Els models atòmics (de Dalton a Bohr)
Si partissis un tros de ferro una vegada i una altra, arribaries a un tros tan petit que ja no es pogués partir més? Aquesta pregunta té més de dos mil anys. La resposta que donem avui no se li va acudir a ningú d'un cop: es va construir a poc a poc, amb quatre models diferents de l'àtom, cadascun millor que l'anterior.
Dalton: l'àtom com una bola massissa
En fer reaccionar $1{,}0\text{ g}$ d'hidrogen amb $8{,}0\text{ g}$ d'oxigen s'obtenen sempre exactament $9{,}0\text{ g}$ d'aigua, i si afegeixes més oxigen no reacciona a mitges, simplement sobra: per què els elements químics es combinen sempre en proporcions de massa fixes i exactes?
El 1805, John Dalton va proposar que tota la matèria està feta d'àtoms: boletes diminutes, massisses i indivisibles.
Amb aquesta idea tan simple, Dalton ja explicava per què els elements són diferents entre si i per què es combinen sempre en les mateixes proporcions per formar compostos.
A classe de Física, la professora ensenya una bola de billar i diu que així imaginava Dalton els àtoms cap a l'any $1805$, com es mostra a la figura. Explica amb les…
A classe de Física, la professora ensenya una bola de billar i diu que així imaginava Dalton els àtoms cap a l'any $1805$, com es mostra a la figura.
Explica amb les teves paraules què és un àtom segons el model de Dalton i quines dues propietats tenia aquesta «bola».
Thomson: el púding de panses
Quan fregues un bolígraf de plàstic amb un jersei de llana i comproves que atrau paperets flotant en l'aire, la matèria mostra propietats elèctriques: si els àtoms fossin esferes massisses i neutres com deia Dalton, d'on surt aquesta càrrega elèctrica?
El 1897, J. J. Thomson feia experiments amb tubs de raigs catòdics i va descobrir una partícula diminuta, amb càrrega negativa, que sortia de dins de l'àtom: l'electró. Això significava una cosa enorme: l'àtom de Dalton, que se suposava indivisible, en realitat tenia trossets més petits a dins.
Com que l'àtom complet és neutre, Thomson va imaginar que els electrons (càrrega negativa) estaven incrustats en una massa de càrrega positiva, com les panses en un púding.
L'àvia de l'Iker prepara un púding amb panses, com el de la figura. Thomson va imaginar l'àtom com aquestes postres: explica què representa la massa del púding en el seu…
L'àvia de l'Iker prepara un púding amb panses, com el de la figura.
Thomson va imaginar l'àtom com aquestes postres: explica què representa la massa del púding en el seu model i què representen les panses.
En un museu de la ciència, en Leo observa un tub de rajos catòdics com el que va utilitzar Thomson en els seus experiments, semblant al de la figura. Quina partícula va…
En un museu de la ciència, en Leo observa un tub de rajos catòdics com el que va utilitzar Thomson en els seus experiments, semblant al de la figura.
Quina partícula va descobrir Thomson amb aquest aparell i quina càrrega elèctrica té?
Rutherford: l'àtom gairebé buit
El 1911, Ernest Rutherford va llançar partícules $\alpha$ (amb càrrega positiva) contra una làmina d'or finíssima, per «palpar» per dins l'àtom de Thomson.
Si l'àtom fos un púding de panses, amb la càrrega positiva repartida per tot el volum, cap partícula no hauria de rebotar. Que alguna rebotés només s'explica si tota la càrrega positiva està concentrada en un punt diminut i molt pesant.
L'Aitana veu en un documental l'experiment de la làmina d'or de Rutherford: es llançaven partícules $\alpha$, amb càrrega positiva, contra una làmina d'or finíssima, com…
L'Aitana veu en un documental l'experiment de la làmina d'or de Rutherford: es llançaven partícules $\alpha$, amb càrrega positiva, contra una làmina d'or finíssima, com es mostra a la figura.
Què els va passar a la gran majoria de les partícules en arribar a la làmina? Quina conclusió va treure Rutherford sobre l'interior de l'àtom?
En l'experiment de la làmina d'or es van observar tres coses: la majoria de les partícules $\alpha$ travessaven la làmina sense desviar-se, unes poques es desviaven i,…
En l'experiment de la làmina d'or es van observar tres coses: la majoria de les partícules $\alpha$ travessaven la làmina sense desviar-se, unes poques es desviaven i, molt rarament, alguna rebotava cap enrere, com es mostra a la figura.
Escriu la conclusió que Rutherford va treure de cadascuna de les tres observacions.
