·¡²õ³Ù°ù³Ü³¦³Ù³Ü°ù²¹²¹³Ùò³¾¾±³¦²¹
- 1. TEMA 1TEMA 1 ESTRUCTURA DE LAESTRUCTURA DE LA MATÈRIAMATÈRIA
- 2. EXPERIMENTS EN TUBS DE DESCÀRREGAEXPERIMENTS EN TUBS DE DESCÀRREGA MODEL DE THOMSONMODEL DE THOMSON Al 1897Al 1897 J. J. ThomsonJ. J. Thomson va observar que quanva observar que quan s’aplicava un voltatge elevat entre les duess’aplicava un voltatge elevat entre les dues plaques metà l·liques d’un tub de vidre queplaques metà l·liques d’un tub de vidre que contenia un gas a baixa pressió, es produïa unacontenia un gas a baixa pressió, es produïa una dèbil fluorescència en la paret oposada adèbil fluorescència en la paret oposada a l’elèctrode negatiu (cà tode). Es van fer altresl’elèctrode negatiu (cà tode). Es van fer altres experiments col·locant unes aspes menudes, iexperiments col·locant unes aspes menudes, i una creu, en les que es va observar que lesuna creu, en les que es va observar que les aspes es movien i es produïa una ombra. Es vaaspes es movien i es produïa una ombra. Es va deduir que s’emetia una radiació (deduir que s’emetia una radiació (raigsraigs catòdicscatòdics) des del cà tode (-) fins a l’à node (+) i) des del cà tode (-) fins a l’à node (+) i que les partÃcules que constituïen la radiacióque les partÃcules que constituïen la radiació tenien massa, cà rrega negativa i viatjaven entenien massa, cà rrega negativa i viatjaven en lÃnia recta. Aquestes partÃcules van serlÃnia recta. Aquestes partÃcules van ser batejades amb el nom d’batejades amb el nom d’electronselectrons.. Thomson va establir un model atòmic en el que es considera l’à tom com una massa carregada positivament amb els electrons incrustats.
- 3. EXPERIÈNCIA DE RUTHERFORD. MODEL DEEXPERIÈNCIA DE RUTHERFORD. MODEL DE RUTHERFORDRUTHERFORD Al 1911 E. Rutherford i els seusAl 1911 E. Rutherford i els seus col·laboradors, Geiger i Marsden, vancol·laboradors, Geiger i Marsden, van bombardejar una fina là mina d’or ambbombardejar una fina là mina d’or amb partÃcules positivespartÃcules positives (raigs alfa) a gran(raigs alfa) a gran velocitat. Van observar:velocitat. Van observar:  la major part travessaren la là mina sensela major part travessaren la là mina sense canviar de direcció, com era d’esperar.canviar de direcció, com era d’esperar.  Algunes es van desviar considerablementAlgunes es van desviar considerablement  Unes poques partÃcules van rebotar cap aUnes poques partÃcules van rebotar cap a la font d’emissió.la font d’emissió. .. Rutherford va proposar un model en que la cà rrega positiva està concentrada en el nucli central. L’à tom està buit i els electrons giren al voltant del nucli atrets per la força elèctrica.
- 4. CARACTERITZACIÓ DELS ÀTOMS:CARACTERITZACIÓ DELS ÀTOMS: PARTÃCULES SUBATÃ’MIQUESPARTÃCULES SUBATÃ’MIQUES Descobriment del protó: Experimentant amb tubs de descà rrega peròDescobriment del protó: Experimentant amb tubs de descà rrega però amb el cà tode perforat Goldstein va observar uns rajos que erenamb el cà tode perforat Goldstein va observar uns rajos que eren emesos per l’à node (canals o anòdics) que es propagaven en sentitemesos per l’à node (canals o anòdics) que es propagaven en sentit contrari als catòdics. Aquestos rajos eren un flux de protons.contrari als catòdics. Aquestos rajos eren un flux de protons. Descobriment del neutró: En 1932 Chadwick va descobrir aquestesDescobriment del neutró: En 1932 Chadwick va descobrir aquestes partÃcules al bombardejar un à tom de Beril·li am partÃculespartÃcules al bombardejar un à tom de Beril·li am partÃcules αα.. xA Z Nombre atòmic (Z): És el nombre de protons. Nombre mà ssic (A): És del nombre de neutrons més protons. ISÃ’TOPS: són à toms d’un mateix element que tenen el mateix nombre atòmic (mateix nombre de protons) però diferent nombre mà ssic (diferent nombre de neutrons) ClCl 37 17 35 17 umam 5'35)372447'0()357553'0( =â‹…+â‹…=
- 5. NATURALESA DE LA LLUMNATURALESA DE LA LLUM La llum presenta una naturalesa DUALLa llum presenta una naturalesa DUAL fc â‹…= λ Naturalesa ondulatòria (Huygens): La llum és una ona electromagnètica caracteritzada per la seua longitud d’ona (λ) i la seua freqüència (f). Explica els fenòmens de difracció i interferències. Naturalesa corpuscular (Newton): La llum està formada per partÃcules anomenats FOTONS. M. Planck va proposar que l’energia radiant està quantitzada. En 1905 Einstein explica l’efecte fotoelèctric: Al incidir un fotó en una superfÃcie metà l·lica, part d’aquesta energia (umbral) s’emprea en arrancar l’electró i la resta en augmentar la seua Energia cinètica. fhnE â‹…â‹…= 2 0 2 1 vmfhfhEWE cextracciófotó â‹…â‹…+â‹…=⋅⇒+=
- 6. ESPECTRE ELECTROMAGNÈTICESPECTRE ELECTROMAGNÈTIC És el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques,És el conjunt de totes les radiacions electromagnètiques, caracteritzades per la seua longitud d’ona (freqüència ocaracteritzades per la seua longitud d’ona (freqüència o energia). Les de menor longitud d’ona o majorenergia). Les de menor longitud d’ona o major freqüència són les més energètiquesfreqüència són les més energètiques La llum blanca, al travessar un prisma es descompon en els colors donant un espectre continu.
