EGITURA ATOMIKOA

1. EGITURA ATOMIKOA Kimika Batxilergo 1

2. John Dalton Ingalaterrako kimikaria, fisikaria eta metereologoa izan zen. Teoria atomiko modernoa garatzeko aitzindaria izateagatik nabarmendu zen. Bildutako datu esperimentalekin (eginiko erreakzio kimikoak, gasen ezaugarriak…) Teoria Atomikoa argitaratu zuen 1808an hipotesi hauek adieraziz: Materia guztia partikula txikiez eta zatiezinez osatuta dago. Partikula zatiezin hauek ATOMOAK dira. Elementu jakin baten atomo guztiak berdinak dira, bai masari eta baita ezaugarrik fisiko eta kimikoei dagokienez ere. Elementu ezberdinetako atomoak ezberdinak dira. Atomoak elkarren artean konbinatzen dira KONPOSATUAK eratzeko. Konposatuen propietateak duten atomo mota eta kopuruaren menpe daude.

3. DALTON-EN EREDUAREN AHULEZIAK Nahiz eta eredu hau oso erabilgarria den fenomeno batzuk aztertzeko, zenbait galderen aurrean ez du erantzunik. Adibidez: • Zergatik elkartzen dira atomoak? • Eta elkartzen direnean, zergatik egiten dute proportzio edo erlazio batzuetan eta ez besteetan? • Materia lagin bat elektrikoki kargatuta dagoenean, zer gertatzen da? Nola azaldu hori atomoak kargarik ez badu? Hurrengo eredu atomikoak saiatuko dira galdera hauei erantzunak ematen.

4. Joseph John Thomson (1856-1940) Fisiko Britaniar honek materiaren propietate elektrikoak aztertu zituen, bereziki gasenak. Atomoen barruan bartikula txikiak negatiboki kargatuta daudela demostratu zuen. Partikula hauek elektroiak dira. 1906an Nobel Saria eman zioten bere lanengatik. Sakatu irudian Millikan-ek elektroiaren kargaren balioa esperimentalki kalkulatu zuen olio tantaren esperimentuan. Karga honen balioa e = 1,6 * 10 -19 coulomb. J.J.Thomson-ek 1897an elektroiaren karga-masa erlazioaren neurtu zuen eta hau izan zen gaur egun dugun egitura atomikoari buruzko ulermenaren oinarria.

5. Thomson-en eredu atomikoa Thomson-en eredu atomikoa: Eredu atomiko honetan, atomoaren zati handiena, karga positiboko esfera litzateke eta bere inguruan, berari itsatsita, partikula negatibo txikiak egongo lirateke (sandia baten haziak izango bailiran). Horrela, partikula negatibo txiki horiek izango lirateke izpi katodikoak bihurtzen direnak, atomoetatik irtetean. Atomoa karga positibodun esfera uniformea izango zen, non elektroiak sartuta egongo lirateke.

6. Ernest Rutherford, (1871-1937) Fisikari britaniarra, Zeelanda Berrian sortu zen, Manchester-en irakasle eta Cambridge-ko unibersitatearen Cavendish laborategiaren zuzendaria izan zen. Nobel saria lortu zuen 1908an. Bere ikerketak egitura atomikoari buruz eta erradioaktibitateari buruzko aurkikuntzak nabarmenak izan ziren. Elementu erradioaktiboek igorritako erradiazioen izaera esperimentalki aztertu zuen. Rutherford-en Ikerketak erradioaktibitatearen aurkikuntzaren ondoren gertatu ziren. Prozesu erradioaktibo batean igortzen diren partikulak ere ezagutzen ziren. Rutherford eta bere laguntzaileek esperimentuak egin zituzten non metalezko xaflak bonbardatzen zituzten alfa partikulekin. Hipotesia hau zen: Thomson-en eredu atomikoan karga positiboak eta negatiboak uniformeki banatuta zeudenez, esferak neutroa izan behar zuen, beraz, alfa partikulek xafla desbideratu gabe zeharkatuko zuten. Baina emaitzak ez ziren espero zutenak eta alfa izpiak desbideratzen ziren lagin batzuk zeharkatzean. Geiger-ek eta Mardsen-ek alfa izpien desbideratze hauek neurtu zituzten. Ikerketa hauek Thonson-en eredua berrikusketara eraman zuten, Rutherford-ek egin zuena 1909-1911 bitartean.