En l'experiment de la làmina d'or, de cada $8000$ partícules $\alpha$ llançades, unes $7992$ travessaven la làmina sense desviar-se, unes $7$ es desviaven i només $1$…
En l'experiment de la làmina d'or, de cada $8000$ partícules $\alpha$ llançades, unes $7992$ travessaven la làmina sense desviar-se, unes $7$ es desviaven i només $1$ rebotava.
- a) Calcula quin percentatge de les partícules travessava la làmina netament.
- b) Quina fracció de les partícules llançades rebotava?
- c) Explica, a partir d'aquests nombres, per què Rutherford va afirmar que l'àtom està gairebé buit i que el nucli és diminut.
Bohr: electrons en òrbites permeses
El model de Rutherford tenia un problema seriós: segons les lleis de la física conegudes llavors, un electró que gira hauria d'anar perdent energia a poc a poc i acabar caient sobre el nucli. Si això passés, cap àtom no seria estable, i els àtoms sí que ho són.
El 1913, Niels Bohr va proposar una regla nova: els electrons no poden girar a qualsevol distància del nucli, només poden ocupar unes certes òrbites permeses, com els graons d'una escala. Mentre un electró és en un d'aquests «graons», no perd energia i no cau.
Mou els lliscadors de l'interactiu i fixa't com s'omplen les capes, una a una, a mesura que afegeixes electrons.
A la sínia d'una fira només pots viatjar assegut en una cabina, mai penjat a l'aire entre dues cabines. Bohr va proposar una cosa semblant per als electrons, com es…
A la sínia d'una fira només pots viatjar assegut en una cabina, mai penjat a l'aire entre dues cabines. Bohr va proposar una cosa semblant per als electrons, com es mostra a la figura.
Explica què va dir Bohr sobre les òrbites dels electrons i en què es diferenciava el seu model del de Rutherford.
Per explicar el model de Bohr, un professor compara una escala amb un tobogan, com a la figura: a l'escala només pots estar sobre un graó, però al tobogan pots aturar-te…
Per explicar el model de Bohr, un professor compara una escala amb un tobogan, com a la figura: a l'escala només pots estar sobre un graó, però al tobogan pots aturar-te a qualsevol alçada.
Relaciona cada imatge amb un dels dos models, el de Rutherford i el de Bohr, i explica què representa cada graó de l'escala.
El model de Rutherford tenia un problema: segons la física de l'època, un electró girant al voltant del nucli hauria d'anar perdent energia i acabar caient-hi a sobre,…
El model de Rutherford tenia un problema: segons la física de l'època, un electró girant al voltant del nucli hauria d'anar perdent energia i acabar caient-hi a sobre, com es mostra a la figura, i llavors els àtoms no serien estables.
- a) Explica què va proposar Bohr per evitar aquesta caiguda de l'electró.
- b) Per què diem que Bohr va afegir una «regla nova» en lloc de limitar-se a dibuixar més bé les òrbites de Rutherford?
Per què els models canvien
Els quatre models no són quatre idees soltes: cadascun neix d'un experiment que el model anterior no podia explicar.
Uns cromos de «científics de l'àtom» porten aquestes dates: Thomson, $1897$; Bohr, $1913$; Dalton, $1805$; Rutherford, $1911$. Ordena els quatre models atòmics del més…
Uns cromos de «científics de l'àtom» porten aquestes dates: Thomson, $1897$; Bohr, $1913$; Dalton, $1805$; Rutherford, $1911$. Ordena els quatre models atòmics del més antic al més modern.
A l'exposició «Els detectius de l'àtom» hi ha quatre panells descol·locats. Emparella cada descripció amb el seu científic: Dalton, Thomson, Rutherford o Bohr. a)…
A l'exposició «Els detectius de l'àtom» hi ha quatre panells descol·locats. Emparella cada descripció amb el seu científic: Dalton, Thomson, Rutherford o Bohr.
- a) «L'àtom és una esfera massissa i indivisible.»
- b) «Els electrons estan incrustats en una esfera amb càrrega positiva, com les panses en un púding.»
- c) «Gairebé tot l'àtom està buit i la càrrega positiva es concentra en un nucli molt petit.»
- d) «Els electrons només poden ocupar certes òrbites permeses.»
Escriu una breu entrada d'enciclopèdia titulada «La història de l'àtom en quatre models». Per a cada científic (Dalton, Thomson, Rutherford i Bohr) indica què va aportar…
Escriu una breu entrada d'enciclopèdia titulada «La història de l'àtom en quatre models». Per a cada científic (Dalton, Thomson, Rutherford i Bohr) indica què va aportar el seu model i quina observació o experiment li donava suport.
Torna al principi: Sí que arribaries a un límit: l'àtom de ferro és la porció més petita que continua sent ferro; si intentes partir-lo més, deixa de ser ferro i obtindràs partícules subatòmiques soltes (protons, neutrons i electrons).