- 7. ESPECTRES ATÃ’MICSESPECTRES ATÃ’MICS Quan a un element en estat gasós se li subministra energia (descà rregaQuan a un element en estat gasós se li subministra energia (descà rrega elèctrica, escalfament) emet radiacions de determinades longituds d’ona.elèctrica, escalfament) emet radiacions de determinades longituds d’ona. Aquestes radiacions dispersades en un prisma es veuen com a ratlles. A laAquestes radiacions dispersades en un prisma es veuen com a ratlles. A la imatge del conjunt d’aquestes ratlles se la coneix com aimatge del conjunt d’aquestes ratlles se la coneix com a espectre atòmicespectre atòmic d’emissiód’emissió.. Igualment, si fem que la llum blanca travesse un element en estat gasós,Igualment, si fem que la llum blanca travesse un element en estat gasós, aquest absorbeix una determinades radiacions que al ser dispersades peraquest absorbeix una determinades radiacions que al ser dispersades per un prisma apareixen com a ratlles negres, ésun prisma apareixen com a ratlles negres, és l’espectre atòmic d’absorciól’espectre atòmic d’absorció.. Els espectres són caracterÃstiques de cada element i serveixen per aEls espectres són caracterÃstiques de cada element i serveixen per a identificar-los.identificar-los. Els espectres atòmics d’emissió i absorció per un mateix element sónEls espectres atòmics d’emissió i absorció per un mateix element són complementaris.complementaris.
- 8. ESPECTRE DE L’ÀTOM D’HIDROGENESPECTRE DE L’ÀTOM D’HIDROGEN J.J. Balmer va obtindre una relacióJ.J. Balmer va obtindre una relació empÃrica per a les longituds d’onaempÃrica per a les longituds d’ona associades a les ratlles de l’espectreassociades a les ratlles de l’espectre d’hidrogen (d’hidrogen (Fórmula de BalmerFórmula de Balmer).). RRHH és la constant de Rydberg, de valorés la constant de Rydberg, de valor 10967758 m10967758 m-1-1 Les distintes lÃnies s’agrupen en sèries, segons el nivell final: Lyman nf=1 Balmer nf=2 Pachen nf=3 Bracket nf=4 Pfund nf=5 fi if H nn nn R >       ï£ ï£« −⋅= 22 111 λ
- 9. En 1913 N. Bohr proposà un model basant-se en la teoria quà ntica de Planck: 1. Els electrons giren en òrbites circulars estacionaries al voltant del nucli (sense emetre energia). 2. Sol són estables certes òrbites permeses en les que es compleix on n = 1, 2, 3, 4... (nombre quà ntic principal). A partir d’aquesta expressió s’arriba a altres relacions: MODEL ATÃ’MIC DE BOHR IMODEL ATÃ’MIC DE BOHR I Limitacions del Model de Rutherford:Limitacions del Model de Rutherford:  Segons la fÃsica clà ssica l’electró al girar emet energia, per tantSegons la fÃsica clà ssica l’electró al girar emet energia, per tant disminuiria progressivament el seu radi fins autodestruir-se.disminuiria progressivament el seu radi fins autodestruir-se.  No explica els espectres atòmics.No explica els espectres atòmics. 2 ncter â‹…= Ï€2 h nrvm â‹…=â‹…â‹… 2 n cte E −= n=1 n=2 n=3 Augmenta l’energia
- 10. MODEL ATÒMIC DE BOHR IIMODEL ATÒMIC DE BOHR II 3. Quan un à tom rep energia els electrons passen del seu estat fonamental (menor energia) a un nivell superior (estat excitat). Posteriorment, quan l’electró torna a la seua òrbita, l’à tom emet un fotó corresponent a la ΔE entre els dos nivells. fhEEE if ⋅=−=∆ INTERPRETACIÓ DELS ESPECTRES A cada ratlla de l’espectre li correspon una freqüència que està determinada per l’energia de la radiació emesa o absorbida en un salt electrònic. Apareixen tantes ratlles com possibles saltos.