7. Atomoaren egitura determinatzeko egin zen esperimentua Xaflaren aurka talka egin ondoren, pantaila fluoreszente baten bidez ikusi zuten izpiaren desbideratzea zenbatekoa izan zen. Alfa partikula gehienek xafla zeharkatzen zuten desbideratu gabe, atomoaren barrukoaren gehiena hutsik dagoelako. Haien harridurako, zenbait izpi desbideratzen zen, alfa izpiek (KARGA POSITIBOA) duten karga mota berbera duten zentrotik hurbil pasa zirelako eta aldarapen elektrikoak desbideratzen zituelako. Oso gutxi batzuek desbideratze izugarria jasaten zuten, eta pilotak frontisean bezala xafla jo eta bueltatu egiten zuten, aurrez aurre talka egiten zutelako karga positibodunarekin.

8. Rutherford-en eredu atomikoa - Edozein atomo nukleok eta azalak eratuta dago • Nukleoa erdigunea da, tamainaz oso txikia, bertan karga positibo guztia aurkitzen da eta ia masa guztia ere. protoiez eratuta dago. • Nukleoa eta azalaren artean huts handia dago non elektroiak (negatiboki kargatutako partikulak) biraka egongo lirateke (Nukleoaren diametroa atomoarena baino 10.000 bat aldiz txikiagoa da). (Horregatik alfa partikula gehienek batere oztoporik gabe zeharkatzen dute atomoa) RUTHERFORD-en ereduan elektroiak nukleoaren inguruan biraka dabiltza. (Eguzki-sistema txiki bat izango balitz bezala) Orbitan egoteko indar elektrikoek ematen diote elektroiari behar duen indar zentripetua ZENBAKI ATOMIKOA = nukleoaren protoi kopurua, atomo neutro a bada bat egiten du elektroi kopuruarekin.

9. 1932an Chadwik britaniarrak, atomoak partikulekin bonbardatzean partikula berri bat, kargarik gabe, igortzen zela aurkitu zuen, horrela NEUTROIA aurkitu zuen. Nukleoan neutroiak eta protoiak aurkitzen dira.  - Materia neutroa denez nukleoan karga positiboaren kopuruak (zenbaki atomikoa = Z) azalean dagoen elektroi kopuruaren berdina izan behar du. Nukleoan neutroiak ere aurkitzen dira. • Elektroiak nukleoaren inguruan birak ematen dituzte ORBITA ZIRKULARRETAN . • Elektroiek birak ematen dituzte indar elektrostatikoa indar zentripetua delako.

10. Partikula Karga Masa PROTOIA p+ +1 karga elektrostaikoaren unitatea = 1,6. 10-19 C 1 masa atomikoaren unitatea (u.m.a.) =1,66 10-27kg NEUTROIA n 0 ez du karga elektrikorik, neutroa da 1 masa atomikoaren unitatea (u.m.a.) =1,66 10-27 kg ELEKTROIA e- -1 karga elektrostaikoaren unitatea =-1,6. 10-19C Oso txikia eta beraz arbuiagarria p+ y n-rekin konparatuz gero OINARRIZKO PARTIKULAK NUKLEOA = Atomoaren erdialdeko zonaldea non protoiak eta neutroiak aurkitzen diren AZALA = Nukleoa inguratzen duen zonaldea non elektroiak biraka aurkitzen diren. Protoien eta neutroiek atomoen masa determinatzen dute eta elektroiak propietate kimikoen arduradunak dira.

