Eredu Atomikoen Garapena: Daltonetik Eredu Kuantikora

Daltonen Eredu Atomikoa (1808)

Bere abiapuntua erreakzio kimikoen lege kuantitatiboak izan ziren. Daltonen arabera:

1. Materia atomo deitutako partikulaz osatuta dago.
2. Atomoak zatiezinak dira eta aldaezinak.
3. Atomoak, molekulak osatzeko proportzio finkoen arabera konbinatzen dira.

Thomsonen Eredu Atomikoa

Gasak, tentsio elektriko txikian, korronte elektrikoaren isolatzaileak dira; ordea, tentsio handiarekin eroale bilakatzen dira. Beirazko hodi batean oso presio txikian gas bat jartzen bada eta milaka boltioko tentsioa jartzen bazaio, korronte elektrikoa pasako da eta gasak kolore argia igorriko du. Argi honi izpi katodiko esaten zaio, katodoan sortzen direlako, eta izpi hauek aztertzean honako hau egiaztatu daiteke:

• Karga negatiboa dutela.
• Partikulaz osatuta daudela eta korronte elektrikoaren unitateak direla (tartean objekturen bat sartuta itzala agertzen da).
• Partikulek oso masa txikia dutela eta atomoa baino txikiagoak direla.
• Gaur egun elektroi deitzen zaiela (hori dela eta, atomoa zatigarria da).
• Karga eta masaren arteko erlazioa neurtu zuen: q/m = 1,78 x 10⁸ C/gr.

Thomsonen Atomoaren Barne Egitura (1897)

Elektroiak, karga elektriko negatiboa dutenez eta materia (atomoa) neutroa denez, karga negatiboa konpentsatuta egongo da. Horrek esan nahi du atomoan karga positiboa ere egongo dela, materia neutroa izan dadin.

Elektroiak oso txikiak direnez, masa gehiena zati positiboak edukiko luke. Berarentzat, atomoa esfera bat da, gehiena karga positiboa izango duena, eta elektroiak barruan txertatuta egongo dira, elektrostatikoki egonkorra izanik, hau da, neutroa (Plum Pudding eredua).

1909. urtean, Millikanek beste saiakuntza baten bidez elektroien karga eta masa lortu zituen (Q = 1,6 x 10^-19 C; m = 8,98 x 10^-28 gr).

Protoiak (Goldstein, 1886)

• Deskarga-hodia hidrogeno gasarekin.
• Katodo zulatua.
• Kanal-izpiak (izpi katodikoen kontrakoak).
• Partikula positiboz osatuta: protoiak.
• Elektroien adinako karga dute, baina kontrakoa.
• Masa elektroiarena baino 1837 aldiz handiagoa.
• Elementu guztietan daude.

Rutherforden Eredu Atomikoa (1911)

Esperimentu bat egin zuen:

Urrezko xafla bat α (positiboak eta masadunak) partikulekin bonbardatu zuen, eta honako hau ikusi zen:

• Partikula gehienek xafla zeharkatzen zuten, desbideratu gabe.
• Beste batzuek desbiderapen txikia jasaten zuten.
• Gutxi batzuk atzerantz higitzen ziren, erabat errebotatuta.

Ondorioak:

1. Atomoa ez da uniformea (horregatik, partikula batzuk ez dira desbideratzen, ez baitute talka egiten ezerekin).
2. Atomoaren karga positibo guztia atomoaren erdiko partean kontzentratuta dago, eta bertan egongo da atomoaren ia masa guztia; beraz, atomoak nukleo bat dauka. Horregatik, α partikulak desbideratzen dira masa eta karga positiboa edukitzeagatik (talka egitean nukleoaren kontra errebotatzen dute).
3. Nukleoaren ideia sartzen da (nukleoan karga positiboa duten partikulak daude: protoiak).
4. Nukleoaren masaren neurketak egitean, bertan dauden protoi guztien masarena baino handiagoa zela ikusi zuten; ondorioz, beste zerbait zegoela nukleoan, kargarik gabekoa: neutroiak (Chadwickek aurkitu zituen 1932an, berilioa α partikulekin bonbardatzean).
5. Atomoa sistema planetarioa izango balitz bezala planteatzen du.
6. Eredu honek ez du azaltzen elektroiak zergatik ez diren nukleoaren kontra erortzen.

