1

DESCOBRIMENT DE L’ELECTRÓ

Josep John Thomson

1856 – 1940 Anglès

Thomson estudià el pas del corrent elèctric a través de gasos a baixa pressió, 0,0001 atm, i diferències de potencial superiors a 10.000 volts.

Els gasos a pressió normal són pèssims conductors.

2

DESCUBRIMENT DE L’ELECTRÓ

La utilització de camps elèctrics i magnètics va permetre a Thomson identificar i trobar la relació entre la càrrega i la massa de l’electró.

grams

coulombsx

m

q

e

e 810758,1=

3

LA CÀRREGA DE L’ELECTRÓ

Robert Millikan

1868 – 1953 Americà

Va se capaç de determinar la càrrega de l’electró “ i junt amb el treball de Thomson és determinar també la massa de l’electró.

gramsxm

Coulombsxq28

19

101,9

106,1−

−

=−=

4

THOMSON PROPOSA EL PRIMER MODEL PER L’ESTRUCTURA DE L’ÀTOM . 1904

Un model tipus “plum – cake”

5

RAIGS CANALS

Els raigs canals o positius estan formats per ions d’àtoms i, per tant tenen masses molt més grans que la de l’electró i, a més, la seva massa depèn del gas que hi ha a dintre.

Quan el gas que hi ha dintre és hidrogen, es formen ions d’hidrogen, que no són altre cosa que PROTONS. Que, en aquell moment, va ser la partícula positiva més lleugera.

6

LA RADIOACTIVITAT

Antoine Henri Becquerel, Francès.

En 1896 va descobrir accidentalment que un mineral d’urani emet radiacions invisibles. Els seus colaboradors,), van comprovar que els minerals d’urani i tori tenien aquesta propietat.

Més tard, van descobrí nous elements, com el radi i el poloni també emetien radiacions que anomenaren radioactivitat

Marie Skolodowska (polonesa) i el seu marit, Pierre Curie (francès).

7

TIPUS D’EMISSIÓ RADIOACTIVA

Propietats de la radioactivitat:

• Són molt energètiques.

•NO són afectades per RQ.

• El seu origen ve de canvis que experimenten els nuclis d’àtoms inestables.

Hi ha tres tipus de radiació:

• α Radiacions positives. Són partícules formades per agrupacions de dos protons i dos neutrons.

β Són electrons molt energètics que provenen de la descomposició d’algun neutró.

γ NO tenen càrrega ni massa pròpia. Són ones electromagnètiques molt energètiques.

8

DESCOBERTA DEL NUCLI DE L’ÀTOM

Ernest Rutherford

1871 – 1937 Nova Zelanda

Bombardejà amb nuclis heli una finíssima làmina d’or. Es va trobar com si llancéssim tret contra un paper de seda i sortís rebotat.

9

DESCOBERTA DEL NUCLI DE L’ÀTOM

10

MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD

A partir dels estudis sobre com i quant es desviaven les partícules α al bombardejar la làmina d’or, Rutherford trobà:

mR

mR

atòmic

nucli

10

14

10

10−

−

≈

≈

A més, Rutherford imaginava l’àtom com el sistema solar, en què el nucli de l’àtom positiu, format per protons, era el Sol, i el electrons giraven com els planetes.

Malgrat l’avenç que representà el model, no era del tot satisfactori. Entre els problemes, els més importants:

• NO explicava satisfactòriament la massa del àtoms tan sols amb el protons en el nucli ni la seva estabilitat. Rutherford mateix va postular l’existència d’una altra partícula en el nucli de l’àtom.

• El model no dóna informació sobre els possibles estats dels electrons dintre de l’àtom. NO explica els espectres d’emissió o absorció del àtoms.

11

La llum que ve del Sol li donem el nom de llum blanca: Si es fa passar la llum blanca per determinats materials transparents s’observa la seva descomposició en els diferents colors tal i com mostra la figura:

LA LLUM BLANCA

Això es deu a que la llum blanca és una ona com el model simplificat que teniu a continuació i que representaria fer una foto d’una ona, és a dir, fixar el temps:

Una ona està caracteritzada per la seva longitud d’ona, λ, per la seva amplitud, A, i la seva velocitat de propagació, v. Per la llum v = c = 300.000 km/s.

També es important el concepte de freqüència, ν, de l’ona que dóna compte del número de crestes que passarien per un punt per segon. Es compleix sempre que “c = ν . λ”

12

LA LLUM BLANCA

Però la llum blanca no és tan simple, en realitat:

• Està formada per la superposició de multitud d’ones de les quals tan sols algunes les podem veure.

