31
Estructura electrònica Estructura electrònica dels àtoms dels àtoms

Estructura electrònica dels àtoms

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Estructura electrònica dels àtoms. La llum com a ona i com a partícula. La llum es comporta normalment com una ona. Però també es comporta en ocasions com una col·lecció de partícules. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Estructura electrònica dels àtoms

Estructura electrònica dels Estructura electrònica dels àtomsàtoms

Page 2: Estructura electrònica dels àtoms

La llum com a ona i com La llum com a ona i com a partículaa partícula

La llum es comporta normalment com una ona.La llum es comporta normalment com una ona. Però també es comporta en ocasions com una Però també es comporta en ocasions com una

col·lecció de partícules.col·lecció de partícules. Hi ha experiments que evidencien el Hi ha experiments que evidencien el

comportament de la llum com a ona i d’altres comportament de la llum com a ona i d’altres que evidencien el seu comportament com a que evidencien el seu comportament com a partícula.partícula.

Com interacciona la matèria AMB la llum?Com interacciona la matèria AMB la llum?

Page 3: Estructura electrònica dels àtoms

La llum com a ona.La llum com a ona.

: longitud d’ona (m)

•c : velocitat de la llum (m/s)

•c = 2,99792458 10 8 m/s

: freqüència (Hz)

= c/

•Amplitude (m)

Page 4: Estructura electrònica dels àtoms

LLUM: ona i partículaLLUM: ona i partícula

Page 5: Estructura electrònica dels àtoms

Planck: quantització de Planck: quantització de l’energial’energia

Radiació del cos negre:Radiació del cos negre:l’energia només pot absorbir-se o alliberar-se als àtoms l’energia només pot absorbir-se o alliberar-se als àtoms en quantitats definides anomenades quants. en quantitats definides anomenades quants.

La relació entre l’energia i la freqüència de la radiació La relació entre l’energia i la freqüència de la radiació ve donada per:ve donada per:

•Els cossos del microcosmos (electrons, nucleons, àtoms i molècules) absorbeixen i emeten llum de manera discontinua, en petits paquets de energia anomenats quants d’energia (llatí QUANTUM “quantitat elemental”

hE

hh és la constant de Planck (6.626 és la constant de Planck (6.626 10-34 J.s). 10-34 J.s).

Page 6: Estructura electrònica dels àtoms

La llum com partícula: La llum com partícula: Efecte fotoelèctricEfecte fotoelèctric

Efecte fotoelèctric (Einstein 1905): la llum està formada Efecte fotoelèctric (Einstein 1905): la llum està formada per partícules, fotons.per partícules, fotons.

hE

Energia de un fotó:Energia de un fotó:

La llum produeix un corrent elèctric a través del buit.

Page 7: Estructura electrònica dels àtoms

Intensitat de corrent = f (intensitat de llum)Intensitat de corrent = f (intensitat de llum) Intensitat de corrent només a partir d’una Intensitat de corrent només a partir d’una

(freqüència de la llum)(freqüència de la llum)

(nombre de electrons) = f (intensitat de (nombre de electrons) = f (intensitat de llum)llum)

EEc electronsc electrons = f (freqüència) = f (freqüència)

Inexplicables des de la Física clàssicaInexplicables des de la Física clàssica

Descripció del experiment Descripció del experiment del efecte fotoelèctricdel efecte fotoelèctric

Page 8: Estructura electrònica dels àtoms

Explicació d’EinsteinExplicació d’Einstein

La llum està La llum està constituïda per constituïda per fotons.fotons.

El fotó té una El fotó té una energia E = henergia E = hνν

Intensitat de llum Intensitat de llum = f (nombre = f (nombre fotons)fotons)

Cada fotó, en Cada fotó, en glopejar el metall, glopejar el metall, arrenca un arrenca un electró.electró.

Page 9: Estructura electrònica dels àtoms

Explicació d’EinsteinExplicació d’Einstein

– Nombre electrons = f (nombre fotons)Nombre electrons = f (nombre fotons)– Intensitat de corrent = f (intensitat de llum)Intensitat de corrent = f (intensitat de llum)

– Energia del fotó depèn de Energia del fotó depèn de , ,

- Energia electró depèn de l’energia del - Energia electró depèn de l’energia del fotó i, per tant, de la seva freqüènciafotó i, per tant, de la seva freqüència

EEc electronsc electrons = f (freqüencial) = f (freqüencial)

Page 10: Estructura electrònica dels àtoms

EQUACIÓ DE L’EFECTE FOTOELÈCTRIC. EQUACIÓ DE L’EFECTE FOTOELÈCTRIC. Balanç d’energia per cada electróBalanç d’energia per cada electró

Energia del fotó = W d’extracció + Ec

•Quan l’energia del fotó és petita:

•h < W0 → Ec = 0

•No hi ha corrent elèctrica

•Quan l’energia del fotó és gran:

•h > W0 → Ec > 0

•Hi ha corrent elèctrica

h = W0 + Ec.

