Models Atòmics i Teories Quàntiques: Una Guia Completa

Teoria Atòmica de Dalton

• Els elements químics estan formats per àtoms, que són indivisibles.
• Els àtoms d'un mateix element químic són iguals, amb la mateixa massa i les mateixes propietats, i són diferents dels àtoms de qualsevol altre element químic.
• Els compostos són la unió d'àtoms de diferents elements en una relació numèrica senzilla.

Model Atòmic de Thomson

• L'àtom és una esfera uniforme amb una certa càrrega positiva.
• Els electrons estan incrustats, separats els uns dels altres per les forces de repulsió, i n'hi ha suficients perquè la càrrega total de l'àtom sigui neutra.

Model Atòmic de Rutherford

• La major part de l'àtom és buit (per això les partícules travessaven la làmina).
• La càrrega positiva i la major part de la massa estan concentrades en un espai molt petit i dens: el nucli, on hi ha els protons i s'intueix que alguna altra partícula (per això poques partícules es desviaven o rebotaven).
• Els electrons (càrrega negativa i massa gairebé negligible) giren al voltant del nucli en òrbites circulars.
• L'atracció elèctrica del nucli pels electrons proporciona la força centrípeta que permet que els electrons girin al seu voltant.
• L'àtom és elèctricament neutre perquè té el mateix nombre de protons que d'electrons.

Teoria Quàntica de Planck

La llum pot tenir un caràcter corpuscular. L'energia s'emet o s'absorbeix de manera discontínua en partícules anomenades fotons, que es desplacen a la velocitat de la llum.

Efecte Fotoelèctric

(Explicat per Einstein amb la teoria quàntica de Planck)

En fer incidir llum d'una determinada freqüència sobre una superfície metàl·lica, es produeixen electrons. Perquè es produeixi aquest efecte, cal que la llum tingui com a mínim una freqüència determinada (freqüència llindar) que faci que els fotons, en xocar amb el càtode, tinguin prou energia per arrencar l'electró i donar-li energia cinètica.

Model Atòmic de Bohr

• Els electrons es mouen en òrbites circulars al voltant del nucli, però només són possibles unes certes òrbites: R = a₀·n² ; a₀= 0,53Å i n=1, 2, 3...
• L'energia està quantitzada, només són possibles certs valors de l'energia de l'electró, que corresponen als nivells permesos: E=-K/n² ; K=constant i n=1, 2, 3...
• Quan l'electró es troba en un estat estacionari (es mou en una mateixa òrbita) no emet ni absorbeix energia, però quan un electró passa d'una òrbita a una altra emet o absorbeix energia en forma d'un fotó de llum: ΔE = E_f - E₀ = h·ν. Aquesta emissió o absorció d'energia dóna lloc als espectres d'emissió i d'absorció.
• Quan augmenta el valor de n, augmenta l'energia, però cada vegada hi ha menys diferència d'energia entre dos nivells consecutius.

Model Atòmic de Mecànica Quàntica Ondulatòria (Schrödinger)

• L'electró es comporta com una ona.
• Planteja una equació matemàtica complexa (equació d'ona) que permet calcular l'energia de l'electró quan es troba a una certa distància del nucli i la funció d'ona (ψ), que permet calcular les zones del voltant del nucli on és més probable trobar-hi un electró amb una certa energia. Aquestes zones s'anomenen:

Orbitals

Indica l'energia de l'electró. Zona al voltant del nucli on és molt probable de trobar-hi un electró.

Nombres Quàntics

• Nombre quàntic principal (n): 1, 2, 3, 4... Ens informa sobre l'energia de l'electró, la distància aproximada entre l'electró i el nucli i la mida de l'orbital. Com més gran és n, més lluny està l'electró del nucli, més energia té i més gran és.
• Nombre quàntic secundari (l): de 0 a n-1. Ens indica la forma de l'orbital. Si és 0, l'orbital és s; si és 1, p; si és 2, d; si és 3, f.
• Nombre quàntic magnètic (m): -l...0...+l. Possibles orientacions que pot tenir l'orbital en relació a un camp magnètic extern.
• Nombre quàntic d'espín (s): +½, -½. Va ser introduït més tard per Dirac. Ens indica el sentit de la rotació de l'electró sobre si mateix.

Principi d'Exclusió de Pauli

En un mateix orbital no pot haver-hi dos electrons amb els quatre nombres quàntics iguals.

Regla de Hund

Quan una sèrie d'orbitals de la mateixa energia es va omplint amb electrons, aquests es distribueixen de manera que els seus spins es mantenen sense aparellar, sempre que sigui possible, així tenen una configuració més estable.

• Substàncies paramagnètiques: substàncies amb electrons desaparellats i per això són atretes pels camps magnètics.
• Substàncies diamagnètiques: substàncies amb els electrons aparellats i per això són una mica repel·lides pels camps magnètics.