai
probabilitatea prezenţei electronului în spaţiul din jurul nucleului este măsurabilă →
definirea orbitalului atomic = regiunea de spaţiu din jurul nucleului unde
probabilitatea de a găsi un electron este cea mai mare (aproximativ 90%).
5|Pagină
8. Tipuri de lasere. Aplicaţii
Laserul cu rubin este format dintr-un mic cilindru de rubin sintetic (oxid de aluminiu impurificat
cu ioni de crom trivalent), ale cărui feţe terminale sunt prelucrate optic şi acoperie cu un strat de argint,
astfel încât una dintre feţe este complet opacă, iar cealaltă are o transparenţă de 4%. Culoarea rubinului
este dependentă de concentraţia oxidului de crom (Cr2O3) în oxidul de aluminiu (Al2O3). În cazul
rubinului sintetic folosit ca mediu activ concentraţia ionilor de Cr3+ în safir (Al2O3) este de 0,05%, iar
culoarea roz a rubinului se datorează faptului că acesta absoarbe radiaţiile corespunzătoare celorlalte
culori (albastru, verde etc.). Inversia de populaţie se realizează prin pompaj optic, cu ajutorul unui tub cu
descărcare electrică în formă de spirală, care înconjoară mediul activ şi care conţine xenon la o presiune
de câteva sute de torr. În timpul descărcării ( secunde) xenonul emite radiaţii verzi (5700 Å) şi albastre
(4000 Å) care sunt absorbite de ionii de crom din rubin. Astfel ionii de crom trec din starea fundamentală
(4A2) în stările excitate (4F2 şi 4F1), care au un timp de viaţă mediu de aproximativ . Dezexcitarea
acestor stări are loc prin tranziţii neradiative, în care energia pierdută de ionii de crom este transformată în
energie termică a reţelei cristaline, astfel că are loc o încălzire puternică a mediului activ. Pentru a evita
supraîncălzirea rubinului se foloseşte un dispozitiv de răcire.
8|Pagină
9. Laserul cu rubin este folosit la măsurarea distanţei până la un satelit, la microsudura în puncte cu acces dificil,
în holografia ultrarapidă, la studiul efectului Raman stimulat etc.
Laserul cu He-Ne este format dintr-un tub de sticlă în care se află un amestec de heliu şi neon
(presiunile parţiale pentru He şi Ne sunt respectiv de 1 torr şi 0,1 torr). Tubul de sticlă este prevăzut cu
doi electrozi între care se aplică o tensiune ce variază de la câţiva kV la zeci de kV, în funcţie de
lungimea tubului de descărcare şi diametrul acestuia, iar curentul ce apare este în general de ordinul a
5-20 mA. Tubul laser este închis cu ajutorul a două ferestre plane, înclinate sub un unghi Brewster, astfel
încât radiaţia emergentă să fie polarizată liniar. Rezonatorul optic este format dintr-o oglindă plană O1 şi
o oglindă sferică O2 . În urma ciocnirilor dintre electronii acceleraţi şi atomii de heliu aflaţi în starea
fundamentală (11S) are loc trecerea acestor atomi în starea excitată (21S). Prin ciocnirea atomilor de heliu
excitaţi cu atomii de neon aflaţi în starea fundamentală, are loc un transfer de energie de la heliu la neon,
astfel că atomii de neon trec în starea excitată 3s2. Se realizează astfel o inversie de populaţie între stările
atomilor de neon 3s2 şi 2p4, obţinându-se efect laser între aceste stări. Radiaţia laser considerată are
lungimea de undă Å. Laserul cu He-Ne funcţionează în regim continuu.
Laserul cu He-Ne este folosit în spectroscopie, telecomunicaţii, holografie, în dispozitive de aliniere, în
metrologie, pentru obţinerea unor etaloane de lungime şi timp, în transporturi aeriene şi maritime
(utilizarea giroscoapelor laser) etc.
Laserul cu argon ionizat este un laser ionic folosit în spectroscopie şi la prelucrarea unor
materiale speciale.
9|Pagină
10. Laserul cu CO2 este un laser molecular, folosit la separarea izotopilor, la topirea unor materiale
refractare, în comunicaţii (radiaţia emisă de acest laser se găseşte în fereastra de transmisie a atmosferei)
etc.
Laserele cu coloranţi au ca mediu activ un colorant lichid şi sunt folosiţi în special în
spectroscopie, datorită proprietăţii de acordabilitate (frecvenţa de lucru poate fi variată într-un interval
foarte mare).
Laserul cu arseniură de galiu (GaAs) face parte din categoria laserelor cu semiconductoare, fiind
folosit în special în comunicaţii.
Laserul chimic cu iod-oxigen emite în infraroşu apropiat (m 315,1 μ=λ) şi are o putere foarte
mare (35 kW în regim de curgere supersonică). Această radiaţie se propagă foarte bine în atmosferă şi în
sticlă, dar este absorbită puternic de metale. Datorită acestor proprietăţi este folosit în cercetări
aerospaţiale.
Pe de o parte eu sînt pentru de fizica atomică. Deoarece cu ajutorul ei sau făcut multe descoperiri care ne
ajută mult în viața cotidiană. Cu ajutorul ei am aflat din ce este făcută materia și diferite corpuri. Cu
ajutorul acestei fizici sau făcut alte descoperiri în alte domenii.Și eu cred că oamenii nu se vor opri aici .
Dar pe de altă parte am și un argument contra, deoarece cu ajutorul fizicii atomice s-a făcut bomba
atomică care are proprietatea de a distruge tot ce are în cale. Cu această armă poate în cîteva minute, chiar
și secunde să dispară întreaga omenire. Cum au fost distruse Herosima și Nagasaki.
Concluzie:
Pe parcursul efectuării acestui referat am aflat multe lucruri interesante. Care mai înainte nu le știam. Am
aflat care sînt tipurile de lasere . Cum fiecare spunea despre viziunea sa despre atom. Eu consider că
cunoașterea structurii atomului este foarte necesar.
10 | P a g i n ă
