Inorganic Chemistry

1. CHIMIE ANORGANICĂ CURS , ANUL I, SEM. 1 FACULTATEA DE BIOINGINERIE MEDICALĂ Şef lucr. Dr. Cristian Gavăt 1

2. Acad. Prof. Univ. Dr. Chimist COSTIN D. NENITESCU, (1902-1970) 2

3. CHIMIE ANORGANICA CHIMIE GENERALA CHIMIE ORGANICA CHIMIE ANALITICA CHIMIE- FIZICA CHIMIE CHIMIE PREPARATIVA BIOCHIMIE GEOCHIMIE CHIMIA MEDIULUI CHIMIE TEHNOLOGICA SI TEHNOLOGIA PRODUSELOR CHIMICE 3

4. NIVELURILE DE ABORDARE ALE CHIMIEI SUBMICROSCOPIC MACROSCOPIC (particule) (substanta) Notiuni: Proprietati: - electron; - electronegativitate; - atom; - masa unui atom; - ion; - masa unui ion; - molecula. - masa unei molecule; - numar de oxidare. Notiuni: Proprietati: - materie ; - stare de agregare ; - substanta; - culoare; - corp ; - densitate ; - compus - p.t.°C; p.f.°C mineral; - conductibilitate - metal; termica si electrica - nemetal. - masa molara. 4

5. Ce este chimia ? Chimia este ştiinţa fundamentală, exactă, care studiază materia şi ansamblul transformărilor suferite de aceasta: fizice şi /sau chimice. - cercetează starea generală, compoziţia, structura, obţinerea, proprietăţile şi transformările substanţelor, cauzele şi legile după care se desfăşoară acestea din urmă. Chimie anorganica: elementele chimice ale Sistemului Periodic si compusii acestora care nu contin carbon - Chimia Chimie organica - studiaza materia alcatuita din compusii carbonului (hidrocarburi si derivatii acestora) 5

6. Universul → compus din materie = substanţă + energie radiantă 6

7. Curs 1 Materie, substanţă, energie. Structura atomului. Modele atomice. Numere cuantice. Proprietăţile atomilor. Legile fundamentale ale chimiei. 1. Materie, substanţă, energie Materia: ▪ structură discontinuă, în continuă transformare; ▪ formată din particule extrem de mici: atomi, molecule., ioni. Energia radiantă: ▪ structură continuă, ondulatorie; ▪ se deplasează în Univers cu v >> c (viteza luminii), c = 3 x 108 m/s. Substanţa: ▪ formă de existenţă a materiei cu o compoziţie şi structură bine definite; ▪ se deplasează prin Univers cu viteze mai mici decât c (v ˂ ˂ c) 7

8. simple pure compuse Substantele omogene amestecuri eterogene Substanţele pure : ▪ o compoziţie bine determinată; ▪ proprietăţi fizice constante în toată masa sau volumul lor (densitate, temperatura de topire, de fierbere, lichefiere etc.); ▪ prin procedee fizice obişnuite nu poate fi descompuse în alte substanţe. substanţele simple → nu pot fi descompuse în alte componente. Ex: metale ( cupru, sodiu, calciu, fier, zinc, magneziu, aluminiu), nemetale (oxigen, azot, clor, fluor, oxigen, sulf, carbon,), compuşi din grupele metalelor tranziţionale (wolfram, stibiu, arsen, molibden, vanadiu); 8