11. ZENBAKI ATOMIKOA (Z)atomo batek duen protoi kopurua. Atomo neutroa bada bat egiten du elektroi kopuruarekin. Elementu beraren atomo guztiek protoi kopuru berdina dute, beraz, zenbaki atomiko berbera izango dute. ZENBAKI MASIKOA (A)atomo baten protoi eta neutroien kopuruaren batura. ISOTOPOAK elementu bereko atomoak neutroi kopuru desberdinarekin. Beraz, zenbaki atomiko (Z) berdina dute baina zenbaki masiko (A) ezberdina). • Atomo bat horrela adierazten da: • Bere sinboloa = Ca , H , Li, S, He.... • Bere zenbaki atomikoa (Z), behean eta ezkerraldean idazten da. • Bere zenbaki masikoa (A) goian eta ezkerraldean idazten delarik. IOIAK: karga elektrikoa duten atomoak edo atomo taldeak, elektroiak galdu edo irabazi dituztelako. Izan daitezke: KATIOIAK karga positiboa badute eta, beraz, elektroiak galdu dira. ANIOIAK karga negatiboa badute eta, beraz, elektroiak irabazi dira.

12. Rutherford-en ereduaren gabeziak: Materiaren jarraitasunik eza eta atomoaren hutsune handien demostrazioa ezin garrantzitsuena izan zen. Baina teoria honek gabeziak zituen baita argi ez zeuden puntu batzuk ere: • Dagoeneko Maxwel-en teoria elektromagnetikoaren frogatuta zegoen. Honen arabera elektroiak, higiduran dauden karga elektrikoak direnez, etengabe igorriko dute energia, orbitaren erradioa gero eta txikiagoa izanik eta une batean energia agorturik, elektroiak nukleoaren gainera eroriko dira. Baina, errealitatean elektroiak ez dira nukleoaren gainean erortzen! • Ez du azaltzen nola hain txikia den toki batean (nukleoan) egon daitezke zeinu bereko kargak . Neutroiek egonkortasuna ematen dute protoien arteko aldarapen indarrak murriztea ahalbidetzen dutelako. • Ez zuen kontuan hartu garai horretan ezaguna zen Plank-en teoria. • Ez zituen azaltzen espektro atomikoak. (Elementu bakoitzak espektro bereizgarri bat dauka, eredu atomiko batek hau azaltzeko gai izan beharko luke)

13. ERRADIAZIO ELEKTROMAGNETIKOA • Erradiazio elektromagnetikoa espazioan zehar hedatzen den eta osagai elektriko eta magnetikoak dituen uhina dugu. Osagai elektriko eta magnetiko hauek elkarren perpendikularrak dira. Era berean, osagai hauek hedapen-norabidearekiko perpendikularra den planoan oszilatzen dute. • Bere maiztasunak determinatuta dago “” edo bere uhin luzerak “”, erlazio hau betetzen dutelarik: C= argiaren abiadura=3.108m/s ESPEKTRO ELEKTROMAGNETIKOA: Ezagutzen ditugun uhin elektromagnetiko guztien multzoa da. Hauek bere uhin-luzeraren edo maiztasunaren arabera ordenaturik agertzen dira. Argiaren espektro jarraia: argiaren deskonposizioa bere uhin luzera guztietan prisma optiko baten bitartez.

14. Espektroelektromagnetikoa.

15. Zurgapen espektroa Zurgapen-espektroa Erradiazioak gas bat zeharkatzen duenean, gas honek erradiazioaren zati bat zurgatzen du. Beraz espektro jarraia ikusiko dugu, baina zenbait marra beltzekin zurgatutako erradiazioei dagozkienak. ZURGAPEN ESPEKTROA

16. Igorpen-espektrua Gas egoeran dauden elementuei energia ematen zaienean (deskarga elektrikoa, berotuz...) hauek ere uhin-luzera zehatz bateko erradiazioak igortzen dituzte. IGORPEN-ESPEKTRUA Erradiazio hauek espektroskopio baten prisma zeharkatu ondoren lerro multzo bat bezala ikusten dira. Lerro multzo hau igorpen-espektroa da.

