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.