Models Atòmics Clau i Principis Quàntics Fonamentals

Naturalesa dels Raigs Catòdics

Els raigs catòdics són fluxos d'electrons que sorgeixen del càtode (elèctrode negatiu) en tubs de buit. Les seves característiques principals, tal com es van observar experimentalment, són:

• S'allunyen del càtode i es propaguen en línia recta.
• Posseeixen una considerable energia cinètica.
• Es comporten com un corrent elèctric de naturalesa negativa (són desviats per camps elèctrics i magnètics com ho farien partícules negatives).

Model Atòmic de Rutherford: El Nucli

Ernest Rutherford va dur a terme un experiment fonamental per a la comprensió de l'estructura atòmica. Va disparar un feix prim de partícules alfa (partícules α) contra una fina làmina d'or pur. Per fer-ho, va col·locar una mostra de radi (un metall radioactiu) dins d'una caixa de plom amb un petit orifici. La major part de la radiació era absorbida pel plom, però un feix estret de partícules alfa aconseguia escapar per l'orifici en direcció a la làmina d'or. Aquesta làmina estava envoltada per una pantalla detectora que produïa espurnes quan una partícula alfa hi impactava.

Els resultats van revelar que l'àtom és, en la seva major part, espai buit, amb un nucli petit i dens amb càrrega positiva. Basant-se en aquestes troballes, Rutherford va proposar el model nuclear de l'àtom.

Chadwick i el Descobriment del Neutró

James Chadwick, després de replicar experiments anteriors, va introduir el concepte del neutró. Aquesta partícula elemental té una massa gairebé idèntica a la del protó, però no té càrrega elèctrica. Com que no té càrrega, el neutró podia travessar sense problemes un bloc de plom, ja que no era atret ni pels protons ni pels electrons del material; és a dir, no experimenta interaccions elèctriques significatives. A més, el fet de tenir una massa similar a la del protó facilita l'extracció de protons en materials com les parafines durant col·lisions.

Principi d'Exclusió de Pauli

El Principi d'Exclusió de Pauli estableix que dos electrons (e^-) d'un mateix àtom no poden tenir els quatre nombres quàntics (n, l, m_l, m_s) idèntics. A més, els electrons es distribueixen en els orbitals atòmics per ordre creixent d'energia.

Hipòtesi Quàntica de Planck

La hipòtesi de Max Planck (o hipòtesi quàntica) sosté que la llum està constituïda per paquets discrets d'energia anomenats fotons. L'energia (E) de cada fotó és directament proporcional a la freqüència (ν) de la radiació electromagnètica, d'acord amb la relació E = hν, on h és la constant de Planck, una constant fonamental en la física.

Model Atòmic de Bohr

El model atòmic de Niels Bohr planteja que els àtoms presenten diferents configuracions electròniques en les quals els electrons orbiten al voltant del nucli en trajectòries circulars definides. Les característiques principals d'aquest model són:

• L'àtom consta d'un nucli central molt petit que conté tota la càrrega positiva i gairebé la totalitat de la massa atòmica.
• Els electrons giren al voltant del nucli en òrbites estacionàries específiques, cadascuna amb un nivell d'energia determinat.
• Mentre un electró roman en una òrbita estacionària, no emet energia.
• Els electrons poden experimentar transicions entre òrbites (salts quàntics) mitjançant l'absorció o emissió d'energia de forma discreta, generalment en forma de fotons.