9. substanţele compuse (combinaţii chimice): ▪ rezultă din combinarea a două sau mai multe substanţe simple (Na2SO4, FeS, CaCO3, NaCl, CuSO4, ZnCl2); ▪ pot fi descompuse în substanţele iniţiale în anumite condiţii. Amestecurile → formate din două sau mai multe substanţe diferite, în cantităţi variabile . Amestecul omogen : are aceleaşi proprietăţi în tot volumul său ( soluţiile apoase de zahăr, de clorură de sodiu, soluţia de sulfat de cupru sau iodură de potasiu; soluţia de ulei sau grăsime în benzină),; Amestecul eterogen : proprietăţi total diferite ale componentelor (sulfura de carbon, uleiul sau grăsimea în apă, zahărul sau sarea în benzină). Transformare chimică (reacţie chimică) → rezultatul formării uneia sau a mai multor substanţe cu proprietăţi diferite de cele ale componentelor iniţiale , dintr-un amestec de două sau mai multe substanţe, în anumite condiţii (t°C, presiune, catalizatori) → combinaţii chimice (Fe + S → FeS). 9

10. Principalele tipuri de substanţe şi aranjamentul particulelor componente Substanţele solide = au formă proprie şi volum propriu, determinat, distanţe foarte mici între particulele componente, forţe de coeziune (de atracţie) mari. 10

11. prezente în diferite stări de agregare, se clasifică Substanţele → după rezistenţa la deformare mecanică şi termică. Din punct de vedere macroscopic, → substanţe cu rezistenţă mare la deformare - solidele şi fără rezistenţă la deformare – fluidele. Două tipuri de stări de agregare ale fluidelor: starea lichidă → moleculele lichidelor = rezistenţă ridicată la forţele de compresiune şi starea gazoasă → moleculele gazelor = tendinţă mare de expansiune. cristaline: ▪ aranjament compact, ordonat, tridimensional regulat şi repetitiv al particulelor componente (atomi, ioni, molecule); mai mică existentă într-un cristal, care-i păstrează proprietăţile, se celulă elementară. (translatarea ) acesteia în toate cele trei dimensiuni spaţiale se obţin cristalele; tridimensional ordonat şi repetitiv al atomilor. structural perfect, Substanţele solide unitatea cea numeşte repetarea amorfe : un grad ridicat de dezordine structurală , fără un aranjament Prin 11

12. Substanţe cristaline : toate sărurile anorganice (NaCl, CaF2, KCl, KI, CaCl2, KNO3, NaNO3, Na2SO4, NaF, ZnSO4, Al2(SO4)3, MgSO4, CuSO4, AgNO3Na2CO3etc.) glucoza (monozaharidele), zahărul, gheaţa, diamantul, pietrele preţioase şi semipreţioase (mineralele), metalele în stare pură (Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Fe, Zn, Mn, Co, Ni, Cr, Mg, Al,Na ). Substanţe amorfe: ceara, plastilina, sticla, grafitul, cauciucul (sintetic şi natural), materialele plastice – PVC, topiturile metalelor, polimerii sintetici → cu rezistenţă mult mai scăzută la deformare mecanică şi termică faţă de substanţele cristaline. Sunt opace. 12

13. Structura cristalină cubică a diamantului – foarte rigidă si ordonată diamantul - duritate 10 pe scara Mohs, cea mai mare. Structura hexagonală stratificată a grafitului duritate foarte scăzută a grafitului (1 - pe scara Mohs) – clivează 13

14. Diamantul si grafitul = stări alotropice ale atomului de Carbon (C ) ▪ diamantul (celula elementară este un cub, iar fiecare atom de carbon din nodurile reţelei este legat prin 4 legături covalente de alţi 4 atomi de carbon învecinaţi, ce ocupă colţurile nui tetraedru regulat, cu unghiuri de 109°28’ dintre valenţe,( 4 legături de tip σ, cu unghiuri de 109°28’între ele ), ▪ grafitul are o structură lamelară. stratificată , formată din mai multe planuri paralele constituite din hexagoane, care clivează (alunecă) unele faţă de altele. Forţele de atracţie dintre atomii de carbon dintre planurile paralele sunt foarte slabe de tip Van Der Waals., Cei șase atomi de carbon din acelasi plan, ce ocupă colţurile unui hexagon, sunt uniţi prin legături covalente 14

