1

NOIUNI DE FIZICA ATOMIC

1. INTRODUCERE. BAZELE EXPERIMENTALE ALE FIZICII ATOMICE Conceptul de atom apare pentru prima dat n anul 450 .d.Ch., cnd Leucip elaboreaz o teorie

conform creia materia nu este infinit divizibil i introduce noiunea de atom. Atomos () n

limba greac nsemnnd indivizibil. Democrit, un discipol al lui Leucip, dezvolt aceast teorie i

concluzioneaz c materia este alctuit din nite particule invizibile, indivizibile i eterne numite

atomi. Aici trebuie s remarcm c aceast teorie se bazeaz pe considerente pur filozofice i nu pe

fapte experimentale. De asemenea trebuie remarcat faptul c aceast teorie a marcat att evoluia

filozofiei materialiste despre lume i via, ct i dezvoltarea i evoluia tiinelor naturii.

Concepia modern de atom i molecul a fost creat de chimie i ulterior preluat de fizic.

Implementarea teoriei atomiste n fizic s-a produs n trei etape.

A. Prima etap n evoluia teoriei atomiste despre atom s-a produs n anul 1808, cnd chimistul englez John Dalton a fcut urmtoarele remarci:

a) Elementele chimice sunt realizate din particule extrem de mici, numite atomi. b) Atomii unui element chimic sunt identici ca dimensiune, mas, i alte proprieti. c) Atomii nu pot fi divizai, creai, sau distrui. d) Atomii diferitelor elemente se combin ntr-un raport simplu pentru a forma compui chimici,

care exprim legea proporiilor definite, aa cum este cunoscut n chimie.

e) n reacii chimice, atomii se combin, se separ, sau se reordoneaz. B. Etapa a doua a avut loc n anul 1811, cnd chimistul italian Amedeo Avogadro a enunat legea care-i poart numele: Volume egale ale gazelor, la aceeai temperatur i presiune, conin acelai

numr de particule (sau molecule), NA, cunoscut sub numele de numrul lui Avogadro.

C. Etapa a treia i ultima s-a produs n anul 1866, cnd J.C. Maxwell i L. Boltzman, independent unul de altul au pus bazele teoriei cinetico-moleculare a gazelor, teorie verificat experimental de

A. Einstein n anul 1905, explicnd micarea Brownian. Trebuie s remarcm c Teoria cinetico-

molecular a gazelor este prima form a teoriei fizice despre atom i c n tot acest timp nu s-a

cunoscut nimic despre structura atomului

2. SPECTRE ATOMICE Sursa de lumin este un corp care datorit unor fenomene fizico-chimice, care se produc n interiorul

ei, poate s emit lumin. Cel mai simplu mod de a produce lumin este s aducem corpul ntr-o stare

nalt de nclzire, numit stare de incandescen, dar sunt i alte metode, de ex. utilizarea unui cmp

electric, sau bioluminiscena.

Lumina, aa cum am vzut deja, este un amestec radiaii electromagnetice, un pachet de unde.

Dar sursele de lumin emit n acelai timp i radiaii electromagnetice invizibile cu ochiul liber

precum radiaiile infraroii IR, radiaiile ultraviolet UV, sau radiaiile X.

Trecnd prin anumite medii, numite dispersive, lumina se separ n culorile componente. Acest fapt

se vede atunci cnd se formeaz curcubeul, lumina trece prin picturile de ap din atmosfer, sau dac

utilizm o prism optic.

Studiind diferite surse de lumin, oameni de tiin au observat c lumina produs de acestea este

specific fiecrei surse.

Combinaia de unde electromagnetice emis de o anumit surs se numete SPECTRU.

Cuvntul vine din limba latin spectrum =

imagine. Spectrul este deci imaginea,

amprenta luminii.

n Fig. 1 este prezentat spectrul de emisie al

Soarelui. Acest spectru se mai numete i

spectru continuu. Soarele este singura surs

de lumin care emite toate radiaiile

electromagnetice, de aceea spectrul su se

numete spectru continuu. Toate celelalte surse emit doar anumite combinaii de culori, adic au

Fig. 1.

COLEGIUL TEHNIC METALURGIC CATEDRA DE FIZIC SLATINA OLT SLATINA OLT

http://en.wikipedia.org/wiki/Atomhttp://en.wikipedia.org/wiki/John_Daltonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constanthttp://en.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwellhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ludwig_Boltzmannhttp://www.descopera.ro/natura/8205437-lumina-vie-fiinte-bioluminiscentehttp://manualdefizica.ro/wp-content/uploads/2013/03/ELEMENTE-DE-OPTICAONDULATORIE.pdf

2

spectre discontinue, sau discrete. Aparatul folosit pentru descompunerea luminii n culorile

componente este numit spectrograf.

n Fig. 2 sunt prezentate schematic prile componente ale unui spectrograf, precum i spectrul de

emisie al hidrogenului. Se observ c acest spectru

conine doar 4 linii, de fapt 4 culori. Acest tip de

spectru se numete spectru de linii. Alte substane

aduse la incandescen vor emite alte linii spectrale.