- 11. ANTECEDENTS AL MODEL MECANOQUÀNTICANTECEDENTS AL MODEL MECANOQUÀNTIC Limitacions del Model de BohrLimitacions del Model de Bohr:: - No explica els espectres d’à toms polielectrònics.No explica els espectres d’à toms polielectrònics. - No justifica els desdoblament observat en algunes lÃnies de l’espectreNo justifica els desdoblament observat en algunes lÃnies de l’espectre d’hidrogen al utilitzar espectroscopis de major resolució.d’hidrogen al utilitzar espectroscopis de major resolució. vm h â‹… =λHipòtesi de De Broglie: “Tota partÃcula en moviment du associada una onaâ€. En 1927 C. Davisson y G.P. Thomson van establir patrons d’interferències i difracció en feixos d’electrons, Principi d’indeterminació de Heisenberg: no es poden determinar simultà niament i amb total precisió la posició i la velocitat d’una partÃcula. Davant l’impossibilitat de localitzar exactament l’electró, es renuncia al concepte d’òrbita i es parla de probabilitat de trobar l’electró. Ï€2 h px ≥∆⋅∆
- 12. MODEL MECANOQUÀNTICMODEL MECANOQUÀNTIC  En 1926 E. Schrödinger formulà una funció matemà ticaEn 1926 E. Schrödinger formulà una funció matemà tica anomenada funció d’onaanomenada funció d’ona ψ que descriu l’estat energèticψ que descriu l’estat energètic d’un electró en l’à tom.d’un electró en l’à tom.  Aquesta ψ ha de verificar una equació matemà ticaAquesta ψ ha de verificar una equació matemà tica (equació de Schrödinger)(equació de Schrödinger)  La resolució de l’equació exigeix la introducció de tresLa resolució de l’equació exigeix la introducció de tres parà metres anomenatsparà metres anomenats nombres quà nticsnombres quà ntics (n, l, m) que(n, l, m) que limiten les solucions. Cadascuna de les solucions (amblimiten les solucions. Cadascuna de les solucions (amb els valors d’energia permesos) defineix unels valors d’energia permesos) defineix un orbitalorbital..  La funció d’ona ψ no té significat fÃsic, però els seuLa funció d’ona ψ no té significat fÃsic, però els seu quadrat ψquadrat ψ22 proporciona la probabilitat de localitzarproporciona la probabilitat de localitzar l’electró per una zona de l’espai.l’electró per una zona de l’espai.
- 13. NOMBRES QUÀNTICSNOMBRES QUÀNTICS UnUn ψ està definit per tres nombres quà ntics (n,l,m),mésψ està definit per tres nombres quà ntics (n,l,m),més un quart nombre quà ntic (s) que identifica l’electró.un quart nombre quà ntic (s) que identifica l’electró. NombreNombre quà nticquà ntic SÃmbolSÃmbol ValorsValors possiblespossibles InformacióInformació PrincipalPrincipal nn 1,2,3...1,2,3...∞∞ Energia del nivellEnergia del nivell principal. Grandà ria delprincipal. Grandà ria del orbitalorbital SecundariSecundari ll 0,1,2,3...n-10,1,2,3...n-1 s,p,d,fs,p,d,f Energia del subnivell.Energia del subnivell. Forma del orbitalForma del orbital MagnèticMagnètic mm --ll...0....+...0....+ll Orientació de l’orbitalOrientació de l’orbital SpinSpin SS ++½½, -, -½½ Gir de l’electró sobre siGir de l’electró sobre si mateixmateix
- 14. NIVELLS, SUBNIVELLS I ORBITALSNIVELLS, SUBNIVELLS I ORBITALS nn ll mm orbitalsorbitals 33 -3,-2,-1,0,1,2,3-3,-2,-1,0,1,2,3 4f4f ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 22 -2,-1,0,1,2-2,-1,0,1,2 4d4d ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 11 -1,0,1-1,0,1 4p4p ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 44 00 00 4s4s ï£ï£ 22 -2,-1,0,1,2-2,-1,0,1,2 3d3d ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 11 -1,0,1-1,0,1 3p3p ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 33 00 00 3s3s ï£ï£ 11 -1,0,1-1,0,1 2p2p ï£ï£ï£ï£ï£ï£ 22 00 00 2s2s ï£ï£ 11 00 00 1s1s ï£ï£
- 15. ORBITALSORBITALS  Tipus s (Tipus s (ll=0): forma=0): forma esfèricaesfèrica  Tipus p (Tipus p (ll=1): forma=1): forma d’el·lipsoides de revoluciód’el·lipsoides de revolució que es poden orientar enque es poden orientar en els 3 eixos deels 3 eixos de coordenades.coordenades.  Tipus d (l=1): formaTipus d (l=1): forma d’el·lipsoides de revoluciód’el·lipsoides de revolució que s’orienten en els plansque s’orienten en els plans que formen els eixos.que formen els eixos. L’Energia d’un orbital depèn dels valor dels nombres quà ntics n i l, però no de m. Els orbitals d’un mateix subnivell estan degenerats (mateixa energia).