15. Reţelele cristaline ionice ale NaCl (3) şi CaF2(4) (3) (4) Fiecare ion de calciu e înconjurat de 8 ioni de fluor , așezati în colturile unui cub, iar fiecare ion fluor e inconjurat de 4 ioni de calciu , așezaţi în colturile unui tetraedru. In cristalul de NaCl, fiecare ion de Na+este inconjurat de alți 6 ioni de Cl-si fiecare ion de Cl–este inconjurat de 6 ioni de Na+în nodurile retelei → legături ionice. O anumită cantitate dintr-o substanţă prezentă sub o formă şi un volum oarecare → un corp realizat din substanţa respectivă (dacă substanţa este fierul, un cui reprezintă un corp realizat din fier, dacă substanţa este H2O, un cub de gheaţă reprezintă un corp format din apă). 15

16. Substanţele lichide ▪ distanţele dintre particulele constituente (molecule, ioni) ale substanţelor lichide sunt relativ reduse (mai mari decat la solide), forţele de atracţie (de coeziune) dintre acestea sunt mai mici decât în cazul solidelor; ▪ particulele unui lichid sunt destul de mobile, se organizează în asociaţii intermoleculare care se deplasează cu uşurinţă unele faţă de altele în orice direcţie,îşi pot schimba uşor locurile între ele, aspect care stă la baza curgerii lichidelor şi a proprietăţii lor de a lua forma vasului în care se află ; ▪ lichidele nu au formă proprie, au volum propriu, bine definit; ▪ forţele de atracţie ce se exercită între particulele substanţelor lichide sunt slabe ca intensitate şi pot fi forţe de dispersie London, legături dipol-dipol, legături de hidrogen. Lichidele sunt incompresibile (distanţele dintre particulele componente sunt mult mai mici decăt la gaze) 16

17. Tensiunea superficială = proprietatea unei suprafeţe de lichid de a se comporta ca o membrană elastică tensionată. ▪ sub acțiunea forțelor intermoleculare din partea masei de lichid, suprafața liberă a lichidului tinde să ia forma ce corespunde celei mai mici suprafețe locale asociate unei energii minime (tinde spre o stare de echilibru). Forţa de tensiune superficială – forţa ce determină micşorarea suprafeței libere a lichidului, determinată de forţele de adeziune dintre particulele de lichid şi pereţii vasului în care se află, care sunt de sens opus şi mai mari decât forţele de coeziune intermoleculare dintre straturile de lichid. Ex: apa şi soluțiile apoase incolore formează un menisc concav.. G a) menisc concav şi b) menisc convex (mercurul) 17

18. ▪ lichidul din vas urcă în tubul capilar până când greutatea G a coloanei de lichid din tub echilibrează forțele de tensiune superficială Fscare acționează pe conturul circular al meniscului. Vâscozitatea = o măsură a rezistenţei lichidului la curgere, opusă fluidităţii. Este o forță rezultantă a frecării dintre straturile adiacente de lichid (frecare internă între moleculele lichidului) în mişcare. 18

19. Substanţele gazoase ▪ molecule sunt întotdeauna foarte mobile, se deplasează cu viteze mari în toate direcţiile şi iau foarte uşor forma vasului în care se află - tendinţă mare de expansiune (Ex: aerul dintr-o sticlă); ▪ gazele nu au formă proprie şi nici volum propriu, ocupă întreg spaţiul pe care-l au la dispoziţie; ▪ sunt uşor compresibile în spaţii mici, datorită distanţelor foarte mari dintre particulele componente; forţele de atracţie dintre particulele componente (atomi, molecule), sunt foarte slabe, de tip Van Der Waals, forţe de dispersie London; Mișcare browniană (Robert Brown, 1827), este o mișcare spontană, complet haotică și dependentă de temperatura particule (macroscopice) sau molecule (microscopice) aflate într- o suspensie coloidală sau dispersie gazoasă. mediului, a unor 19

