1213 tema 3 - teoria atomica-1

Tema 3 – Teoria Atòmica
FÍSICA/QUÍMICA 3r d’ESO
Curs 2012 - 2013
EUROPA INTERNATIONAL SCHOOL
Tema 3
Teoria Atòmica
• TEORIES ATÒMIQUES
• MODELS ATÒMICS
• MODEL ATÒMIC ACTUAL
- -
-
-
+ -
-
+++
TEORIES ATÒMIQUES
Pensadors grecs:
Resposta als fenòmens que tenien lloc al món.
Atomistes
Aristòtil ( s IV a.C)
Leucip (s.V a.C) Demòcrit (s. V-VI a.C)
 Terra
 Aigua
Àtom
 Foc
Partícules molt petites i indivisibles
 Aire
• Homogenis
• Forma i mida
Calent
Fred
Sec
Humit
• Unió en funció de la seva forma
Com poden donar lloc a les diferents
substàncies que observem?
Canvis deguts a la variació dels
elements.
La Tª dels 4 elements perdura fins a la meitat del s. XVII
Evolució històrica:
1.Els primers en intentar explicar els fenòmens que passaven
al món van ser els grecs. Els quals van plantejar dues vies
que explicaven aquests fenòmens: Atomistes i Aristotelians.
2.Atomistes: Aquests van explicar els canvis que tenien lloc
recorrent al concepte d’àtom (paraura d’origen grec que
significa indivisible). Per a aquests, els àtoms eren
partícules molt petites i indivisibles que es movien per
l’espai i que eren homogenis, per a la mateixa substància, i
es distingien per la seva forma i mida. Però hi havia un
problema en aquesta concepció, com era possible que si
tots els àtoms són homogenis i de la mateixa substància
observéssim diferències qualitatives a la natura? Aquest
problema el van resoldre afirmant que era degut a
l’apreciació subjectiva. NO SEMBLA GAIRE SERIÓS, oi?
3.Aristòtil: Al segle IV abans de Crist va proposar que tots
els cossos estan formats per quatre elements diferents:
terra, aigua, foc i aire. Cada element té dues de les
quatre qualitats fonamentals (calent, fred, sec i humit).
Per tant una substància té unes qualitats que li vénen
donades per la proporció de cadascun dels quatre
elements i de les qualitats d’aquests). Els elements són
entitats teòriques i no es planteja la seva separació, amb
la qual cosa, qualsevol canvi suposa el canvi d’un
element i/o proporció d’aquest en la matèria.
4.La Tª dels 4 elements desenvolupada per Aristòtil es
manté fins a mitjans del s.XVII. Es a dir més de 2000
anys.
MODELS ATÒMICS
• JOHN DALTON
• J.J. THOMSON
-
• ERNEST RUTHERFORD
-
-
-
-
+
-
-
• NIELS BOHR
+
++
-
JOHN DALTON – Lleis de la Química
Llei de la conservació de
massa.
Lavoisier, 1789
Llei de la composició
definida o constant.
Proust, 1801
La llei de les proporcions
múltiples.
Dalton, 1808
Llei de la conservació de la massa: durant les reaccions
els àtoms no es creen ni es destrueixen, si no que es
distribueixen de manera diferent.
Llei de les proporcions definides: si dos o més elements
es combinen per formar un determinat compost ho fan
en una relació de masses invariable.
Llei de les proporcions múltiples: els compostos es
formen per la unió d’àtoms de diferents elements, i ho
fan en una relació de nombres sencers.
TEORIA ATÒMICA DE JOHN DALTON
Dalton, cap a principis del segle XIX, va proporcionar la
primera teoria atòmica. En aquesta teoria els àtoms i els
elements, tot i tenir diferent concepte, s’agrupen dins la
mateixa entitat teòrica i cada element s’associa a un tipus
d’àtom. Això limita el nombre d’elements.
En resum, la Teoria de Dalton que es va donar a conèixer
al 1808, deia que:
• Els elements estan formats per àtoms (partícules molt
petites i indivisibles (concepció atomista).