17. Elementu bakoitzak berezko espektroa du; Beraz, eredu atomiko batek hau azaltzeko gai izan beharko luke. http://www.educaplus.org/luz/espectros.html

20. PLANCK-en TEORIA KUANTIKOA Teoria kuantikoak energia ulertzeko modu berri bat dakar: Gorputzek energi pakete edo kuantu modura igortzen edo zurgatzen dute energia. Ezin da edozein energia kantitate zurgatu ala igorri, kantitate minimo baten multiploak direnak besterik ez. Energia kantitate minimo honi kuantu deitu zion. (materia atomoz osatuta dagoen bezala energia kuantoz osatuta egongo zen). Beraz igortzen edo zurgatzen den edozein energia kantitatek kuantoen kopuru zehatz bat izan beharko da. Energia erradiazio elektromagnetiko moduan (argiaren antzekoa den energia) dagoenean irradiatze-energia deritzo eta bere unitate minimoa fotoia da. Plank-en ekuazioak fotoi baten energia zehazten du: E = h · ν h: Planck-en konstantea = 6.62 · 10-34 Joule · segundo ν: erradiazioaren maiztasuna

21. BÖHR-EN EREDU ATOMIKOA Lehenengo postulatua Elektroiak nukleoaren inguruan birak ematen ditu orbita zirkularretan irradiatze-energia igorri gabe. Beraz, zilegizko orbitetan dagoen bitartean, elektroiak ez du energiarik galtzen nukleoaren inguruan biratuz Bigarren postulatua Bigarren postulatu honen arabera, elektroia ezin da nukleotik edozein distantziatara egon. Zenbait orbita baimendurik besterik ez dago, Orbita bakoitzaren energia n-ren balioaren araberakoa da. nzenbaki kuantiko nagusia da. Baimenduriko orbitetan, elektroiaren momentu angeluarra h /(2 · π) –ren multiplo osoa da. Hirugarren postulatua Elektroi batek orbita batetik bestera pasatzen denean energia zurgatu ala igortzen du fotoi gisa (argia). Planck-en ekuazioak fotoi honen maiztasuna kalkulatzea ahalbidetzen digu. Ea - Eb = h · ν Horrela, atomoak erradiazio bat zurgatzen (ala igortzen) duenean energia handiago (edo txikiago) duen orbita batera pasatzen da. Bi orbita hauen arteko energia diferentziari espektroaren marra bat dagokio.

22. n =  E = 0 J n = 5 E = –0,87 · 10–19 J n = 4 E = –1,36 · 10–19 J n = 3 E = –2,42 · 10–19 J n = 2 E = –5,43 · 10–19 J n = 1 E = –21,76 · 10–19 J Baimendutako mailak Bohr-en ereduaren arabera(hidrogeno atomoarentzat) Energía

24. BÖHR-EN EREDUARI EGINDAKO ALDAKETAK: ZENBAKI KUANTIKOAK Böhr-en hasierako ereduan, parametro bat besterik ez da behar (n, zenbaki kuantiko nagusia), elektroiak nukleoaren inguruan ematen duen orbitaren tamainarekin erlazionatuta eta elektroiak duen energia totalarekin. n-k maila elektroniko ezberdinak adierazten ditu (Bohr-en ereduaren orbita estazionarioak. Zenbaki kuantiko nagusiak balio osoak eta positiboak hartzen ditu: 1, 2, 3... Hala ere, laster eredua aldatu behar zuten datu esperimental berriei egokitzeko (espektro-lerro berrien agerpena…) eta elektroia definitzeko hiru zenbaki kuantiko gehiago proposatu ziren: Zenbaki kuantiko orbitala edo momentu angeluarrarena (l) Zenbaki kuantiko magnetikoa (m) Spinaren zenbaki kuantikoa (s)

25. Zenbaki kuantiko orbitala edo momentu angeluarrarena (l): Sommerfeld-en zuzenketa Teknologiak prezisio handiagoko elektroskopioak eraikitzea ahalbidetu zuen. Elektroskopio hauek erabiltzean espektroan lerro berriak agertzen ziten Bohr-en ereduak azaltzen ez zituenak. 1916an, Sommerfeld-k Bohr-en ereduari aldaketa batsortu zion: orbitak ez litzateke hala beharrez zirkularrak izango, orbita eliptikoak ere posibleak izango ziren. Aldaketa honek parametro berriak eskatzen ditu elektroia bereizteko. Elipse bat bi parametrok determinatuta dago, ardatz-erdi handiena eta txikiaren balioak direlarik. Ardatz-erdiak berdinak izanez gero elipsea zirkunferentzia bihurtzen da. Horrela, zenbaki kuantiko orbitala edo momentu angeluarrarena (l) sartzen dugu, bere baimendutako balioak: l = 0, 1, 2, ..., n – 1 direlarik. Adibidez, n = 3 bada, l-ren balioak 0, 1, 2izango dira.