20. Mișcarea browniană a unei particule macroscopice (particula de praf - galbenă) în timpul coliziunii ei cu un mare număr de particule microscopice (molecule de gaz) ce se mișcă cu diferite viteze şi în direcţii diferite. energia cinetică a gazelor, deci şi viteza de deplasare a particulelor creşte direct proporţional cu creşterea temperaturii: m0.v2 2 3 2 unde k este constanta lui Boltzmann cu valoarea în S.I.: k = 1,38·10-23sJ/Kt Ec = k.T = 20

21. Solid → Lichid → Gaz,.: • odată cu creşterea temperaturii, mişcarea moleculelor creşte direct proporţional ca intensitate; ▪ enegia cinetică de deplasare şi distanţele dintre particule cresc corespunzător. Gaz, → Lichid → Solid ▪ cresc considerabil forţele de atractie (de coeziune) dintre particule, scade enegia cinetică, se măreste gradul de ordonare . 21

22. Topirea - trecerea unei substanţe din starea solidă în starea lichidă, prin absorbţie de căldură, procesul invers – solidificare. Vaporizarea - transformarea substanţei din starea lichidă în stare gazoasă prin absorbţie de căldură şi poate fi realizată prin evaporare sau fierbere; procesul invers - condensarea.. Lichefierea - procesul de trecere a unei substanţe gazoase în stare lichidă la temperatură obişnuită, dar sub acţiunea presiunii. Sublimarea- trecerea unei substanţe din starea solidă direct în stare de vapori. 22

23. Energia radiantă → lumina Caracterul dual al luminii : ondulatoriu şi corpuscular A. Aspectele teoriei ondulatorii ▪ energia radiantă - formată din cuante de lumină (fotoni); ▪ energia unei cuante de lumină (foton) : E = h .ʋ = h.c/ʎ. (Max Planck) Dar E = m.c2 (Albert Einstein), rezultă că m.c2 = h.c/ʎ, de unde ʎ = h/ m.c = h/p (1), λ = lungimea de undă a radiaţiei electromagnetice şi p = mc este impulsul unui foton, h = constanta lui Planck = 4,135667 . 10-15 eV. s. ▪ oricărui foton (particule) în mişcare cu impulsul p = mc şi o comportare ondulatorie, i se poate ataşa o radiaţie electromagnetică, a cărei expresie este dată de formula (1) (Louis De Broglie). 23

24. Principalele idei din cadrul teoriei ondulatorii → Christiaan Huygens 1678: ▪ lumina = o undă mecanică asemănătoare sunetului; lumina este emisă de orice sursă în toate direcțiile, ca undă printr-un mediu numit eter luminos; • încetinește atunci când pătrunde într-un mediu mai dens, deoarece este o undă, fără gravitaţie; • explică fenomenele de : difracție – descoperit de Francesco Grimaldi în 1665, interferență – evidențiată de Thomas Young în 1801, polarizarea, vederea cromatică. B. Aspectele teoriei corpuscusculare - Isaac Newton , 1675 ▪ lumina este formată din particule extrem de mici, elastice, rigide și fără greutate, numite corpusculi; emise de orice sursă de lumină în toate direcțiile; • particulele se deplasează printr-un mediu omogen și izotrop în linie dreaptă și cu viteză constantă; 24

25. •când aceste particule impresionează retina , produc senzația de lumină; culorile diferite ale luminii sunt datorate dimensiunilor diferite ale particulelor; ▪particulele sunt respinse de suprafețele ce determină reflexia și sunt atrase de suprafețele pe care se produce refracția luminii; ▪ când particulele trec dintr-un mediu în altul își modifică viteza și direcția de deplasare; viteza lor creşte în medii mai dense; ▪ teoria corpusculară explică emisia şi absorbţia luminii, efectul fotoelectric, efectul Compton (scăderea energiei E și creșterea lungimii de undă, λ a unui foton de raze X sau gama, la interacțiunea acestuia cu substanța); 25

