Modele atomice: Modelul Rutherford, Bohr, Nobel

Modele atomice

Cuprins

*Modele atomice     

*Modelul Rutherford     

*Modelul Bohr

*Niels Bohr - Detaliat

*Premiul Nobel in fizica - Bohr

JJ Thomson (1904) a propus un nou model de atom static.

Atomul ar avea forma unei sfere incarcate uniform cu (+), iar in interior

s-ar gasi electronii astfel incat atomul sa fie neutru.

J Perrin (1901), Lenard (1903) si Nagaoka (1904) au propus

un model dinamic cu sarcinile pozitive concentrate in nucleu si incon-

jurate de particule negative. Acest model este in dezacord cu teoria

electromagnetica clasica careia o particula electrica in miscare trebuie

sa emita radiatii. Energia electronilor va scadea si ei vor cadea pe nucleu.

Rutherford prezinta o analogie cu sistemul planetar. Dupa acest

model, intreaga masa este concentrata intr-un nucleu incarcat pozitiv.

Electronii graviteaza pe orbite circulare sau eliptice, raza atomului fiind

de 1 Raza atomului fiind de ~10.000 ori mai mare decat cea a nucleului.

Electronii in miscare circulara pe orbite nu cad pe nucleu datorita fortei

centrifuge care echilibreaza forta de atractie dintre nucleu si electroni.

Modelul planetar al lui Rutherford explica unele proprietati ale atomilor.

Rotatia electronilor in jurul nucleului poate fi considerata ca producand

niste curenti electrici inchisi, echivaland ca un magnet permanent.

Aceasta miscare explicand comportarea magnetica a materiei.

Bohr porneste de la legile fizicii clasice si le complecteaza cu

notiuni noi de mecanica cuantica.

Sommerfeld admite ca electronul se misca pe o elipsa, pentru a

carei caracterizare sunt necesari doi parametrii n si l. In aceasta ipoteza

nucleul ocupa unul dintre focare. Posibilitatea miscarii electronului pe

o orbita eliptica mareste numarul starilor cuantice. Numarul cuantic n

determina semiaxa mare iar cel azimutal (l) semiaxa mica si excentricitatea elipsei.

Rutherford a stabilit ca masa atomului este concentrata in atom. El, de altfel, a propus ca electronii se misca pe orbite in jurul nucleului. Electonii fiind incarcati negativ iar nucleul fiind incarcat pozitiv rezulta ca atomul este neutru din punct de vedere electric.

In stanga se poate observa paralela dintre sistemul solar si structura unui atom

Conform teoriei lui Rutherford si legilor electrodinamicii clasice, o sarcina electrica in miscare accelerata ar trebui sa radieze unde electromagnetice. Pierzand prin aceasta energie, electronul ar trebui sa se roteasca pe orbite cu raze din ce in ce mai mici (de fapt pe o spirala), sfarsind prin o cadere peste nucleu, intocmai ca un sa- telit artificial ce a intrat in atmosfera Pamantului. Un astfel de sistem nu poate fi stabil si deci atomul de hidrogen nu corespunde acestui model. O dovada ca acest rationament este corect ne ofera comporta- rea electronilor intr-un betatron. In acest instrument, electronii sunt accelerati pana la viteze foarte mari, fiind mentinuti de un camp mag-netic pe un traseu circular. Desi raza acestor orbite este mult mai mare decat raza atomului de hidrogen, argumentul de mai sus ramane vala-bil: electronii in miscare in betatron radiaza unde electromagnetice si deci pierd energie, ceea ce limiteaza energia pe care o pot dobandi din acest aparat.

Niels Bohr, un castigator al premiului nobel, a mai fost cunoscut ca mentor pentru tinerii fizicieni care la randul lor au adus importante contributii la teoriile fizicii. Fiind director la institutul pentru Fizica Teoretica la Universitatea din Copenhaga, Bohr a adunat laolalta cele mai ilustre minti ca Werner Heisenberg si George Garnovy.