Page 11: Estructura electrònica dels àtoms

Emissió de llum per la Emissió de llum per la matèriamatèria

Els cossos calents emeten radiació electromagnètica.Els cossos calents emeten radiació electromagnètica. Els cossos calents emeten rajos infrarojos.Els cossos calents emeten rajos infrarojos. Un cos a molt alta temperatura es posa vermell perquè emet Un cos a molt alta temperatura es posa vermell perquè emet

llum vermella.llum vermella. Si la temperatura puja més, el cos es posa incandescent i emet Si la temperatura puja més, el cos es posa incandescent i emet

llum blanca.llum blanca.

Perquè a alta temperatura la matèria emet

llum?

Page 12: Estructura electrònica dels àtoms

ESPECTRES ÒPTICSESPECTRES ÒPTICS

• Quan es fa passar la radiació emesa per un cos calent a través d’un Quan es fa passar la radiació emesa per un cos calent a través d’un prisma òptic, es descompon en diferents radiacions prisma òptic, es descompon en diferents radiacions electromagnètiques electromagnètiques

• Depenent de la seva diferent longitud d’onda produeix els diferents Depenent de la seva diferent longitud d’onda produeix els diferents colors de la llum visible, radiacions infraroges i ultravioladescolors de la llum visible, radiacions infraroges i ultraviolades

• Aquesta descomposició es diu espectre òptic. Aquesta descomposició es diu espectre òptic.

• Totes las radiacions obtingudes impressionen les pel·lícules Totes las radiacions obtingudes impressionen les pel·lícules fotogràfiques i així poden ser enregistrades.fotogràfiques i així poden ser enregistrades.

Page 13: Estructura electrònica dels àtoms

ESPECTRES D’EMISIÓESPECTRES D’EMISIÓ Són aquells que s’obtenen en descompondre les radiacions emeses per un cos prèviament Són aquells que s’obtenen en descompondre les radiacions emeses per un cos prèviament

excitat.excitat.

Els espectres d’emissió continusEls espectres d’emissió continus s’obtenen a partir de la llum blanca procedent del sol. s’obtenen a partir de la llum blanca procedent del sol.

                                                                                                                                                                                                                                                             

Espectre de emissió de vapors de LiEspectre de emissió de vapors de Li

Espectre continu de la llum blancaEspectre continu de la llum blanca

-Els espectres de emissió discontinusEls espectres de emissió discontinus se obtenen en passar la llum se obtenen en passar la llum de vapor o gas excitat. de vapor o gas excitat.

-Las radiacions emeses són característiques dels àtoms excitats.Las radiacions emeses són característiques dels àtoms excitats.

Page 14: Estructura electrònica dels àtoms

ESPECTRES D’ABSORCIÓESPECTRES D’ABSORCIÓ ESPECTRES D’ABSORCIÓ:ESPECTRES D’ABSORCIÓ: Són els espectres resultants d’intercalar Són els espectres resultants d’intercalar

una determinada substancia entre una font de llum i un prisma.una determinada substancia entre una font de llum i un prisma.

Els espectres d’absorció continusEls espectres d’absorció continus s’obtenen al intercalar el sòlid s’obtenen al intercalar el sòlid entre el focus de radiació i el prisma. entre el focus de radiació i el prisma.

Així, per exemple, si intercalem un vidre de color blau queden Així, per exemple, si intercalem un vidre de color blau queden absorbides totes les radiacions menys el blau.absorbides totes les radiacions menys el blau.

Els espectres d’absorció discontinusEls espectres d’absorció discontinus es produeixen en intercalar es produeixen en intercalar vapor o gas entre la font de radiació i el prisma. vapor o gas entre la font de radiació i el prisma.

Observem bandes o ratlles situades a la mateixa longitud d’ona que Observem bandes o ratlles situades a la mateixa longitud d’ona que els espectres d’emissió d’aquests vapors o gasos.els espectres d’emissió d’aquests vapors o gasos.

Espectre d’absorció de vapors Espectre d’absorció de vapors de Lide Li

Page 15: Estructura electrònica dels àtoms

TEORIA DE PLANCKTEORIA DE PLANCK

En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados experimentales satisfactoriamente como los resultados experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía.cuerpos captaban o emitían energía.

Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación electromagnética es siempre un en forma de radiación electromagnética es siempre un múltiplo de la constante h, llamada posteriormente múltiplo de la constante h, llamada posteriormente constante de Planckconstante de Planck por la frecuencia v de la radiación. por la frecuencia v de la radiación.

ε = ε = n.h.vn.h.v h = 6,62 10-34 J.s, constante de Planckh = 6,62 10-34 J.s, constante de Planck vv = frecuencia de la radiación = frecuencia de la radiación

A A hvhv le llamó le llamó cuanto de energíacuanto de energía. Que un . Que un cuantocuanto sea más sea más energético que otro dependerá de su frecuencia.energético que otro dependerá de su frecuencia.

Page 16: Estructura electrònica dels àtoms

Raig incidentIntensitat I0

Raig emergentIntensitat I

Mostragasosa

Esquema d’un experiment de absorció atòmica

Page 17: Estructura electrònica dels àtoms

ESQUEMA ESPECTRE ESQUEMA ESPECTRE EMISIÓEMISIÓ

Page 18: Estructura electrònica dels àtoms

Espectre visible

Espectre d’emissió de l’àtom d’hidrogen en el visible

Espectre de absorció de l’àtom d’hidrogen en el visible

ESPECTRES

Page 19: Estructura electrònica dels àtoms

Espectres de línies de Espectres de línies de l’Hidògenl’Hidògen

1885. Balmer1885. Balmer va trobar que les línies a la regió visible del va trobar que les línies a la regió visible del

espectre de l’espectre de l’hidrogenhidrogen responen a la següent equació: responen a la següent equació:

)n

1 -

2

1(R-

22 H

)n

1 -

n

1(R 2

22

1 H )

22

n

1 -

21

n

1(

HR- E

Posteriorment Lyman va generalitzar aquesta expresió:Posteriorment Lyman va generalitzar aquesta expresió:

On ROn RHH es la constant de Rydberg (3,29 10 es la constant de Rydberg (3,29 101515 Hz) Hz)nn11 i n i n22 son nombres naturals i diferents de zero son nombres naturals i diferents de zero ( (nn22 > > nn11).).

Page 20: Estructura electrònica dels àtoms

Espectres d’emissió de diferents àtoms

Page 21: Estructura electrònica dels àtoms

Model atòmic de BohrModel atòmic de Bohr

Va proposar un nou model atòmic.Va proposar un nou model atòmic. Segons aquest model els electrons, giren al Segons aquest model els electrons, giren al

voltant del nuclis en uns nivells ben definits.voltant del nuclis en uns nivells ben definits. Mitjançant aquest model va aconseguir Mitjançant aquest model va aconseguir

explicar els espectres atòmics.explicar els espectres atòmics. També va aconseguir explicar L’equació de També va aconseguir explicar L’equació de

Rydberg corresponent a l’hidrogen.Rydberg corresponent a l’hidrogen.

Page 22: Estructura electrònica dels àtoms

Model atòmic de BohrModel atòmic de Bohr

Basant-se en les idees prèvies de Max Plank, que en 1900 havia Basant-se en les idees prèvies de Max Plank, que en 1900 havia elaborat una teoria sobre la discontinuïtat de l’energia (elaborat una teoria sobre la discontinuïtat de l’energia (Teoria Teoria dels quantsdels quants), Bohr va suposar que l’àtom només pot tenir certs ), Bohr va suposar que l’àtom només pot tenir certs nivells d’energianivells d’energia definits definits

Bohr estableix així, que els electrons només poden girar en certes Bohr estableix així, que els electrons només poden girar en certes òrbites de radis determinats. òrbites de radis determinats.

Aquestes òrbites són Aquestes òrbites són estacionàriesestacionàries, en elles l’electró no emet , en elles l’electró no emet energia: la energia cinètica de l’electró equilibra exactament energia: la energia cinètica de l’electró equilibra exactament l’atracció electrostàtica entre les carregues oposades de nucli i l’atracció electrostàtica entre les carregues oposades de nucli i electró.electró.

Page 23: Estructura electrònica dels àtoms

Interpretació dels Interpretació dels espectresespectres

Page 24: Estructura electrònica dels àtoms

Els espectres i el model Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)atòmic de Bohr (1913)

Rutherford Rutherford vava assumir que els electrons estan en òrbites al assumir que els electrons estan en òrbites al

voltant del nucli (model planetari). Però el seu model no explica voltant del nucli (model planetari). Però el seu model no explica

els espectres de línies.els espectres de línies.

Bohr,Bohr, considerant el concepte de quantització de l’energia, considerant el concepte de quantització de l’energia,

proposa un nuevo modelo:proposa un nuevo modelo:

– Els electrons descriuen òrbites circulars al voltant del nucli.Els electrons descriuen òrbites circulars al voltant del nucli.

