Espectroscòpia i Model Atòmic: Teoria i Aplicacions

Espectroscòpia i Model Atòmic

1. Introducció a l'Espectroscòpia

L'espectroscòpia és l'estudi de la interacció entre la llum i la matèria. La llum es pot entendre mitjançant dues teories:

• Teoria ondulatòria: considera la llum com una ona o radiació electromagnètica. La franja visible és una petita part de l'espectre electromagnètic.
• Teoria corpuscular: considera la llum com un corrent de partícules anomenades fotons. L'energia radiant es transmet en paquets anomenats quanta.

1.1 Espectres Atòmics

La descomposició de la llum blanca s'anomena dispersió cromàtica i dóna lloc a l'espectre visible, una banda de colors. Existeixen diferents tipus d'espectres:

• Espectre d'emissió continu: conté totes les longituds d'ona en un interval ampli. S'obté quan un sòlid s'escalfa.
• Espectre d'emissió discontinu o de ratlles: s'obté mitjançant un espectroscopi que conté un prisma. Es caracteritza per ratlles de colors separades i és propi de cada element (espectre atòmic). S'obté quan els àtoms d'un gas emeten llum.
• Espectre d'absorció: és un espectre continu amb ratlles negres. S'obté quan un gas absorbeix la radiació que emetria.

Les ratlles de l'espectre formen la sèrie espectral. La sèrie de Balmer correspon a les ratlles de l'espectre visible de l'hidrogen.

2. Model Atòmic de Bohr

El model de Bohr explica l'espectre de l'hidrogen. Postula que:

• L'electró (e-) es mou en òrbites al voltant del nucli.
• Cada òrbita correspon a un nivell d'energia.
• L'òrbita més propera al nucli té el nivell d'energia més baix.
• L'energia augmenta a mesura que ens allunyem del nucli.
• L'electró només absorbeix o emet energia quan passa d'un nivell a un altre.
• En condicions normals, l'electró es troba en el nivell més baix (estat fonamental).

2.1 Excitació i Transicions Electròniques

L'excitació es produeix quan es dóna energia a l'àtom i l'electró puja de nivell. Quan baixa de nivell, desprèn energia en forma de fotó. El pas d'un nivell a un altre s'anomena transició electrònica.

Quan l'electró passa a un nivell més baix, les ratlles no visibles es troben a l'ultraviolat (sèrie de Lyman). Una ratlla negra indica una transició electrònica d'un nivell inferior a un superior.

3. Àtoms Polielectrònics i Model de Capes

Els àtoms polielectrònics tenen electrons en diferents nivells. La ionització consisteix en extreure electrons d'un àtom mitjançant energia, formant ions positius.

Els nivells d'energia es representen amb la lletra n (n=1, 2, 3...). El model de capes descriu els electrons distribuïts en capes esfèriques al voltant del nucli, com una ceba. Cada capa correspon a un nivell d'energia.

3.1 Subnivells, Configuració Electrònica i Principis

Cada capa es divideix en subnivells (s, p, d, f). La distribució dels electrons en els diferents nivells i subnivells s'anomena configuració electrònica.

El principi d'incertesa de Heisenberg estableix que és impossible mesurar alhora la posició i l'energia d'una partícula.

Un orbital és la zona al voltant del nucli on hi ha una alta probabilitat de trobar un electró. El principi d'exclusió de Pauli indica que en un orbital només hi caben dos electrons amb espins oposats. L'espín electrònic és una propietat intrínseca de l'electró que el fa girar sobre si mateix i comportar-se com un imant.

Els electrons ocupen els orbitals disponibles de menor energia. La regla de Hund estableix que els electrons s'ubiquen sense aparellar-se mentre sigui possible.

Els àtoms del mateix grup tenen la mateixa configuració electrònica de l'última capa. Cada cop que s'inicia un període, es comença a omplir una nova capa.