26. Zenbaki kuantiko magnetikoa(m). Higitzen ari den karga elektriko batek eremu magnetiko bat sortzen du, beraz, higitzen ari den elektroi batek ere e. magnetiko bat sortuko du eta ondorioz kanpoko eremu magnetiko baten eragina jasango du. Aplikatzen bada eremu magnetiko bat espektroaren lerroak bikoizten dira (Zeeman efektua) posibleak diren orientazio ezberdinak daudela adieraziz. Elektroiaren orbitak espazioan izan ditzakeen orientazio posibleak eremu magnetiko bat aplikatzean adierazten ditu (Zeeman erektua) . Baimendutako balioak: - L, ..., 0, ..., + L Adibidez, L= 2, m–rentzako baimendutako balioak -2, -1, 0, 1, 2izango dira. Spinaren zenbaki kuantikoa (s). EIelektroiak bere baitan egindako biraketaren noranzkoa adierazten du. Bi balio besterik ezin du hartu: +1/2, -1/2.

27. Zenbaki kuantikoak • Elektroi bakoitza lau zenbaki kuantikoen bidez ordezkaturik geratzen da: n, l, m eta s (Lehendabiziko hirurek orbitala zehazten dute, eta laugarrenak “s” orbital berean dauden bi elektroiak bereizteko balio du). • Zenbaki hauen balioak ondokoak dira: • n = 1, 2, 3, 4, ... (mailaren zenbakia) • l = 0, 1, 2, ... (n – 1) (orbitalaren forma edo azpimaila) • m = – l, ... , 0, ... L (orbitalaren orientazioa edo orbitala) • s = – ½ , + ½ (elektroiaren errotazioaren spina)

29. Teoria berriak • De Broglie: UHINA-PARTIKULA DUALTASUNA. Partikula materialek uhin propietateak dituzte, beraz, higitzen ari den partikula guztiak uhin bat dakar berekin. • Heisenberg: ZIURGABETASUN-PRINTZIPIOA. Ezin da aldi berean partikula baten posizioa eta higidura kantitatea (P = m·v) zehaztu.

30. Atomoa horrela gelditzen da: • nukleo bat erdigunean non neutroiak eta protoiak aurkitzen diren • orbital ezberdinetan biraka dabiltzan elektroiak GAUR EGUNGO EREDUA ORBITALA: NUKLEOAREN INGURUKO ZONALDEA NON ELEKTROIAK AURKITZEKO PROBABILITATEA GEHIENEZKOA DEN. • Elektroiak orbitaletan kokatzen dira, orbital bakoitzean bi elektroi sartzen dira: • 1. geruza: 1 orb. “s” (2 e–) • 2. geruza : 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) • 3. geruza : 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) 5 orb. “d” (10 e–) • 4. geruza : 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) 5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–) • … s2 p6 d10 f14 Elektroi bat zehazteko: Lehenbizi maila adierazten da: n zenbaki kuantiko nagusia L zenbaki kuantikoaren balioak (azpimaila) orbitalari dagokion letra adierazten du : (l=0 s motakoa ; l=1 p motakoa ; l=2 d motakoa; L=3 f motakoa) m –ren balioek azpimaila bakoitzean sartzen diren orbital ezberdinak adierazten dute. Orbital bakoitzean 2 elektroi besterik ez dira sartzen, bata alde batetik biraka eta bestea beste aldetik +1/2 eta –1/2 balioak hartzen ditu.