26. Spectrul radiaţiilor electromagnetice Maxwell : → lumina, electricitatea și magnetismul sunt manifestări ale aceluiași fenomen : câmpul electromagnetic. Unificarea luminii și a fenomenelor electromagnetice → ipoteza existenței undelor radio. Hertz în 1886: → existența undelor electromagnetice prezise de Maxwell construind dispozitive care să emită și să recepționeze unde radio. 26

27. 2. Structura atomului. Modele atomice. Numere cuantice. Proprietăţile atomilor. 2.a. Structura atomului Definiţii. Principii generale • cea mai mică particulă dintr-o substanţă ce nu poate fi fragmentată prin procedee fizice şi chimice obişnuite şi care păstrează individualitatea substanţei. pe care o alcătuieşte; • atomul este indivizibil, cu o masă care variază între 1,67. 10-27- 4, 52. 10 -25 Kg şi un diametru al particulelor cuprins între 62 pm - atomul de He şi 520 pm - atomul de Cs.(1 pm = 10-12 m); • este invizibil, nu poate fi detectat cu ochiul liber sau la microscopul optic (observat numai cu ajutorul microscopului electronic, de mare precizie); ▪ atomul este neutru din punct de vedere electric. 27

28. Atomul – alcătuit dintr-o parte centrală, interioară → nucleul în care este concentrată aproape întreaga masă a atomului ; - o parte exterioară → învelișul electronic ce înglobează nucleul. Nucleul : ▪ conţine nucleoni: particule încărcate pozitiv = protonii şi particule neutre electric = neutronii; este încărcat cu sarcină pozitivă (+) în ansamnlu. Invelișul electronic: ▪ cuprinde doar electronii e -, cu sarcină negativă (-). ▪ e -execută atât o mişcare de rotaţie în jurul nucleulul + o mişcare de revoluţie în jurul propriei axe = mişcare de spin 28

29. • totalitatea atomilor de acelaşi tip formează un element chimic. (Ex: Na, K, Al, Mg, F, Cl, Br, I, Pb, Zn, Cu, Mn, Cr) Nr. de sarcini pozitive (protoni) din nucleu= nr. de sarcini negative (electroni) din învelişul electronic = numărul atomic Z ▪ atomul este neutru din punct de vedere electric.(nr. de protoni din nucleu = nr. de electroni din învelişul electronic). Numărul de masă A = nr. de nucleoni = nr. de protoni + nr. de neutroni din nucleu; A= Z + N. 29

30. Structura atomului de Carbon (C): Z = 6, A= 12. Structura atomului de Oxigen (O): Z = 8, A= 16. Atomul de Carbon (C) are Z = 6, deci cuprinde 6 protoni în nucleu şi 6 electroni electronic. Numărul de masă =12 (6 protoni + 6 neutroni) = număr total de nucleoni Oxigenul (O) are Z =8: 8 protoni în nucleu şi învelişul electronic. A =16 (8 protoni + 8 neutroni) = număr total de nucleoni 8 electroni în în învelişul A 30

31. Învelişul electronic = totalitatea e-ce gravitează în jurul nucleului = o structură stratificată. Electronii care gravitează în jurul nucleului împărţiţi → : în 7 straturi orientate concentric în jurul nucleului, notate: K, L, M, N, O, P, Q. • straturile electronice → nivele energetice diferite. Energia creşte: stratul K (cel mai apropiat de nucleu) → stratul Q- ultimul strat cel mai îndepărtat de nucleu. Electronii mai apropiaţi de nucleu (K, L) → energia lor va fi mai redusă. Electronii straturilor periferice (P, Q) → energia cea mai mare, se deplasează cu viteze mari 31

32. Straturile electronice → substraturi → orbitali Electronii din jurul nucleului → pe straturile cu energii cât mai joase, ocuparea straturilor electronice se face de la nucleu spre exterior. Nivelele de energie ale suborbitalilor corepunzători orbitalilor; energia lor creşte de la 1s la 4f, din vecinătatea nucleului, spre învelișul electronic. 32

