Modely atómu 

Prebrané  zo stránky : https://www.oskole.sk/?id_cat=3&clanok=7597

Vypracovala: B. Horváthová

Atóm je základná stavebná častica látky. Atóm sa skladá z atómového jadra a elektrónového obalu. Počet protónov Z v jadre sa nazýva protónové číslo a určuje elektrický náboj jadra Q = Z*e.

Už v starom Grécku filozofovia Leukippos a Demokritos formulovali hypotézu, že látka sa skladá z atómov, častíc, ktoré nie je možné deliť na menšie častice . Atomos – znamená nedeliteľný.

Známy je Thomsonov model atómu, pudingový model. Predpokladal, že atóm je kladne nabitá guľa v ktorej sú rovnomerne rozptýlené elektróny. Elektróny sú rozložené podobne ako hrozienka v anglickom pudingu. Tento model navrhoval v roku 1904 pred objavom atómového jadra.

E. Rutherford v roku 1911 ostreľoval veľmi tenkú zlatú fóliu časticami α . Ak by platil pudingový model, mali by sa častice prechodom cez fóliu odchyľovať len nepatrne. Pri pokusoch dochádzalo aj k veľkým odchýlkam od pôvodného smeru. Z výsledkov pokusov usúdili, že všetok kladný náboj je sústredený v jeho jadre, ktoré je oveľa menšie než celý atóm. Rutherford určil veľkosť jadra atómu rádovo 10^-14 m až 10^-15m.

Rutherfordov model atómu predpokladal, že okolo kladne nabitého jadra krúžia elektróny so záporným nábojom . Nazýva sa aj planetárny model – elektróny obehajú okolo jadra podobne ako planéty okolo Slnka. Elektrón pohybujúci sa po kružnici okolo jadra podľa Maxwellovej teórie mal vyžarovať elektromagnetické žiarenie, tým by strácal kinetickú energiu a rýchlo by sa približoval k jadru. Atóm by bol nestabilný. Avšak atómy patria medzi najstabilnejšie objekty.

Problémy sa pokúsil vyriešiť dánsky fyzik Niels Bohr. Bohrov model atómu: atóm je stabilná sústava zložená z kladne nabitého jadra a z elektrónového obalu, v jadre je sústredená takmer celá hmotnosť atómu, elektrón sa môže bez vyžarovania energie pohybovať okolo jadra len po určitých dráhach, môže sa nachádzať iba v určitých kvantových stacionárnych stavoch. Každému kvantovému stavu je priradené hlavné kvantové číslo. Pri prechode elektrónu zo stacionárneho stavu s energiou E_n do stavu s nižšou energiou E_m môže atóm vyžiariť fotón s frekvenciou f_nmurčenou vzťahom hf_nm = E_n - E_m, tento jav je emisia.

Na obrázku sú znázornené energetické hladiny atómu vodíka. Záporná hodnota energetických hladín znamená, že na uvoľnenie elektrónu z atómu je potrebné dodať mu kladnú energiu rovnajúcu sa aspoň absolútnej hodnote E_n.

Stacionárny stav elektrónu v elektrónovom obale atómu s najnižšou hodnotou energie E₁ sa nazýva základný stav a zodpovedá mu hlavné kvantové číslo n = 1. Stavy elektrónu s vyššou hodnotou energie E_n sa nazývajú excitované stavy.

Atóm, ktorého aspoň jeden elektrón sa nachádza v excitovanim stave, sa nazýva excitovaný atóm, hovoríme, že sa nachádza v excitovanom stave.

Ión vzniká z atómu alebo molekuly týmto spôsobom: katión vznikne odtrhnutím jedného alebo viacerých záporných elektrónov, anión vznikne pripojením jedného alebo viacerých elektrónov k neutrálnej molekule alebo atómu a má záporný náboj.

Kvantovo mechanický model atómu vodíka vyplynul z riešenia Schrodingerovej rovnice pre elektrón v centrálnom poli jadra. Orbitál je miesto s 90% pravdepodobnosťou výskytu elektrónu v atóme. Vlnové funkcie sú pre jeden elektrón v centrálnom elektrickom poli jadra atómu charakterizované tromi kvantovými číslami. Hlavné kvantové číslo n určuje energiu príslušného stacionárneho stavu elektrónu, nadobúda hodnoty n = 1, 2, 3, 4, ...

Vedľajšie kvantové číslo (orbitálové ) súvisí s orbitálovým momentom hybnosti nadobúda hodnoty l = 0, 1, 2, .., n – 1.

Magnetické kvantové číslo m súvisí s magnetickým dipólovým momentom a nadobúda hodnoty m = 0, ± 1, ± 2, ± 3, ..., ± l.

Rozhodujúcim krokom pri dešifrovaní štruktúry atómov bol objav Pauliho princípu v roku 1924: V určitom stcionárnom stave atómu , opísanom kvantovými číslami n, l, m môžu sa nachádzať nanajvýš dva elektróny.

Hodnoty energie stacionárnych stavov elektrónov nazývame energetické hladiny. V základnom stave atómu elektróny obsadzujú hladiny s najnižšími energiami, ale tak aby bol splnený Pauliho princíp. V atóme nemôžu byť dva elektróny, ktoré by mali všetky štyri kvantové čísla rovnaké.

Štvrté spinové kvantové číslo sa prejavuje tak, že elektrón sa správa ako malý magnet, ktorý vzhľadom na smer vonkajšieho magnetického poľa môže mať iba dve orientácie.

Rozdelenie elektrónov atómov do jednotlivých energetických hladín sa volá elektrónové konfigurácie. Napríklad: vodík má jeden elektrón v stave 1s , je jednoväzbový. Hélium má dva elektróny v stave, zaplnená hladina má súvis s neochotou hélia vstupovať do chemických reakcií. Lítium má elektrónovú konfiguráciu (1s)²(2s)¹ elektrón vstave 2s je slabšie viazaný a zúčastňuje sa v chemickej väzbe , lítium je jednoväzbové.

Chemické vlastnosti prvkov úzko súvisia s ich elektrónovou konfiguráciou.

Úlohy:

1) Čo objavil Rutherford a aký model atómu vytvoril?

2) Aké kvantové čísla poznáme a čo charakterizujú?

3) Vyslovte Pauliho princíp.

Použitá literatúra:

• Ján Pišút akol. Fyzika pre 4.ročník

• Pavol Tarábek a kol. Zmaturuj z fyziky

Obrázková príloha:

• Pavol Tarábek a kol. Zmaturuj z fyziky

• https://en.wikipedia.org/wiki/File:Plum_pudding_atom.svg

https://www.youtube.com/watch?v=X2uvuSThtuI 

https://www.youtube.com/watch?v=ajQEvtge0m0

https://www.youtube.com/watch?v=XLaeFUKd2Y4

www.youtube.com/watch?v=P8A7qwDMcwo

https://www.youtube.com/watch?v=kHaR2rsFNhg

 

https://www.youtube.com/watch?v=PVXcB0PJlq8

 

 

  

https://www.youtube.com/watch?v=Y6-pAP6Cifw

 

Bohrov model

https://www.youtube.com/watch?v=fm2C0ovz-3M

 

J.j. Thomson Atomic Theory

Sub Topics

• J.j.thomson's Experiment for his Atomic Theory
• J.j. Thomson Atomic Theory - Properties of Electrons-

Introduction to J.J.Thomson atomic theory:-

Thomson discovered the electron in the year 1897.   His work put forward a new theory, that atom was made up of small particles.Thus he discovered the electrons.  He proved his theory using the cathode ray tube.

Scientists had already done  many experiments to find the structure of the atom. They passed an electric current through a vacuum tube.  They saw a light glowing inside the tube.  It travelled  in a straight line.  They could not explain the phenomenon. Thomson did more experiments on the cathode tube.  He placed two electric plates on its path.  One was positively charged.  The other was negatively charged.  The glowing  light bent towards the positively charged plate.and found that the glowing  materials  bent towards the positively charged plate. He found out that the glowing light were smaller particles.  They were smaller than the atom. Thus Thomson found the  particle called electron.  Thus J.J.Thomson's atomic theory was found.

Thomson suggested that the electrons came out ofthe trace gas that was inside the cathode tube. Thus a new theory that atoms were made of tiny particles surfaced.

Thomson discovered the electrons and it was proved that atoms were made up of protons,  electrons and neutrons.  Thus

Thomson proved that the atom was divisible.  Since the atom was neutral, Thomson suggested that the negatively charged  electron equalled the positively charged proton  and neutrons had no charges.Thomson  suggested to consider the atom as a sphere.  It has positively charged particles  The positively chargedparticles  is surrounded by the negatively charged electons.The electrons were placed there due to electrostatic forces.

J.j.thomson's Experiment for his Atomic Theory

Back to Top

Thomson used a cathode tube for his experiment.

 

J.J.Thomson used  a highly evacuated discharge tube.  He placed two anodes inside the tube. He fixed twp plates parallel to

each other inside the tube.  He passed a thin cathode ray through the pinhole of the tube.   He could see the sides of the tube

glowing   in green color. The glow travelled in a straight line.  The green glow was caused by the cathode rays.  Now Thomson applied an electric field.  The ray deflected to the  positively charged plate.   The blue line in the above picture shows the deflection.  Thus Thomson discovered the  electrons.

J.j. Thomson Atomic Theory - Properties of Electrons:-

Back to Top

The properties of electrons were  found out by  experiments.

1 .  When a maltese cross was placed in its path, a shadow of the cross was seen  on the wall of the tube opposite to the cathode..  If the cross was lowered, its shadow disappeared.     Thus it was found out that electrons travelled in a  straight line.

2.  When a light wheel of mica was placed in the path of the cathode rays, the wheel started rotating towards the anode. This 

proved that the cathode rays especially the electrons  have momentum and kinetic energy.

3.  A platinum strip was placed at the  centre of the concave shaped cathode.  The platinum was blackened.  When the 

cathode rays struck the platinum, the strip became red hot.  This shows that  electrons produce heat when they strike

an object.qwDMcwo

 

History 

https://www.vigyanprasar.gov.in/dream/may2001/electron.htm