De ex. dac presrai puin sare de buctrie n

flacra aragazului vei observa ca flacra se coloreaz

galben. Acest lucru se datoreaz sodiului, din

compoziia chimic a srii de buctrie. Dac

turnai spirt, de exemplu medicinal, pe o bucat de

vat i i dai foc o s observai c flacra are culoare

albstruie, de asemenea observai culoarea flcrii

aragazului i aa mai departe.

Acest fenomen este folosit nc din antichitate, n

diferite ocazii, pentru obinerea flcrilor de

diferite culori, sau la fabricarea artificiilor.

Fig. 2.

Clasificarea spectrelor

a) Dac substana emitoare de lumin este n stare atomic, ex. hidrogenul, sodiul, mercurul,

etc. atunci spectrul este un spectru de linii,

Fig. 3a).

b) Dac substana care emite lumina este n stare molecular, ex. petrolul, metanul, alcoolul,

etc. atunci spectrul caracteristic va fi alctuit

dintr-o succesiune de linii mai late, numite benzi Fig. 3.

spectrale, iar spectrul respectiv se va numi spectru de band, Fig. 3b).

c) Dac lumina care provine de la o anumit surs, nainte de a trece prin spectrograf trece printr-un mediu oarecare, ea va suferi un proces de absorbie. n acest caz spectrul va fi un spectru de absorbie,

Fig. 3c). ATENIE! ntr-un spectru de absorbie liniile spectrale care lipsesc (liniile negre) sunt

specifice mediului absorbant, mediul prin care trece lumina. De exemplu, dac ntr-un spectru al

luminii care a strbtut un anumit mediu lipsesc liniile cu lungimile de und 410nm, 434nm, 486,1nm,

656,2nm atunci mediul absorbant conine i hidrogen.

Aceste observaii au condus oamenii de tiin la ideea c studierea spectrelor poate fi util n analiza

fizico-chimic a diferitelor materiale. Aa a luat natere analiza spectral, care poate fi:

a. analiza spectral calitativ: n funcie de compoziia spectrului se pot face aprecieri n ce privete compoziia chimic a unui compus;

b. analiza spectral cantitativ: n funcie de intensitatea luminoas a liniei spectrale se pot face aprecieri n ce privete concentraia unei substane dintr-un compus.

3. SERII SPECTRALE nc de la nceputul studierii spectrelor oamenii de tiin au fost de acord c liniile spectrale dintr-un

spectru nu sunt dispuse la ntmplare, ci respect o anumit lege. Care este aceast lege o s vedem

puin mai trziu. Multe substane emit spectre srace n linii, n domeniul vizibil. Acest fapt face ca

analiza spectral s fie dificil. n aceast situaie, oamenii de tiin au nregistrat spectrele diferitelor

substane n domeniile radiaiilor invizibile: IR, UV sau X. n aceste domenii spectrele s-au dovedit

http://nothingnerdy.wikispaces.com/ATOMIC+SPECTRA+AND+ATOMIC+ENERGY+STATES

3

generoase n linii i deci, s-au putut obine mai multe informaii despre substana respectiv. Un

exemplu n acest caz este spectrul fierului, care are puine linii n domeniul vizibil, dar este generos n

domeniul UV.

Pentru a sistematiza observaiile referitoare la diferitele spectre, aceste au fost grupate corespunztor

domeniilor de radiaie i astfel au fost definite seriile spectrale.

Spectrele obinute n domeniul radiaiei vizibile au fost grupate i formeaz seria spectral Balmer.

Spectrele obinute n domeniul radiaiei UV au fost grupate i formeaz seria spectral Lyman.

i aa mai departe, n domeniul IR apropiat seria spectral se numete Paschen, n domeniul IR

mediu seria Brackett, sau IR ndeprtat seriile Pfund i Humphrey.

Pentru a concluziona cele remarcate mai sus, Balmer i ulterior J. Rydberg au dat o formul empiric

cu ajutorul creia se putea calcula lungimea de und a unei anumite linii spectrale:

(1)

Unde se numete numr de und, iar R = 1,097373107 m-1 este constanta lui Rydberg, (calculat empiric).

A. Dac n1=1, iar n2=2, 3, 4, seria spectral se numete Lyman. B. Dac n1=2, iar n2=3, 4, 5, seria spectral se numete Balmer. C. Dac n1=3, iar n2=4, 5, 6, seria spectral se numete Pashen. D. Dac n1=4, iar n2=5, 6, 7, seria spectral se numete Brackett. E. Dac n1=5, iar n2=6, 7, 8, seria spectral se numete Pfund. F. Dac n1=6, iar n2=7, 8, 9, seria spectral se numete Humphrey.

4. STRUCTURA ATOMULUI 4.1 FENOMENE CARE AU CONDUS LA DESCOPERIREA ELECTRONULUI

Conceptul atomic al substanei a ptruns n teoria electricitii independent