Tornar a la portadaFísica i Química · 2n ESO · Canviar d'assignatura
Començar gratis
ESO 2n · Física i Química
La matèria · L'estructura de la matèria

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.

Model de Dalton: un àtom esfèric i massís d'un element al costat de tres àtoms més petits d'un altre element diferent, tots iguals entre si. Element A àtom de Dalton: una bola massissa Element B àtoms iguals entre si

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.

Practica★☆☆Sense començar
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.

àtom

Explica amb les teves paraules què és un àtom segons el model de Dalton i quines dues propietats tenia aquesta «bola».

Resoldre

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.

Model de Thomson: esfera de càrrega positiva (el púding) amb electrons negatius incrustats com panses, de manera que l'àtom és neutre. + + + + + + + + + + + + − − − − − electró (−) massa positiva (+) massa positiva (el "púding") + electrons (les "panses") càrrega total: neutra
Practica★☆☆Sense començar
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.

massa del púding panses

Thomson va imaginar l'àtom com aquestes postres: explica què representa la massa del púding en el seu model i què representen les panses.

Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
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.

càtode (−) ànode (+) raig pantalla

Quina partícula va descobrir Thomson amb aquest aparell i quina càrrega elèctrica té?

Resoldre

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.

Animació de l'experiment de Rutherford: partícules alfa travessen en línia recta una làmina d'or; una es desvia en passar arran del nucli i una altra rebota cap enrere en xocar contra ell. làmina d'or (el punt vermell és el nucli)

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.

Practica★☆☆Sense començar
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.

α font partícules α làmina d'or ? pantalla

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?

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
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.

α partícules α làmina d'or

Escriu la conclusió que Rutherford va treure de cadascuna de les tres observacions.

Resoldre
Practica★★★Sense començar
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.

  1. a) Calcula quin percentatge de les partícules travessava la làmina netament.
  2. b) Quina fracció de les partícules llançades rebotava?
  3. c) Explica, a partir d'aquests nombres, per què Rutherford va afirmar que l'àtom està gairebé buit i que el nucli és diminut.
Resoldre

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.

Practica★☆☆Sense començar
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.

+ nucli e−

Explica què va dir Bohr sobre les òrbites dels electrons i en què es diferenciava el seu model del de Rutherford.

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
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.

escala tobogan

Relaciona cada imatge amb un dels dos models, el de Rutherford i el de Bohr, i explica què representa cada graó de l'escala.

Resoldre
Practica★★★Sense començar
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.

+ e− perd energia
  1. a) Explica què va proposar Bohr per evitar aquesta caiguda de l'electró.
  2. b) Per què diem que Bohr va afegir una «regla nova» en lloc de limitar-se a dibuixar més bé les òrbites de Rutherford?
Resoldre

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.

Els quatre models atòmics per ordre: Dalton (esfera sense parts), Thomson (esfera positiva amb electrons incrustats), Rutherford (nucli petit i electrons al voltant) i Bohr (electrons en òrbites); cada fletxa és un experiment que el model anterior no explicava. Dalton Thomson Rutherford Bohr electró (càrrega −) càrrega positiva (+) cada fletxa és un experiment que no encaixava amb el model anterior
Practica★☆☆Sense començar
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.

Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
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.

  1. a) «L'àtom és una esfera massissa i indivisible.»
  2. b) «Els electrons estan incrustats en una esfera amb càrrega positiva, com les panses en un púding.»
  3. c) «Gairebé tot l'àtom està buit i la càrrega positiva es concentra en un nucli molt petit.»
  4. d) «Els electrons només poden ocupar certes òrbites permeses.»
Resoldre
Practica★★★Sense començar
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.

Resoldre

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).

Resum

Veure tots els exercicis d'aquest apartat