33. Mg:: Z=12 configuraţia electronică reprezentată : Diagramă de energie:reprezentarea nivelurilor energetice în funcţie de nivelul de energie orbital, pentru primele 5 straturi electronice. - se completează mai întâi substratul 4s, şi abia apoi se completează substratul 3d. al fiecărui 33

34. Fiecare strat electronic poate avea unul sau mai multe substraturi. Un substrat cuprinde totalitatea orbitalilor de acelaşi tip. Modul de notare al stratului, substratului şi al numărului de electroni: Ex: 4p2: 4 = numărul stratului, 4p = tipul substratului, 2 = numărul electronilor din orbitalul p Tipurile de orbitali: 4 tipuri de orbitali Oritali de tip s Orbitali de tip p Orbitali de tip d Orbitali de tip f Orbitalii se deosebesc prin: Formă Energie Orientare spaţială 34

35. Orbitalul s: are simetrie sferică (de exemplu, orbitalul ocupat de electronul atomului de hidrogen). Orbitalii p sunt orientaţi în spaţiu după axele Ox, Oy şi Oz, deci câte trei pentru fiecare strat principal . Forma: nu este simetrică, ci bilobară. Orbitalii d: sunt în număr de cinci pentru fiecare strat. Au două planuri nodale → împart norul de electroni în patru secţiuni şi prezintă o structură mai complicată, tetralobară Orbitalii f: sunt în număr de şapte. Structura lor → complicată ; au trei planuri nodale ce trec prin nucleu → formă octalobară. substrat s p d f Nr. 1 orbital s (s2) 3 orbitali p (p 6) 5 orbitali d (d 10) 7 orbitali f (f 14) orbitali creşte energia orbitalilor 35

36. Ocuparea orbitalilor atomici cu electroni de bază: principiul stabilităţii (al minimei energii); principiul de excluziune al lui Pauli; regula lui Hund. se sprijină pe 3 principii Principiul stabilităţii (al minimei energii) : În atomii multielectronici, electronii se plasează în orbitali atomici în ordinea succesivă a creşterii energiei lor, de la nucleu spre exterior. Altfel spus, electronul distinctiv (de valenţă ) tinde să ocupe orbitalul vacant cu energia cea mai scăzută. Principiul de excluziune al lui Pauli: Un orbital atomic poate fi ocupat cu maximum doi electroni de spin opus. 36

37. Regula lui Hund: Completarea orbitalilor aceluiaşi substrat (de aceeaşi energie) cu electroni are loc astfel încât numărul de electroni necuplaţi (impari) să fie maxim. După semiocuparea orbitalilor aceluiaşi substrat cu un electron, urmează apoi cuplarea (completarea) cu al doilea electron de spin opus, în cazul fiecărui orbital. 37

38. Ex : Fierul (Fe) este un metal tranziţional care are Z = 26 ; repartiţia celor 26 de electroni pe straturi este următoarea: K = 2 e-; L = 8 e-; M = 14 e–şi N = 2 e-. Repartiţia electronilor pe substraturi şi orbitali : 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6. 38

39. 2b. Modele atomice. Numere cuantice Modelul atomic al lui John Dalton (1803) - cel mai simplu model atomic → cel al sferei rigide - atomii au formă sferică, sunt omogeni şi identici pentru aceeaşi substanţă şi nu conţin particule încărcate electric. - modelul este suficient pentru a explica structura şi unele proprietăţi simple ale substanţei, fenomene simple precum difuzia, schimbarea stării de agregare. 39

40. Modelul atomic al lui Joseph John Thomson (1904) -- în 1897 fizicianul englez J.J.Thomson a pus în evidenţă, prin experienţe de descărcare electrică în gaze rarefiate, existenţa electronului, ca particulă încărcată cu sarcină electrică negativă. - atomii → sub formă de sfere uniform încărcate cu sarcină pozitivă, iar electronii sunt încorporaţi în interiorul sferei (ca stafidele într-o plăcintă), în care forțele de interacţiune electrostatice determină poziționarea electronilor care se deplasează rapid. 40