- 16. CONFIGURACIONS ELECTRÃ’NIQUESCONFIGURACIONS ELECTRÃ’NIQUES  La situació més estable és la deLa situació més estable és la de mÃnima energia, per això elsmÃnima energia, per això els electrons es situen ocupant elelectrons es situen ocupant el orbitals de menor a major energia.orbitals de menor a major energia. L’energia d’un orbital augmenta alL’energia d’un orbital augmenta al incrementar-se el valor de n+incrementar-se el valor de n+ll (diagrama de Möller).(diagrama de Möller).  Principi d’exclusió de PauliPrincipi d’exclusió de Pauli: no: no poden existir dos electrons ambpoden existir dos electrons amb els 4 nombres quà ntics idèntics.els 4 nombres quà ntics idèntics. Per tant en un orbital no pot hiPer tant en un orbital no pot hi haver més de 2 electrons ambhaver més de 2 electrons amb spins paral·lels.spins paral·lels.  Regla de HundRegla de Hund: quan s’ompli un: quan s’ompli un subnivell amb diferents orbitalssubnivell amb diferents orbitals degenerats, els electrons romanendegenerats, els electrons romanen sense parella mentre siga possiblesense parella mentre siga possible mantenint els seus spins paral·lels.mantenint els seus spins paral·lels.
- 17. METALLS DE TRANSICIÓMETALLS DE TRANSICIÓ Alguns metalls de transició presenten irregularitats en laAlguns metalls de transició presenten irregularitats en la configuració electrònica quan hi possibilitat d’orbitalsconfiguració electrònica quan hi possibilitat d’orbitals ocupats o semiocupats, que són més estables per estarocupats o semiocupats, que són més estables per estar afavorides energèticament.afavorides energèticament. 4s2 3d4 4s1 3d5 Quan es forma un ió d’un metall de transició es perden els electrons ns abans que els (n-1)d. Zn (Z=30)= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 Zn2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 (incorrecte) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 (correcte)
- 18. ACTIVITATSACTIVITATS DESCOBRIMENT DE PARTÃCULES SUBATÃ’MIQUESDESCOBRIMENT DE PARTÃCULES SUBATÃ’MIQUES Activitats 22 i 25Activitats 22 i 25 NATURALESA DE LA LLUM. ESPECTRES ATÃ’MICS.NATURALESA DE LA LLUM. ESPECTRES ATÃ’MICS. MODEL ATÃ’MIC DE BOHR.MODEL ATÃ’MIC DE BOHR. Amb la fòrmula de Balmer calcula la longitud d'ona dels salts electrònics (n=4 a n=2 i n=3 a n=2)Amb la fòrmula de Balmer calcula la longitud d'ona dels salts electrònics (n=4 a n=2 i n=3 a n=2) Activitats 7, 33 (a), 37, 40Activitats 7, 33 (a), 37, 40 MODEL MECANOQUÀNTICMODEL MECANOQUÀNTIC Activitats 9Activitats 9 NOMBRES QUÀNTICS I NIVELLS D'ENERGIANOMBRES QUÀNTICS I NIVELLS D'ENERGIA Activitats 11, 12, 13, 44, 45, 46Activitats 11, 12, 13, 44, 45, 46 GRANDÀRIA, FORMA I ENERGIA DELS ORBITALSGRANDÀRIA, FORMA I ENERGIA DELS ORBITALS Activitats 14, 15, 42Activitats 14, 15, 42 PRINCIPI DE CONSTRUCCIÓ. CONFIGURACIONS ELECTRÃ’NIQUESPRINCIPI DE CONSTRUCCIÓ. CONFIGURACIONS ELECTRÃ’NIQUES Activitat 18, 19, 49, 50, 51(a), 52, 53, 55, 56 i 58Activitat 18, 19, 49, 50, 51(a), 52, 53, 55, 56 i 58