Alaturi se afla o schita a mode- lului Bohr

Pentru a explica structura atomului, fizicianul danez Niels Bohr a emis in 1913 ipoteza atomului (cunoscuta ca legea lui Bohr). El a pornit de la ideea ca electronii sunt situati pe straturi fixe de energie, sau nivele cuantice, la distante considerabile fata de nucleu. Aranjamentul acestor electroni se numeste configuratie electronica. Numarul acestor electroni este egal cu numarul atomic al elementului respectiv: Hidrogenul are un singur electron orbital, Heliul are doi electroni orbitali . . Straturile electronice sunt alcatuite dupa un model regular si un atom nu poate avea mai mult de sapte straturi. Primul strat este complectat atunci cand contine doi electroni pe el. Al doilea poate sustine pana la opt electroni si tot asa pana la ultimul strat dupa regula: Ultimii electroni determina comportamentul chimic al atomului respectiv. Referitor la modelul Rutherford, Bohr pentru a ocoli acea dificultate (in legatura cu prabusirea electronului pe nucleu), a pro- pus un nou model al hidrogenului, care desi contrazice in trei privinte teoria electrodinamicii clasice, da socoteala cu o uimitoare precizie de unele date experimentale, in special de nivelurile de energie spec- trale ale atomului de hidrogen. Conform acestei conceptii, electronul, in atomul de hidrogen, se poate roti numai pe anumite orbite permise (presupuse circulare); in miscarea sa, pe orbitele permise, electronul nu radiaza energie; electronul poate absorbi numai energie radianta de anumite frecvente determinate cuantic, corespunzand tranzitiilor electronice care dau nastere liniilor spectrale. Nivelurile de energie spectrale corespund, conform teoriei lui Bohr, energiei electronului pe orbite cu raze din ce in ce mai mari. Concluziile teoriei lui Bohr pot fi astfel rezumate: Atomul este compus din nucleu care se gaseste in centru si electro- Nul care se roteste in jurul nucleului. Energia unui atom este cuantificata, adica este determinata de asa Numitele numere cuantice n (n=0,1,2,3,4.). Atomii nu pot adopta Decat anumite niveluri de energie, ale caror valori sunt invers propor- Tionale nu n Electronul in miscare pe una din orbitele permise nu emite si nu Absoarbe energie. Emisia sau absorbtia de energie avand loc numai Atunci cand electronul sufera o tranzitie electronica intre doua orbite Cu niveluri de energie diferite. Spectrele de linii sunt produse de atomi individuali, sustrasi influ- Entelor unor vecinatati imediate. Teoria lui Bohr (complectata si dezvoltata de Sommerfeld prin Ipoteza ca unele orbite electronice sunt eliptice) permite si o prevedere a unora din proprietatile magnetice ale atomilor. Electronul in rotatie in jurul nucleului poate fi considerat ca un curent intr-un circuit inchis si, in consecinta trebuie sa genereze un camp magnetic.

Nascut: 7 Oct 1885 in Copenhaga, Denmarca Decedat: 18 Nov 1962 in Copenhaga, Denmarca

Bohr a studiat la universitatea din Copenhaga, in care a intrat in 1903. A castigat o medalie de aur de la Royal Danish Academy of Sciences pentru analiza teoretica a vibratiilor jeturilor de apa cu obiectivul de a determina tensiunea de suprafata. Bohr a mers in Anglia pentru a studia impreuna cu J.J. Thomson la Cambridge. El intentiona sa-si petreaca intreaga perioada de studiu la Cambridge, la fel ca si Thomson, dar dupa o intalnire cu Ernest Rutherford in Decembrie 1911, s-a mutat in Manchester (1912). Acolo a lucrat cu grupul lui Rutherford la structura atomului. Folosind ideile cuantice ale lui Plank si Einstein, Bohr a emis ipoteza ca un atom nu poate exista decat intr-un set discret de stari de energie stabile. Bohr s-a intors la Copenhaga si a continuat sa-si dezvolte noua teorie a atomului. Dupa cateva publicatii despre teoria atomului (care l-au influentat pe Einstein si pe alti cercetatori), a devenit director la Universitatea din Copenhaga pana la sfarsitul vietii sale. Bohr este foarte cunoscut pentru cercetarile facute in structura atomului si pentru radiatii, fapt pentru care a luat premiul Nobel pentru fizica in 1922

Premiul Nobel in fizica 1992 pentru serviciile sale in cercetarea structurii atomilor si a radiatiei emise de ei

Citez incheierea speech-ului profesorului S.A. Arhenius, purtator de cuvant al Comitetului Nobel pentru fizica Professor Bohr. You have carried to a successful solution the problems that have presented themselves to investigators of spectra. In doing so you have been compelled to make use of theoretical ideas which substantially diverge from those which are based on the classical doctrines of Maxwell. Your great success has shown that you have found the right roads to fundamental truths, and in so doing you have laid down principles which have led to the most splendid advances, and promise abundant fruit for the work of the future. May it be vouchsafed to you to cultivate for yet a long time to come, to the advantage of research, the wide field of work that you have opened up to Science.

In 1930 Bohr si Einstein prezinta un experiment de mecanica cuantica: