Models atomicsincomplet

29
Models atòmics Física i Química 1r Batxillerat - IES Sant Vicent Ferrer - Algemesí

Transcript of Models atomicsincomplet

Page 1: Models atomicsincomplet

Models atòmicsFísica i Química 1r Batxillerat - IES Sant Vicent Ferrer -

Algemesí

Page 2: Models atomicsincomplet

L’àtom és divisible: fenòmens que ho suggereixen

La conductivitat elèctrica de les dissolucions i la teoria de la dissociació iònica

Les experiències en tubs de gasos incandescents (raigs catòdics i anòdics) i el descobriment de l’electró, la primera partícula subatòmica, i del protó

L’estudi de la radioactivitat: els raigs α, β i γ

Els models de Thomson i Rutherford

L’experiència de Rutherford

Page 3: Models atomicsincomplet

Els orígens de l’electroquímica

A principis del segle XIX, Davy i Faraday investigaren la conductivitat elèctrica de certes dissolucions anomenades ELECTRÒLITS, on la conducció elèctrica anava acompanyada d’una reacció d’ELECTRODESCOMPOSICIÓ o ELECTRÒLISI

Per a explicar-ho postularen l’existència d’àtoms amb càrrega elèctrica, els anomenats: IONS. N’hi havia de dos tipus: ANIONS (-) i CATIONS (+). Foren els inicis de la teoria iònica

La teoria de la DISSOCIACIÓ IÒNICA de Svante Arrhenius amplià aquestes hipòtesis explicant que les substàncies iòniques en dissoldre-les es separaven en ions positius i ions negatius, portadors de càrrega neta

Si els ÀTOMS poden ser portadors de càrrega neta i discreta, haurien d’estar constituïts per partícules més petites portadores de càrrega que es puguen intercanviar, però com seria això possible si els ÀTOMS QUÍMICS són INDIVISIBLES!!!

Page 4: Models atomicsincomplet

Michael Faraday(1791-1867)

Humphry Davy(1778-1829)

Electròlisi de l’aigua

Page 5: Models atomicsincomplet

Svante Arrhenius(1859-1927)

Autor de la teoria de la dissociació

iònica

Què queda de l’ÀTOM INDIVISIBLE i IMMUTABLE de la TEORIA ATÒMICA de John DALTON?

John Dalton(1766-1844)

Page 6: Models atomicsincomplet

Descàrregues en tubs de gasos

Els raigs catòdics: tenen càrrega elèctrica negativa (es desvien en presència d’un imant), interaccionen amb objectes sòlids (tenen massa), fan ombres nítides (es propaguen en línia recta), semblen procedir del càtode (-)

Page 7: Models atomicsincomplet

Els raigs catòdics fan ombres en els obstacles, perquè es propaguen en línia recta

Page 8: Models atomicsincomplet

El descobriment de l’electró

Els experiments de J.J. Thomson (1897) demostraren que els raigs catòdics estaven formats per partícules de càrrega negativa que s’anomenaren electrons. Els resultats donaren una relació q/m = 1,76·1011 C/kg, independentment de la naturalesa del gas

Page 9: Models atomicsincomplet

La càrrega de l’electró

L’experiment de les gotes d’oli, fet per Robert Millikan (1909), donà com a resultat una càrrega bàsica que correspondria a la càrrega dels electrons. En unitats del S.I. resulta ser: qe = -1,6·10-19 C

Page 10: Models atomicsincomplet

Quina és la massa d’un electró?

Dels experiments de Thomson coneixem la relació q/m

Dels experiments de Millikan coneixem qe

Per tant: q/m = 1,76·1011 C/kg

qe = 1,6·10-19 C

aïllem m = 1,6·10-19 / 1,76·1011 kg = 9,09·10-31 kg

Però què significa el resultat obtingut?