31. Adibidea: a) Esan ondoko zenbaki kuantikoen serietatik zeintzuk diren posibleak eta zeintzuk ezinezkoak elektroi baten egoera definitzeko; b) Posibleak direnentzako zehaztu betetzen duten orbital atomikoa. • Serieak n l m s • I 0 0 0 +½ • II 1 1 0 +½ • III 1 0 0 –½ • IV 2 1 –2 +½ • V 2 1 –1 +½ • Ezinezkoa. (n < 1) • Ezinezkoa. (l = n) • Posiblea. “1 s” Orbitala • Ezinezkoa. (m  -1,0,1) • Posiblea. “2 p” Orbital

32. ORBITALEN FORMA

33. ELEKTROIEN KOKAPENA ENERGI-DIAGRAMA BATEAN • Ondoko printzipioak kontuan hartzen dira: • Energia minimoaren printzipioa (aufbau) • Anizkoitasun maximoaren araua (Hund-en araua) • Behin kokatuta beti Pauli-ren esklusio-printzipioa beteko da. • Lehenbizi energia gutxien duten orbitalak betetzen dira. • Goiko mailak ez dira betetzen behekoak beteta egon arte. Energia minimoaren printzipioa (Aufbau) • Maila elektroniko batek energia berdineko orbital batzuk dituenean (orbital degeneratuak), elektroiak desparekaturik kokatuko dira (spin paraleloekin). • Orbital hauetan ez da kokatuko bigarren elektroia maila bereko beste orbitalak erdibeteta egon arte Anizkoitasun maximoaren araua (Hund-en araua) “Atomo bereko bi elektroik ezin ditzateke lau zenbaki kuantikoak berdinak eduki” Pauli-ren esklusio printzipioa.

34. 6 p 5 d 6s 4 f 5 p 4 d Energia 5 s 4 p 3 d 4 s 3 p 3 s 2 s 2 p n = 1; l = 0; m = 0; s = + ½ n = 2; l = 0; m = 0; s = – ½ n = 2; l = 0; m = 0; s = + ½ n = 2; l = 1; m = – 1; s = – ½ n = 2; l = 1; m = 0; s = – ½ n = 2; l = 1; m = + 1; s = – ½ n = 2; l = 1; m = – 1; s = + ½ n = 2; l = 1; m = 0; s = + ½ n = 3; l = 1; m = 0; s = + ½ n = ; l = ; m = ; s = n = 3; l = 0; m = 0; s = + ½ n = 3; l = 1; m = – 1; s = – ½ n = 3; l = 1; m = 0; s = – ½ n = 3; l = 1; m = + 1; s = – ½ n = 1; l = 0; m = 0; s = – ½ n = 4; l = 1; m = + 1; s = + ½ n = 4; l = 1; m = 0; s = + ½ n = 3; l = 1; m = – 1; s = + ½ n = 3; l = 2; m = + 2; s = + ½ n = 3; l = 1; m = + 1; s = + ½ n = 3; l = 2; m = + 1; s = – ½ n = 3; l = 2; m = 0; s = – ½ n = 3; l = 2; m = – 1; s = – ½ n = 3; l = 0; m = 0; s = – ½ n = 4; l = 0; m = 0; s = + ½ n = 3; l = 2; m = + 2; s = – ½ n = 3; l = 2; m = – 2; s = – ½ n = 3; l = 2; m = – 2; s = + ½ n = 4; l = 1; m = – 1; s = + ½ n = 3; l = 2; m = 0; s = + ½ n = 3; l = 2; m = + 1; s = + ½ n = 4; l = 1; m = – 1; s = – ½ n = 4; l = 1; m = 0; s = – ½ n = 4; l = 1; m = + 1; s = – ½ n = 4; l = 0; m = 0; s = – ½ n = 3; l = 2; m = – 1; s = + ½ n = 2; l = 1; m = + 1; s = + ½ 1 s ORBITALAK BETETZEN DIRENAREN ORDENA

35. Orbital ezberdinen artean egiten den atomoaren elektroien banaketari KONFIGURAZIO ELEKTRONIKOA deritzo, kontuan hartuz energia orden hazkorrean betetzen direla eta orbital bakoitzean gehienez 2 elektroi kokatuz. 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4d 4p 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p TAULA PERIODIKOA ZENBAKI ATOMIKOAREN ARABERA ANTOLATZEN DA, protoi kopurua bat egiten duenez elektroi kopuruarekin, taula periodikoa elementu ezberdinen konfigurazio elektronikoen arabera ordenatuta gelditzen da.