ÈXITS DEL MODEL DE Rutherford

El model de Rutherford va permetre:

• identificar el nucli com a part constituent dels àtoms;
• establir la relació: Þ V_àtom » 10¹² V_nucli
• caracteritzar els elements químics;
• predir l’existència del neutró;
• justificar l’existència d’isòtops;
• justificar la radioactivitat

Amb aquest model ja podia pensar-se en termes separats respecte als diferents fenòmens als quals l'àtom s'havia fet responsable:

• els electrons extranuclears podrien estar relacionats amb el comportament químic, l’electricitat, l'emissió de llum, etc.,
• mentre que el nucli podria ser el responsable dels fenòmens de la radioactivitat i de l'existència d'isòtops.

Tot i això, encara que aquest model nuclear va suposar un gran avanç en la comprensió de l'estructura de la matèria, prompte es posaren de manifest les seues limitacions.

Limitacions del model de Rutherford

 1.-Es tracta d'un model autodestructiu.

La naturalesa de la interacció que manté units als electrons al nucli ha de ser, necessàriament, de tipus elèctric. Ara bé, no podem admetre que l’electró es trobe en repòs ja que això implicaria que hi seria atret cap al nucli i no seria possible explicar les dimensions

de l’àtom, és a dir, l’àtom col·lapsaria, no seria estable. Hem d’admetre que els electrons estan en moviment, concretament que giren en òrbites circulars al voltant del nucli com els planetes al voltant del Sol; però açò presenta un inconvenient: una càrrega accelerada (un electró descrivint un moviment circular) emet radiació i, per tant, disminueix l’energia, la qual cosa implicaria que la seua òrbita va disminuint el radi (descriuria com una espiral) i acabaria, també, per xocar contra el nucli.  Tanmateix, els àtoms de la major part dels elements són estables (no s'autodestrueixen), les seues dimensions són molt més grans, com hem dit, que les del nucli i no emeten energia contínuament. Per tant, el model de Rutherford no és possible físicament.

2.-No pot explicar els espectres atòmics

Si el model que estem descrivint fóra correcte, tots  els  àtoms haurien de tenir un espectre d'emissió continu (ja  que  existiria  un nombre infinit d'òrbites possibles en la progressiva  reducció  de  la seua grandària). Això significa que haurien  d'emetre  llum  de  forma contínua, tot passant per tots els colors de l'arc iris, cosa que mai  s'ha observat experimentalment, ja que els espectres atòmics són sempre discontinus, és a dir, només contenen algunes ratlles.

3.-Tampoc explica les diferencies i semblances entre els elements.

En efecte, que l'heli i el liti tinguen propietats tan diferents i, en canvi, el liti i el potassi tinguen propietats molt semblants, posa en evidència que les diferencies i semblances dels elements no poden ser a causa de, principalment, el nombre de protons o electrons.

Hi ha d'haver alguna altra causa. I si la causa fonamental d’aquestes diferències no és el nombre de protons o d’electrons, potser ho siga la distribució d'aquests electrons al voltant del nucli.

LA RADIACIÓ ELECTROMAGNÈTICA

TEORIA QUÀNTICA DE PLANCK:

El Desembre de 1900,els darrers dies del Segle XIX,el físic alemany Max Plank(1858-1947) intentà resoldre el problema de l'espectre del cos negre embrant un mètode matemàtic.

Planck imagínà que l'energia estava acumulada en  oscil·ladors atòmics que no podien agafar o cedir quealsevol quantitat d'energia,sinó en quantitats discretes.Per exemple per beure aigua se'n pot agafar qualsevol quantitat anant a una aixeta o en quantitats discretes comprant una botella.

La tàctica de Planck era realitzar els càlculs d'aquesta manera i després modificar-los de manera que "les botelles"foren tant petites que pràcticament foren 0.Això és fer els càlculs en discontinu i aconseguir un resultat continu.

L'EFECTE FOTOELÈCTRIC:s'observà per primera vegada el 1887 el físic alemany Heinrich Hertz quan generava radiacions EM fent botarespires entre dues esferes metàl·liqües carregades elèctricament.Veu que l'espira es generava més fàcilment si una de les bolles s'il·luminava amb llum ultraviolada(UV).

Elfísic anglès Thompson descobrí,més de 10 anys després,que es produïa una emissió d'electrons mitjançant l'efecte de la llum.

EXPLICACIÓ QUÀNTICA D'Einstein:El 1905 Einstein aconseguí explicar les observacion experimentals a partir de la teoria quàntica de Planck.Einstein proposà que la radiació electromagnètica es propaga en forma de paquets d'energia que després s'anomenaren fotons.

Segons la teoria d'Einstein:Els fotons xoquen contra el metaal i passen la seua energia,E=h·f,als electrons.A major intensitat implica que arriben més fotons i sortiran més electrons però amb la mateixa energia cinètica,K.

Per a deslligar-se del metall l'electró necessita una energia mínima(treball d'extracció,w₀) que és la que proporciona el fotó de la freqüència llindar( w₀=h·f₀).L'energia que sobre dels fotons més energètics passa a energia cinètica,K,dels electrons.

La transmissió d'energia entre el fotó i l'electró es produeix mitjançant un xoc,per la qual cosa és instantani,no hi ha temps d'espera.

Per a conciliar aquesta explicació amb la teoria ondulatòria Einstein digué que la radiació electromagnètica té una naturalesa dual,és a la vegada ona i corpuscle.

El físic anglès Thomson descobrí l'electró,amb la qual cosa s'acabava amb la idea de l'àtom indivisible de John Dalton.A partir dels seus experiments imagínà el 1897 un model atòmic format per un nombre definit d'electrons,que estan retinguts en l'àtom per l'existència d'una càrrega positiva entre ells i,per altra banda,li proporciona la neutralitat necessària.

El 1911 el físic neozelandès Rutherfors realitzà un ezperiment on descubrí que l'+atom era pràcticament buit i que la càrrega positiva estava concentrada en un nucli.Establí un nou model d'àtom semblant al sistema solar,on la càrrega està situada en el centre i al seu voltant girant a grans distàncies es mouen els electrons seguint òrbites circulars.

El físic danès Bohr proposà un nou model per resoldre el problema del model de Rutherfors.Imagínà un model atòmic quantitzat seguint la teoria de Planck,on els electrons només se situen en determinats nivells energètics estables.El model parteix del de Rutherforsdel qual en conserva el nucli i les òrbites i es basa en dos postulats:

1-Hi ha unes òrbites estables,en les quals l'electró no emet energia,en les quals es compleix que el producte de la velocitat pel radi és múltiple sense d'una constant.

2-Un àtom no emet(ni absorbeix) energia quan est``a en estat estacionari.Tota variació de l'estat  energètic de l'àtom implica una transició de l'electró entre dos possibles estats estacionaris.

PROBLEMES:Bohr encara que explicava perfectament l'espectre de l'hidrogen tenia una sèrie de problemes:

-No aconseguia explicar els espectres dels àtoms polielectrònics(He,Li,Be...)

-Laugment desensibilitat dels espectroscopis permeté establir algunes ratlles considerades simplesa l'espectre de l'hidrogen en realitat eren dobles o triples(doblets,triplets i miltiplets).Una explicació aconseguí Arnold Sommerfels el 1916 introduint òrbites el·líptiques i amb diferent orientació.

-No podia explicar l'efecte Zeeman,descobert per Pieter Zeeman el 1896 i que consistia en la descomposició de les línies espectrals en exposar els àtoms emissors a l'acció d'un camp magnètic.