Si el comparem amb la massa atòmica de l’hidrogen tenim:

Page 11: Models atomicsincomplet

Massa de l’electró en unitats de massa atòmica relativa

Ar(H) = 1 però si l’expressem en kg obtindrem un valor a comparar amb la massa de l’electró abans calculada

Com sabem que la massa molar de l’hidrogen és 1 g/mol d’àtoms d’H, i en 1 mol hi ha aproximadament 6,022·1023 àtoms tindrem:

6,022·1023 àtoms pesen 1 g = 10-3 kg

1 àtom pesarà: 10-3 / 6,022·1023 = 1,66·10-27 kg

Si ho comparem amb l’electró, veurem que la massa d’aquest és MOLT INFERIOR a la de l’àtom més lleuger. Si dividim el major pel menor obtenim: mH/me = 1827 o bé me/mH = 0,00055

Page 12: Models atomicsincomplet

Els raigs canals o anòdics

Tenen càrrega positiva, sembla que vinguen de l’ànode, tenen masses diferents segons la naturalesa del gas que conté el tub. Quan el gas és hidrogen tenen la menor massa possible

Page 13: Models atomicsincomplet

El descobriment del protó

Els experiments de Goldstein (1886) en tubs de raigs anòdics mostraren l’existència d’una partícula molt simple de càrrega positiva i d’una massa semblant a l’hidrogen, que anomenaren protó.

La massa d’un protó és 1836 vegades major que la d’un electró i el protó és neutralitza quan capta un electró. Quina és la massa i la càrrega d’un protó?

Si la massa d’un electró val me = 9,09·10-31 kg i la massa d’un protó és 1836 vegades major, això vol dir que

mp = 1836 · 9,09·10-31 = 1,67·10-27 kg (a què s’assembla?)

Si el protó es neutralitza quan captura un electró vol dir que tenen la mateixa càrrega però de signe contrari: qe = -1,6·10-19 C ; qp = +1,6·10-19 C

Page 14: Models atomicsincomplet

Animacions a la WEB Raigs catòdics

http://www.youtube.com/watch?v=4QAzu6fe8rE

L’experiment de Millikan

http://www.youtube.com/watch?v=XMfYHag7Liw

http://www.youtube.com/watch?v=62CDDZo9t48&feature=related

Radioactivitat

http://www.youtube.com/watch?v=vuGvQjCOdr0

http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=ec8iomUS34U

L’experiment de Rutherford

http://www.youtube.com/watch?v=kHaR2rsFNhg&feature=related

Page 15: Models atomicsincomplet

Què és la radioactivitat?

Les investigacions dels esposos Curie, Marie i Pierre, obriren el camí a explicar els estranys fenòmens observats per Henri Becquerel en el comportament de les sals d’urani sobre unes plaques fotogràfiques

Page 16: Models atomicsincomplet

Arribaren a la conclusió que, no sols les sals d’urani, sinó també les de nous elements que aïllaren i caracteritzaren, com el poloni i el radi, tots ells elements de massa atòmica molt gran, tenien la propietat d’irradiar al seu voltant de forma totalment espontània el que ells van anomenar RADIOACTIVITAT o emissions radioactives

Page 17: Models atomicsincomplet

Es caracteritzaven per diversos efectes en l’entorn: ionitzaven fortament l’ambient, impressionaven plaques fotogràfiques, afectaven els teixits biològics, d’una forma que podia arribar a ser tan greu que al principi no foren conscients del perill que podrien arribar a patir si no prenien mesures protectores, també podien penetrar cossos opacs, etc.

Carcinoma papil·lar de tiroidesNecrosi per manipulació de radiografies

Page 18: Models atomicsincomplet

Tipus de radiacions

Ernest Rutherford amplià les investigacions dels esposos Curie i amb la seua col·laboració van caracteritzar les emissions radioactives on trobaren fins a TRES tipus diferents de radiacions, anomenades: α, β i γ

Raigs α : tenen CÀRREGA POSITIVA (+2), massa atòmica Ar = 4, travessen l’aire, però no un full de paper

Raigs β : tenen CÀRREGA NEGATIVA (-1), massa atòmica com els electrons, travessen el paper però no una làmina d’Al

Raigs γ : no tenen ni càrrega (0), ni massa (0), són com raigs X de molt alta energia i només són absorbits per una làmina de Pb

Page 19: Models atomicsincomplet

Taula de poders de penetració

Page 20: Models atomicsincomplet

El model atòmic de Thomson

Els experiments amb els tubs de raigs catòdics dugueren a la convicció que l’àtom devia tenir una estructura interna per a poder explicar la formació d’aquest fenomen

J.J. Thomson suposà que la major part de l’àtom estaria constituïda per la càrrega positiva, necessària per a equilibrar la càrrega negativa dels electrons que s’alliberen en els raigs catòdics