41. Pentru a explica încărcarea electrică neutră generală a atomului, el a menţionat că electronii sunt distribuiți într-o “mare” uniformă de sarcină pozitivă. În acest model de “budincă de prune”, electronii au fost observați ca încorporați în sarcina pozitivă cum sunt prunele într-o budincă de prune (deși în modelul Thomson, ei nu sunt staționari, ci orbitează rapid). Tubul de descărcări în gaze rarefiate – Descoperirea electronului Doi electrozi (anod şi catod) sunt separați în vid. Când este aplicată o tensiune între electrozi, sunt generate raze catodice ceea ce face ca tubul să strălucească. Prin acest experiment, Thomson a descoperit că sarcina negativă nu putea fi separată de raze (prin aplicarea magnetismului), și că razele nu pot fi refractate de un câmp electric. El a dedus că aceste raze, mai degrabă decât unde, erau particule încărcate negativ, pe care le-a numit “corpusculi”(electroni). Un fascicul de electroni emişi de catod se deplasează în direcţia anodului pozitiv şi este iluminat prin fluorescenţă. Unda de electroni trece in linie dreaptă, iar apoi se observă deflexia (devierea) sa în camp magnetic sau electric. 41

42. Experimentul lui Rutherford. Modelul atomic al lui Ernest Rutherford (1912) Experimentul a constat în bombardarea unei foiţe de aur cu particule alfa emise prin descompunerea radioactivă a atomilor de radiu. Recepţia particulelor alfa s-a făcut prin intermediul unei plăcuţe detectoare din sulfat de zinc. ▪ cele mai multe particule alfa treceau iniţial de foiţa de aur fără a suferi devieri, ceea ce indica că atomul este, în cea mai mare parte, un spaţiu gol; ▪ o mică parte din particulele alfa au fost deviate sub diverse unghiuri, ceea ce arăta că sarcina pozitivă a atomului trebuie să fie concentrată într-o restrânsă a acestuia; ▪ o foarte mică parte a particulelor alfa au fost reflectate în direcţia din care veneau. foarte zonă 42

43. ▪ dacă sarcina pozitivă este uniform distribuită în atom (după modelul lui Thomson), particulele α sunt deviate foarte puţin, doar cu câteva grade la trecerea prin metal, datorită forţelor electrostatice: (ale lui E. ▪ în Rutherford) apar şi particule alfa deviate sub unghiuri mari; aceste deviaţii nu pot fi explicate decât dacă se admite că sarcina pozitivă este concentrată în centrul atomului, într-o porţiune redusă ca suprafaţă – nucleul atomic. de experienţele împrăştiere Comparaţie între Modelul atomic al lui J.J. Thomson şi cel al lui E. Rutherford 43

44. Particulele alfa au o masă de aproximativ 8000 de ori mai mare decât masa unui electron. Prin urmare, pentru a devia sub unghiuri mari particulele alfa erau necesare forţe foarte mari; electronul nu putea fi bănuit ca fiind cauza acestor devieri. S-a avansat ideea unui nucleu atomic, foarte mic în comparaţie cu dimensiunea atomului, dar care cuprindea cea mai mare parte a masei atomului, Rutherford a putut explica de ce numai unele particule alfa întâlneau în drumul lor nuclee care să le devieze. 44

45. ModelulAtomic Rutherford Modelul planetar al atomului În anul 1912, E. Rutherford : teoria nucleară a atomului,: ▪ nucleul este format din particule (nucleoni) : particule încărcate pozitiv (protoni). Modelul planetar al atomului propus de Rutherford → asemănarea dintre structura materiei la nivel macrocosmic cu cea la nivel microcosmic.: ca si in sistemul solar, nucleu este plasat in centrul atomului, iar electronii se rotesc în jurul acestuia. 45