• Els àtoms d’un mateix element són idèntics tant en la
massa com a la resta de les seves propietats.
• Els àtoms de diferents elements són diferents entre sí,
en particular en la seva massa.
JOHN DALTON – Model atòmic
1808
Partícules
Tª atòmica de Dalton
• Esfèriques
• Minúscules
• Immutables
John Dalton
J.J. THOMSON – Experiment del tub de raigs catòdics
Bomba
de buit
Pantalla
Diafragma
Càtode
- +
fluorescent
Ànode
Plaques
metàl·liques
• JOSEPH JOHN THOMSON al qual anomenaven J.J els seus
amics, va realitzar experiments en un tub de raigs catòdics similar al
que es mostra a la figura.
• A aquest tub, prèviament se li havia eliminat l’aire del seu interior. A
mesura que s’elimina el gas, i per tant disminueix la pressió, el gas
continua conduint l’electricitat, però la lluminositat baixa fins que
finalment deixa d’emetre llum.
• Aleshores apareix una radiació invisible, que al dibuix apareix com a
verd fluorescent, que té la propietat d’activar la substància
fluorescent de la pantalla fluorescent. Per a que tingui lloc aquest
fenòmen cal que la pressió del gas sigui d’aproximadament 0.0001
atm. La pressió atmosfèrica a Barcelona és aproximadament 1 atm.
• Aquesta radiació invisible, s’origina al càtode. A continuació es fa
passar per un diafragma que limita el seu gruix.
• Si no hi ha camp elèctric ni magnètic, el feix “invisible” segueix recte
i incideix al centre de la pantalla fluorescent.
J.J. THOMSON – Experiment del tub de raigs catòdics
Bomba
de buit
Pantalla
Diafragma
Càtode
- +
fluorescent
Ànode
Plaques
metàl·liques
J.J. THOMSON – Experiment del tub de raigs catòdics
Bomba
de buit
-
Pantalla
Diafragma
Càtode
- +
fluorescent
Ànode
+
Plaques
metàl·liques
•
•
Però si es connecten les dues plaques metàl·liques a una font d’elevat
voltatge, el feix es desvia cap a baix degut a la càrrega positiva de la placa
inferior, seguint una trajectòria parabòlica.
Per tant calia pensar que les partícules que formaven el feix havien de ser
partícules amb càrrega negativa.
Les experiències de Thomson amb el tubs de raigs catòdics demostren que:
1- Els raigs catòdics són partícules de càrrega negativa.
2- Són idèntics en tot tipus de materials.
MODEL DE THOMSON
El Model atòmic de Thomson, és el model que proposà a principis del segle
XX J. J. Thomson per a descriure l'estructura dels àtoms:
Consisteix en una esfera de material amb càrrega positiva(+) que en el seu
interior té partícules amb càrrega negativa (-) disposades aleatòriament,
com en el cas de les llavors d'una síndria, que es poden separar fàcilment.
A aquestes partícules les va anomenar electrons.
J.J. THOMSON
me= 9 x 10 –31 kg
qe= - 1.6 x 10-9 C
J.J. THOMSON – Model atòmic
- +
1897
Model Atòmic
de Thomson
• Esfera +
• Electrons
incrustats
J.J.
Thomson
•
Donat que les partícules del feix provenien del càtode, es va deduir que els
electrons formaven part de les partícules que integraven el càtode. LA
TEORIA DE QUE ELS ÀTOMS EREN INDIVISIBLES VA DEIXAR DE SER
VÀLIDA.
•
Per altra banda donat que els raigs catòdics eren iguals independentment
del tipus de càtode o del gas del tub, es va arribar a la conclusió que els
electrons eren presents en els àtoms de totes les substàncies.
•
A partir d’aquests fets, Thomson va proposar el primer model que intentava
explicar la constitució de l’àtom. Aquest model proposava una esfera de
càrrega positiva, distribuïda en el volum de l’àtom (10 –10 m) i amb les
partícules amb càrrega negativa disposades de manera ordenada a
l’interior d’aquesta esfera. De manera que s’obtenia un àtom elèctricament
neutre (igual nombre de càrregues positives i negatives).