– Solament estan permeses certes òrbites.Solament estan permeses certes òrbites.

– Els electrons no emeten ni absorbeixen radiació mentre es troben en Els electrons no emeten ni absorbeixen radiació mentre es troben en

una òrbita permesa. una òrbita permesa.

– Només hi ha emissió o radiació quan l’electró canvia d’una òrbita a Només hi ha emissió o radiació quan l’electró canvia d’una òrbita a

d’altre permesa.d’altre permesa.

Page 25: Estructura electrònica dels àtoms

Emissió d’energia

E1

E2

E3

Canvi d’energia a l’àtomE = Efinal - Einicial = E1-E2

E < 0L’àtom perd energia.

Energia del fotó emès

Efotó = | E| = h

Absorció de energia

E1

E2

E3

Canvi d’energia a l’àtom E = Efinal - Einicial = E3-E2

E > 0L’àtom guanya energia

Energia del fotó absorbit

Efotó = E = h

Què passa si Efotó E?

Majo

r esta

bilita

tM

aj o

r ener g

ia

Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)

Page 26: Estructura electrònica dels àtoms

Com que l’energia està quantitzada, la llum emesa o Com que l’energia està quantitzada, la llum emesa o absorbida per un àtom apareix a l’espectre com una línia.absorbida per un àtom apareix a l’espectre com una línia.

Seguint una deducció matemàtica Bohr arriba a la Seguint una deducció matemàtica Bohr arriba a la conclusió (per a l’hidrogen):conclusió (per a l’hidrogen):

2

18 11018.2

nE J

Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)

nn és el nombre d’òrbita (nombre quàntic principal). és el nombre d’òrbita (nombre quàntic principal).n n és natural (n=1, 2 , 3, …)és natural (n=1, 2 , 3, …)

Page 27: Estructura electrònica dels àtoms

SÈRIES ESPECTRALS HIDROGEN

Page 28: Estructura electrònica dels àtoms

La primera òrbita al model de Bohr correspon a la òrbita La primera òrbita al model de Bohr correspon a la òrbita con n=1. És la més propera al nucli. con n=1. És la més propera al nucli.

Els electrons al model de Bohr només es poden moure Els electrons al model de Bohr només es poden moure entre òrbites emetent o absorbint energia (quantitzada) entre òrbites emetent o absorbint energia (quantitzada)

la quantitat d’energia absorbida o emesa durant el la quantitat d’energia absorbida o emesa durant el moviment d’un electró entre 2 òrbites està donada per:moviment d’un electró entre 2 òrbites està donada per:

hEEE if

Els espectres i el model Els espectres i el model atòmic atòmic

de Bohr (1913)de Bohr (1913)

Page 29: Estructura electrònica dels àtoms

Y per tant:Y per tant:

2218 11

J 1018.2infn

hchE

Els espectres i el model atòmic Els espectres i el model atòmic de Bohr (1913)de Bohr (1913)

Si Si nnii > > nnff, emissió de energia., emissió de energia.Si Si nnff > > nni i , absorció de energia., absorció de energia.

Page 30: Estructura electrònica dels àtoms

Limitacions del model atòmic Limitacions del model atòmic de Bohrde Bohr

Només explica satisfactòriament l’espectre de l’hidrógen (i ions Només explica satisfactòriament l’espectre de l’hidrógen (i ions hidrogenoides, 1 electró).hidrogenoides, 1 electró).

En perfeccionar-se els espectroscopis (que són els aparells que En perfeccionar-se els espectroscopis (que són els aparells que mostren els espectres, es va observar que les línies de mostren els espectres, es va observar que les línies de l’espectre del Hl’espectre del H22 eren en realitat línies molt juntes i el que Bohr eren en realitat línies molt juntes i el que Bohr va creure que eren estats únics d’energia eren diversos estats va creure que eren estats únics d’energia eren diversos estats molt pròxims entre sí.molt pròxims entre sí.

El modelo atòmic de Bohr tampoc podia explicar els espectres El modelo atòmic de Bohr tampoc podia explicar els espectres d’àtoms més complexos. d’àtoms més complexos.

La idea de que els electrons es mouen al voltant del nucli en La idea de que els electrons es mouen al voltant del nucli en òrbites definides va ser desestimada. Les noves idees sobre òrbites definides va ser desestimada. Les noves idees sobre l’àtom estan basades en la l’àtom estan basades en la mecànica quànticamecànica quàntica, que el propi Bohr , que el propi Bohr va contribuir a desenvolupar.va contribuir a desenvolupar.

Page 31: Estructura electrònica dels àtoms

MODEL DE SOMMERFELDMODEL DE SOMMERFELD