46. Caracteristicile fundamentale ale modelului atomic ale lui Ernest Rutherford : ▪ atomii au în mijloc un nucleu foarte mic ce conţine cea mai mare parte a masei atomului; ▪ cea mai mare parte a atomului este un spaţiu gol; ▪ electronii (e-) se rotesc în jurul nucleului pe orbite circulare; ▪ nucleul este format din protoni (H+) , încărcaţi pozitiv; ▪ numărul protonilor este egal cu al electronlor. Modelul atomic al lui Niels Bohr (1913) În anul 1913, N. Bohr a elaborat teoria structurii atomului de hidrogen, pornind de la modelul atomului lui Rutherford, teoria cuantică a lui M.Planck şi extinsă de A.Einstein. Bohr a propus un model al atomului in care electronii se rotesc in jurul nucleului pe traiectorii bine definite, numite orbite. In acest model, atomul este format din electroni (cu sarcină negativă) şi nucleu format din protoni (sarcina pozitivă) şi neutroni. Un foton este denumit sub termenul de "cuantă de lumină" Energia unui electron aflat într-un atom se spune că este cuantificată (poate lua numai anumite valori, discrete), ceea ce are ca efect stabilitatea atomilor și a materiei în general. 46

47. 47

48. Postulatele lui Bohr ▪ electronul se poate roti in jurul nucleului doar pe anumite orbite (orbite circulare impuse sau permise), fără a emite sau absorbi energie radiantă; ▪ stările legate ale atomului sunt stări în care atomul nu absoarbe şi nu emite energie. Aceste stări ale atomului se numesc stări staţionare. Într-o stare staţionară, energia sistemului este constantă în timp. Valorile energiilor stărilor staţionare formează un şir discontinuu: E1,E2,…..En; ▪ atomii absorb sau emit radiaţii electromagnetice de anumite frecvenţe, numai la trecerea dintr-o stare staţionară în altă stare staţionară; Energia emisă sau absorbită sub forma unei cuante este egală cu diferenţa dintre energia finală şi iniţială a sistemului:    h E E kn k n 48

49. ▪ atomul trece dintr-o stare staționară în alta cu energie superioară doar dacă i se transmite o cuantă de energie corespunzătoare diferenței dintre cele două nivele. La revenirea pe nivelul inferior, se emite o radiație de aceeași frecvență ca și la absorbție, Acest fapt exprimă natura discontinuă a materiei și energiei la nivel microscopic; ▪ frecvențele radiațiilor atomice depind de natura și structura atomului și au valori discrete, spectrele lor fiind spectre de linii. Modelul cuantificat al atomului (N. Bohr) (1913) ▪ acest model preia modelul planetar al lui Ernest Rutherford căruia îi aplică teoria cuantelor; ▪modelul atomic cuantificat a lui Bohr explică bine efectele de emisie şi absorbţie ale radiaţiei elctromagnetice de către atomul de hidrogen şi atomii hidrogenoizi (atomi formaţi dintr-un nucleu cu sarcina Ze şi un electron: atomii ionizaţi He+(Z=2), Li2+(Z=3), Be3+(Z=4) 49

50. • în modelul planetar, nucleul este considerat fix, iar energia totală a atomului este dată de suma energiilor cinetice și potențiale ale electronului aflat în mișcare circulară; ▪ energia este minimă în starea fundamentală care este o stare de echilibru și are un timp de viață infinit; se numesc stări excitate. Atomul are o infinitate de nivele de energie ▪ celelalte stări situate la intervale din ce în ce mai apropiate; ▪ atomul are o infinitate de nivele de energie situate la intervale din ce în ce mai apropiate, energia tinde la valoarea zero; valorile pozitive ale energiei sunt continue, iar electronul se deplasează liber pe o traiectorie deschisă, în afara nucleului. 50