Ciències de la Naturalesa (nivell ESO)/Models atòmics

Model atòmic de Dalton

Al 1808, John Dalton reprèn les antigues idees de Leucip i de Demòcrit i publica la seva teoria atòmica. Els postulats foren els següents:

1. Els elements estan formats per partícules discretes, diminutes, i indivisibles anomenades àtoms, que romanen inalterables en qualsevol procés químic.
2. Els àtoms d'un mateix element són tots iguals entre si en massa, mida i en qualsevol altra propietat física o química.
3. A les reaccions químiques, els àtoms ni es creen ni es destrueixen, només canvien la seva distribució.
4. Els compostos químics estan formats per "àtoms de compost" (molècules), tots iguals entre si, és a dir, quan dos o més àtoms de diferents elements es combinen per formar un mateix compost ho fan sempre en proporcions de massa definides i constants.

Algunes definicions destacables de la teoria atòmica de Dalton:

• Un àtom és la partícula més petita d'un element que conserva les seves propietats.
• Un element és una substància que està formada per àtoms iguals.
• Un compost és una substància fixa que està formada per àtoms diferents combinats en proporcions fixes.

Model atòmic 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. Consistia en una esfera de material amb càrrega elèctrica positiva(+) que en el seu interior tenia partícules amb càrrega elèctrica negativa (-) disposades aleatòriament, com en el cas de les llavors d'una síndria, que es podien separar fàcilment. A aquestes partícules les va anomenar electrons.

Aquest model va ser desautoritzat per un experiment d'Ernest Rutherford, amb una làmina d'or, on descobrí el nucli dels àtoms. I fou abandonat a favor del nou model atòmic de Bohr.

Model atòmic de Rutherford

Al 1911 Ernest Rutherford va publicar un nou model atòmic, ja que l'evidència demostrava que el model atòmic de Thomson no podia explicar els resultats que havia trobat en el seu experiment.

En aquest experiment es va col·locar una fina làmina d'or i s'hi van fer incidir partícules alfa (carregades positivament i molt denses) provinents d'una font radioactiva. S'esperava que les partícules alfa passarien sense desviar-se a través de la làmina d'or, sense impedir-ho la difusa càrrega positiva repartida pels àtoms que descrivia el model de Thomson. Però algunes de les partícules alfa es desviaven molt o fins i tot tornaven enrere, la qual cosa era incompatible amb el model.

Rutherford va proposar un model atòmic alternatiu que pogués explicar els resultats de l'experiment. Segons aquest model, la càrrega positiva i la major part de la massa de l'àtom han d'estar concentrades en un volum diminut al centre de l'àtom anomenat nucli atòmic, mentre que els electrons orbiten al voltant d'aquest mitjançant l'atracció electrostàtica. L'àtom és bàsicament espai buit, el seu diàmetre és d'uns 10^-10 m, mentre que el diàmetre del nucli atòmic és d'uns 10^-15 m.

D'aquesta manera s'explicava que la majoria de partícules alfa travessassin la làmina d'or però que unes poques es poguessin desviar angles molt grans.

No obstant el model tampoc no explicà alguns fenòmens.

Model atòmic de Bohr

El 1913, i només amb 28 anys, Niels Bohr, basant-se en el model del seu mestre Rutherford, s'atreví a establir-ne un de nou per a l'àtom d'hidrogen, un àtom amb un sol electró. Niels Bohr va resoldre les deficiències del model de Rutherford elaborant un model atòmic basat en unes consideracions prèvies i tres postulats que no va demostrar.

D'acord amb aquest model, l'electró de l'àtom d'hidrogen es mou sota la influència de l'atracció de Coulomb cap al nucli positiu d'acord amb la mecànica clàssica, la qual prediu òrbites circulars o el·líptiques amb el centre de forces en un focus, tal com té lloc en el moviment dels planetes al voltant del Sol.

El model de l'àtom de Rutherford ja deixava clar la part referida al nucli. El nucli de l'àtom és molt petit i és on es concentra la càrrega positiva i gairabé tota la seva massa.

Els tres postulats es refereixen exclusivament a l'electró.

Primer postulat: L'electró, com a conseqüència de la força centrípeta produïda pel protó del nucli, gira al seu voltant en òrbites circulars ben definides sense emetre energia ni absorbir-ne, anomenades estats estacionaris. La radiació s'emet només, quan l'electró efectua una transició d'una òrbita (estat estacionari) a una altra.

El segon postulat relaciona la freqüència de radiació amb les energies dels estats estacionaris.

Segon postulat: Només són permeses per l'electró aquelles òrbites circulars l'energia de les quals no pot tenir uns valors qualssevol, sinó uns certs valors quantitzats.

Tercer postulat: El pas d'un electró d'una òrbita a una altra provoca una emissió o absorció d'energia d'acord amb la diferència d'energia entre els dos nivells energètics.

Si un electró passa d'una òrbita de menys energia a una de més energia, aquest absorbeix energia; en canvi si és a l'inrevés emet energia.

No gaire temps després de publicar-se aquest model, van aparèixer espectògrafs de poder resolutiu més gran i van posar de manifest que les línies espectrals estaven realment formades per diverses línies molt fines tal com havia predit Bohr.