• Cada ona està caracteritzada per una longitud d’ona diferent ”λ”.

• En determinats medis, que es diuen dispersius, cada ona (color) es mou amb diferent velocitat dintre del material i fa un recorregut diferent. Aquesta és la causa de la descomposició de la llum.

Això és el que es veu a la pantalla:

13

ABSORCIÓ I EMISSIÓ DE RADIACIONS

Gas

Gas

Tenim un gas atòmic que il·luminem amb llum blanca, que està composta de la superposició d’un munt dónes de longituds d’ona , λ, diferents.

14

LÍNIES ESPECTRALS

La llum que emeten els àtoms en estat gasós i excitats, no és blanca i tan sols s’observa que emeten llum de determinats colors ,λ, i que per cada àtom són diferents. Les ratlles que es veuen sobre la pantalla es diuen espectres.

15

APAREIX UNA NOVA BRANCA DINTRE DE LA

FÍSICA: LA MECÀNICA QUÀNTICA

Resum de les fites més importants:

• 1900 Planck explica un fenomen no explicat fins el moment relacionat amb la radiació que emeten els cossos. Planck utilitza una nova idea, en espais limitats, les partícules i ones tan sols poden tenir determinats valors de l’energia i, per tant, tan sols poden emetre o absorbir energia en paquets d’energia de valor:

E= h.ν

• 1905 Einstein confirma la hipòtesi de Planck explicant amb ella l’efecte fotoelèctric.

• 1913 Bohr proposa el seu model atòmic.

• 1923 Compton demostra que la llum de comportament de partícula en determinades circumstàncies.

• 1924 De Broglie proposa que les partícules elementals, com els electrons, protons i demés, també es comporten com ones en determinades circumstàncies.

• 1925 Schrodinger desenvolupa les matemàtiques de la mecànica ondulatòria de l’electró.

• 1925 Heisenberg inventa la formulació de la Mecànica Quàntica.

• 1925 Pauli estableix el seu Principi d’Exclusió.

• 1927 Heisenberg formula el Principi d’Indeterminació.

16

MODEL ATÒMIC DE BOHR PER L’HIDROGEN

Niels Bohr, danès 1885 – 1962, aplica la teoria quàntica per explicar l’àtom d’hidrogen i en particular les seves línies espectrals.

Hipòtesi de Bohr:

3. L’electró es pot estar en determinats nivells energètics en els quals no emet energia.

4. L’electró dintre de l’àtom tan sols pot tenir certs valors de l’energia.

5. Quan l’electró passa d’un nivell d’energia a un altre de més energia, ho fa absorbint un fotó d’energia

Efinal- Einicial= h.ν

Quan es dedueixen possibles valors de

l’energia de l’electró dintre de l’àtom

trobem: )(1018,22

18

Jn

xEn

−

−=

sJxh .10624,6 34−=

17

INTERPRETACIÓ DE L’ESPECTRE DE L’HIDROGEN

• Un electró absorbeix un fotó amb l’energia necessària per passar de E1 a E2.

• L’electró retorna al nivell fonamental emetent un fotó igual al anterior i que ve donat per:

E1 – E2 = h . ν

• Si la transició fos entre E3E1, hi ha dos possibilitats com les que mostra la imatge.

Després de la conferència sobre el LASER, sabeu també que és possible que passi el següent:

Emissió estimulada:

Un fotó idoni pot provocar la baixada de l’electró obtenint així dos fotons idèntics.

18

RATLLES ESPECTRALS

JxeV 191060,11 −=

19

TEORIA MECANICA - ONDULATÒRIA

El doble comportament de l’electró com a ona va portar a Schrödinger a desenvolupar la seva famosa equació d’ona de l’electró.

Les conseqüències d’aquesta teoria són:

• Es perd la idea de trajectòria per a l’electró. No es pot precisar on es troba. Tan sols podem parlar de zones on és més provable trobar l’electró.

• Les zones on és més provable trobar l’electró reben el nom d’orbitals.

• Aquests orbitals queden determinats per 4 números, que diem quàntics. Aquests números tan sols poden tenir certs valors. Els orbitals reben el nom de: “ s, p, d, f”, segons la seva forma i aquesta depèn dels números quàntics.

• A més, l’electró, té propietats magnètiques pròpies que es poden atribuir a un moviment de rotació sobre ell mateix, que rep el nom d’espín. També l’espin tan sols pot tenir certs valors.

20

ALGUNES FORMES DELS ORBITALS

21

ELS ELECTRONS DINS L’ÀTOM