Structura atomului

Structura atomului

Atomul oricarui element chimic este alcatuit din doua parti distincte:

un sistem central care se numeste nucleu;

parte exterioara nucleului, numita invelis electronic.

Diametrul nucleului reprezinta circa a 10 000-a parte din diametrul atomului si concentreaza aproape intreaga masa a acestuia. Nucleul este format din mai multe tipuri de particule elementare dintre care amintim:

protonii sunt particule materiale incarcate cu cate o sarcina elementara electrica pozitiva (

neutronii sunt particule materiale neutre ().

Masa atomului (A) este egala cu suma dintre masele protonilor (Z) si a neutronilor (N).

Pentru intelegerea configuratiei invelisului electronic, Niels Bohr (1913) a formulat urmatoarele postulate:

• miscarea electronului in jurul nucleului se face numai pe anumite orbite, numite orbite permise (presupuse circulare) care corespund unor anumite energii cuantificate ale atomului; in cursul miscarii pe orbitele permise, electronul nu radiaza energie; atomul 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;
• razele orbitelor permise se calculeaza, dupa Bohr, din urmatoarele premise. Forta centrifuga K a unui electron cu masa m, ce se misca cu viteza v, pe un cerc cu raza r, in jurul nucleului este:

Forta de atractie electrostatica dintre electron, cu sarcina e^-_, si nucleu cu sarcina e⁺, este conform legii lui Coulomb:

La echilibru dinamic, pentru o stare stationara, cele doua forte sunt egale, K = F, deci:

sau

• Electronul miscandu-se pe orbita sa are un moment cinetic mvr care raportat la intreaga orbita (lungimea cercului) este 2 mvr Bohr a introdus postulatul conform caruia sunt permise numai acele orbite, ale caror momente cinetice sunt multipli n ale constantei lui Planck h. Numarul cuantic n este un numar intreg cu una din valorile 1, 2, 3, 4, ..7. Ecuatia se completeaza astfel:

sau

Orbita cu raza cea mai mica corespunde starii cu cea mai joasa energie (E₁). Cand un electron, de pe orbita corespunzand numarului cuantic n = 2 si energiei E₂, sare inapoi pe orbita cu n = 1, el emite o cuanta cu energia:

Asadar, absorbtia sau emisia de energie luminoasa au loc numai la salturile electronului de pe o orbita interioara pe una periferica si la revenirea lui inapoi.

Modelul configuratiei electronice al atomilor, Sommerfeld (1916).

Sommerfeld considera ca electronul se poate roti nu numai pe orbite circulare, ci si pe orbite eliptice, unda lui extinzandu-se in jurul orbitei in zone numite orbitali. In modelul atomic al lui Bohr-Sommerfeld, electronul miscandu-se pe o orbita eliptica permisa, poseda un moment cinetic orbital.

Orbitalii sunt conceputi ca niste portiuni ale spatiului din vecinatatea atomului, diferentiati prin energia si geometria lor si care pot fi (dar nu in mod necesar) ocupati cu electroni.

Fiecare orbital este caracterizat prin 4 numere cuantice: n - numar cuantic principal; l - numar cuantic secundar; m - numar cuantic magnetic; s - numar cuantic al spinului.

Numarul cuantic principal (n) determina numarul straturilor electronice; poate avea valori n = 1,2,3...7. Stratul n=1 se numeste stratul K (stratul cel mai interior si cu nivelul energetic cel mai mic); urmand consecutiv straturile L, M, N, O, P si Q; numarul straturilor electronice ale unui element chimic este egal cu numarul perioadei in care acesta se afla.

Numarul cuantic secundar (l) determina substraturile electronice, adica orbitalii si forma lor care poate fi circulara sau eliptica. Valoarea lui l depinde de valoarea lui n, deoarece intre aceste numere cuantice exista relatia l < n -1.

Principiul lui Paully (1925) spune ca "nu pot exista electroni cu aceleasi numere cuantice".

Astfel se pot calcula numarul maxim de electroni pe straturi si substraturi, dupa urmatoarele reguli:

numarul maxim de electroni ce pot exista pe un strat, cu numarul cuantic principal n este dat de relatia:

numarul maxim de electroni dintr-un substrat, cu numarul cuantic l, este dat de relatia:

Succesiunea straturilor cu substraturile si orbitalii lor atomici (dupa Rabega C.,1975).

La completarea orbitalilor cu acelasi nivel energetic: s, p, d se aplica regula lui Hund: "cel de-al doilea electron intra in acesti orbitali, numai dupa ce sunt ocupati mai intai de un singur electron".