Models atòmics clàssics

Quan John Dalton va proposar el seu model atòmic el $1808$, va imaginar els àtoms com a diminutes esferes massisses. Explica amb les teves paraules les dues idees principals del seu model: què és un àtom segons Dalton i en què es diferencien els àtoms d'un element dels d'un altre element diferent.

El $1897$, J. J. Thomson va experimentar amb tubs de raigs catòdics, uns tubs de vidre gairebé buits amb dos elèctrodes connectats a un voltatge molt alt. L'esquema d'un d'aquests tubs es mostra a la figura.

Quina partícula va descobrir Thomson gràcies a aquests experiments? Quina càrrega elèctrica té aquesta partícula i d'on sortia, segons la seva interpretació?

El $1911$, Rutherford i els seus col·laboradors van bombardejar una làmina d'or finíssima amb partícules $\alpha$, que tenen càrrega positiva. Què els va passar a la immensa majoria de les partícules en arribar a la làmina? Quina conclusió va treure Rutherford sobre com és 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, una fracció petita es desviava amb angles grans i unes poquíssimes rebotaven cap enrere. La figura resumeix aquestes tres observacions.

1. a) Escriu la conclusió que Rutherford va obtenir de cadascuna de les tres observacions.
2. b) Què hauria predit per a aquest experiment el model de Thomson? Per què no es va complir aquesta predicció?

L'electró que va descobrir Thomson és una partícula que surt de l'interior dels àtoms, siguin de l'element que siguin.

1. a) Explica quina idea fonamental del model de Dalton va quedar refutada amb aquest descobriment.
2. b) Si els àtoms contenen electrons, amb càrrega negativa, però són elèctricament neutres, què va haver d'afegir Thomson al seu model per explicar aquesta neutralitat?

Un tub de descàrrega ple d'hidrogen brilla amb una llum rosada que, vista a través d'un espectroscopi, se separa en unes poques línies de colors ben definides. Observa el muntatge a la figura:

1. a) Explica, amb l'ajuda del model de Bohr, per què l'hidrogen emet només certs colors i no un arc de Sant Martí continu.
2. b) Quina relació hi ha entre l'energia del salt de l'electró i el color de la línia emesa?

Les partícules $\alpha$ tenen càrrega positiva i una massa unes $7000$ vegades més gran que la de l'electró.

1. a) Explica, utilitzant les forces entre càrregues elèctriques, per què una partícula $\alpha$ que passa molt a prop del nucli es desvia molt, però amb prou feines canvia la seva trajectòria en passar al costat d'un electró.
2. b) Per què reboten cap enrere precisament les partícules que s'acosten més al nucli?
3. c) Si la làmina d'or fos el doble de gruixuda, com esperaries que canviés la proporció de partícules que reboten? Raona la resposta.

Thomson va col·locar dues plaques carregades elèctricament als costats del tub de raigs catòdics i va observar que el feix es desviava cap a la placa positiva. El muntatge es mostra a la figura.

1. a) Què va concloure Thomson sobre el signe de la càrrega de les partícules del feix? Raona la resposta.
2. b) Va repetir l'experiment amb tubs que contenien gasos diferents i sempre va obtenir les mateixes partícules, amb la mateixa relació càrrega-massa. Què implica aquest resultat sobre l'electró com a constituent de la matèria?

Segons el model de Bohr, els tres primers nivells d'energia de l'hidrogen són $E_1 = -13,6\ \text{eV}$, $E_2 = -3,4\ \text{eV}$ i $E_3 = -1,5\ \text{eV}$. Quan un electró cau d'un nivell a un altre d'inferior, emet un fotó l'energia del qual és exactament la diferència entre tots dos nivells. La figura mostra els tres nivells i les dues transicions.

1. a) Calcula l'energia del fotó emès en les transicions $E_3 \rightarrow E_2$ i $E_2 \rightarrow E_1$.
2. b) Quin dels dos fotons és més energètic? Sabent que a més energia del fotó correspon més freqüència de la llum, quina de les dues llums emeses té més freqüència?
3. c) Explica, a partir d'aquests resultats, per què l'espectre de l'hidrogen està format per línies separades i no és continu.

Imagina que el model de Thomson fos correcte i l'àtom fos una esfera tova de càrrega positiva amb els electrons incrustats.

1. a) Què els passaria a les partícules $\alpha$ en travessar la làmina d'or segons aquest model? Podrien arribar a rebotar? Raona la resposta pensant en com estan repartides la càrrega i la massa.
2. b) Quina observació de l'experiment real demostra que aquest model és fals?
3. c) Explica per què, perquè una partícula $\alpha$ pugui rebotar, la càrrega positiva i gairebé tota la massa han d'estar concentrades en un espai molt petit.