Si el gruix de l’àtom el constituïa una zona massiva de càrrega positiva, la càrrega negativa s’hauria de moure per tot l’àtom inserida en la massa positiva, d’això se’n diu MODEL ATÒMIC DE THOMSON

Page 21: Models atomicsincomplet

Joseph John Thomson (1856-1940)

Model estàtic de Thomson

Model dinàmic de Kelvin -Thomson

PRIMERS MODELS ATÒMICS

Page 22: Models atomicsincomplet

L’experiment de Rutherford

Per tal de verificar el model de Thomson, Ernest Rutherford dissenyà un experiment fonamental, on bombardejava fines làmines d’or i d’altres metalls amb partícules radioactives (α)

Les seues prediccions suposaven que la majoria de les partícules havien de dispersar-se de forma més o menys homogènia, atès que l’àtom, segons Thomson, era massís

Els resultats de l’experiment foren totalment inesperats: les partícules travessaven quasi per complet les làmines, sense desviar-se gens, algunes es desviaven uns pocs graus i, de tant en tant, algunes rebotaven en grans angles

Page 23: Models atomicsincomplet

Experiment de Geiger i Marsden

(1911)Dispersió de partícules α

Esquema amb el resultat dels tres tipusde dispersió: cap dispersió, desviació suau, rebot

Page 24: Models atomicsincomplet

DETALLS TÈCNICS DE L’EXPERIMENT:

Substància radioactiva: el RADI, recentment obtingut pels espososCurie, emet partícules α a uns 107 m/s, de forma uniforme (bloc de Pb)

Blanc on incidir: metall molt mal·leable, làmines fines. S’emprà l’OR d’on es poden obtenir làmines d’espessor 0,1 μm

Sistema detector: pantalla mòbil de ZnS que produeix luminescència

Page 25: Models atomicsincomplet

Lord Ernest Rutherford (1871-1937)

INTERPRETACIÓ DELS RESULTATSSEGONS RUTHERFORD

A escala de la làmina (esq.)i a escala d’un ÀTOM (dr.)

Page 26: Models atomicsincomplet

El model atòmic de Rutherford

Els sorprenents resultats de l’experiment de dispersió de partícules α suggeriren a Lord Rutherford i els seus ajudants Geiger i Marsden, la possibilitat que l’àtom no fora massís sinó ben al contrari estiguera buit en la seua major part i quasi tota la massa es concentrara en una part central anomenada NUCLI ATÒMIC

Un primer càlcul que feren fou la RELACIÓ ENTRE EL RADI ATÒMIC I EL RADI NUCLEAR: rat/rnuc ≈ 10 000

Determinaren la CÀRREGA NUCLEAR (+), que sempre era múltiple enter de la càrrega d’un electró, però positiva. Per això pensaren que el nucli estaria format per Z protons

Page 27: Models atomicsincomplet

L’àtom nuclear de Rutherford

Amb això quedava una dada per explicar, la massa atòmica no corresponia al total de protons i electrons

Ells postularen l’existència al nucli d’una tercera partícula, sense càrrega i amb una massa semblant a la del protó, que anomenaren NEUTRÓ. No es confirmaria la seua existència fins l’any 1932 que James Chadwick el descobrí

Segons això el nucli estaria format per Z protons (nombre atòmic) i N neutrons, que sumats donarien: A = Z + N, on A és el nombre màssic, nombre enter pròxim al valor de la massa atòmica, però DIFERENT

Page 28: Models atomicsincomplet

Les masses de les partícules subatòmiques

Aquestes dades plantegen alguna qüestió interessant, com ara, per què s’assemblentant les masses del protó i del neutró, quina és major, per què podria ser...?Què passa si sumem la massa de l’electró i la del protó? S’obté la del neutró?Heu sentit parlar dels neutrins...? Les PARTÍCULES “ELEMENTALS” són tot un món

Page 29: Models atomicsincomplet

Limitacions del model de Rutherford

Aconseguí explicar: formació d’anions i cations, identificar el nucli dels àtoms on es concentra la seua massa, definir els elements a partir de Z i predir l’existència dels neutrons

Limitació: INESTABILITAT TEÒRICA

Limitació: DIFICULTAT PER EXPLICAR ELS ESPECTRES ATÒMICS