•
El 1906 Thomson va obtenir el premi Nobel.
E. RUTHERFORD - Experiment amb partícules a i una làmina d’or
Làmina d’or
Font de partícules α
Feix de partícules α
Caixa de plom
Pantalla fluorescent
• Rutherford va fer un experiment emetent partícules alfa a una
làmina d’or molt fina tal i com mostra la figura.
• El resultat obtingut va ser sorprenent, ja que tot i que la majoria de
partícules alfa travessaven la làmina d’or i incidien en la pantalla
fluorescent, tal com s’esperava ja que es suposava que la massa i
la càrrega estaven distribuïdes uniformement per tot el volum de
l’àtom, algunes partícules alfa es desviaven molt i d’altres
rebotaven a la làmina.
• Quina era l’explicació a aquest fet? Doncs que les partícules alfa
haguéssim xocat amb alguna “cosa” (amb molta més massa) i amb
càrrega positiva. El fet que fossin molt poques les partícules que
rebotaven 1 o 2, indicava que aquesta “cosa” contra la que
xocaven era molt petita respecte a la mida de l’àtom. A partir dels
angles que es desviaven les partícules alfa, va calcular el radi del
nucli, aproximadament 10 –14 m.
• Aquestes partícules tant petites, carregades positivament i que
formaven part dels àtoms, les va anomenar nuclis.
E. RUTHERFORD – Model atòmic
1911
-
Model Atòmic
de Rutherford
-
-
-
-
+
-
E.Rutherford
-
-
Rutherford va suggerir un nou model atòmic en el que es proposava:
1.El nucli és un part molt petita de l’àtom i té càrrega positiva.
2.El nucli és tan petit que és poc probable que una partícula alfa xoqui
contra ell o bé passi a prop i sigui desviada.
3.El nucli té una massa molt superior a la de les partícules alfa.
4.La càrrega del nucli és positiva ja que quan una partícula alfa xoca és
repel·lida.
5.L’àtom està gairebé buit i els electrons estan allunyats del nucli ja que la
majoria de les partícules alfa travessen la làmina sense rebotar o ser
desviades.
6.Les partícules no es desvien pels electrons ja que aquests pesen molt
més que aquests.
7.La major part de la massa de l’àtom es concentra al nucli.
8.Els electrons giren al voltant del nucli descrivint òrbites.
• El model de Rutherford s’ha comparat amb el sistema solar, en el qual el
sol seria el nucli i els planetes els electrons. Per això es diu que el model
atòmic de Rutherford és un model nuclear planetari.
• Rutherford va obtenir el premi Nobel el 1919.
E. RUTHERFORD – Model atòmic
Característiques de les partícules subatòmiques:
partícula
massa
càrrega
elèctrica
situació de
la partícula
Protó
1,672·10-27
kg
+ 1,602·10-19 C
Nucli
Neutró
1,674·10-27
kg
0
Nucli
Electró
9,109·10-31
kg
– 1,602·10-19 C
Escorça
E. RUTHERFORD
Característiques de les partícules subatòmiques:
partícula
massa
càrrega
elèctrica
situació de
la partícula
Protó
1
+1
Nucli
Neutró
1,002 ≈ 1
0
Nucli
Electró
0,0009 ≈ 0
-1
Escorça
N. BOHR – Model atòmic
+
++
+
++
1913
Model Atòmic
de Bohr
N. Bohr
+
++
+
++
El model de Bohr vol explicar el comportament
dels electrons dels àtoms a través dels espectres
de llum i diferents nivells energètics. El model
consisteix en:
Els electrons tenen uns estats definits segons el
moviment i ocupen determinades òrbites.
Aquestes òrbites són estacionàries, i en elles,
l’electró no emet energia. L’energia cinètica de
l’electró equilibra exactament l’atracció entre les
càrregues oposades de nucli i electró.
• Niels Bohr va obtenir el premi Nobel de Física el
1922 pel seu primer model basat en la quantificació
de l’energia.