Bohren Eredu Atomikoa

Substantzia guztiek, gas egoeran berotzean, argia igortzen dute. Substantzia bakoitza, igortzen duen argiarengatik, bereiz daiteke. Erradiazioak aztertzeko erabiltzen den tresna "espektroskopioa" da.

Prozesua

1. Elementua berotu.
2. Igorritako argia.
3. Prisma (beirazkoa) batetik pasa.
4. Argia difraktatu (erradiazioa).
5. Argazki plakan.
6. Espektroa agertu.

Espektroak argazki plakan agertzen dira eta igorpen espektroa izena dute (espektro atomikoa). Honek elementu bakoitza identifikatzeko balio du, elementu bakoitzaren "hatz-marka" baita.

Plancken Ideia eta Einsteinen Teoria:

Teoria kuantikoak energia igorpenek izaera ez-jarraitua zutela aldarrikatzen zuen. Teoria honen arabera, argia eta beste edozein erradiazio era ez-jarraian igorri edo xurgatzen dira, hau da, kuantotan. Kuanto hau energia zati edo puska bat izan daiteke, eta zati bakoitzak bere frekuentzia izango du; hori dela eta, zati bakoitzaren energia honako hau izango da:

E = h · ν
h = Plancken konstantea (6,626 x 10^-34 J·s)

Bohrek aurreko ideia eta teoria erreferentziatzat hartu zituen, eta bere ereduan hiru postulatu hauek biltzen dira:

1. Elektroiak nukleoaren inguruan orbita zirkularretan biraka dabiltza. Orbita hauek ez dira edozein, finkatuta daude (n = 1, 2, 3, ...).
2. Orbita bakoitzean elektroiaren energia konstantea da, eta orbital hauetan elektroiek ez dute energiarik igortzen edo xurgatzen.
3. Baldintza normaletan, elektroi guztiak energia maila txikienean daude (funtsezko egoera), eta ez dute energiarik igortzen.

Kanpoko eraginen batengatik (elektroiari energia ematen badiogu), posiblea da elektroia orbita batetik energia handiagoko orbita batera pasatzea (elektroia kitzikatuta dagoela esaten da). Kanpoko eragin hori amaitzean, elektroia bere lekura itzuliko da, horretarako lehen hartutako energia igorriz (E = h · ν).

Guzti honen ondorioz, atomoan, energia mailaren arabera geruza elektronikoak sortzen dira. Letra batzuekin adierazten dira (K, L, M...). Zenbat elektroi sartzen diren gehienez orbita bakoitzean zehaztu zuen: 2n²; non n orbita kopurua den.

Gaur Egungo Eredu Atomikoa

Uhin Ekuazioa (Schrödinger)

• Aurreko bi printzipioak jaso, eta partikula bakoitzarentzat uhin-ekuazio matematiko bat atera eta ψ deitu zion (ψ: uhin-ekuazioa).
• Funtzio honek partikula baten egoera energetiko posibleen balioak ematen dizkigu, hau da, elektroiaren egoera energetikoa atomoan (non dagoen atomoan).
• Matematikoki, ψ funtzioa zenbaki kuantikoen menpe dago; hau da, hemen zenbaki kuantikoak agertzen dira baldintza matematiko gisa, funtzioaren emaitzak eman ahal izateko (berriro ere, emaitzak hidrogenoarentzat izan ziren).

ψ²-k esanahi fisikoa du karratzen denean: eskualde batean elektroiak aurkitzeko probabilitatea. Hemendik oso kontzeptu garrantzitsu bat ateratzen da. Orain arte esaten genuen elektroia orbita konkretu batean zegoela biratzen. Orain, ordea, ez dakigu non dagoen elektroia; dakiguna bakarrik izango da non dagoen probabilitaterik handiena elektroia aurkitzeko. Probabilitate honi orbitala deitzen zaio. Orbital batean %90eko probabilitatea izango dugu elektroia aurkitzeko.

Atomo Polielektronikoen Banaketa Elektronikoa

Schrödingerren ekuazioaren ebazpena nahiko erraza da atomoak elektroi bakarra duenean (hidrogenoan gertatzen dena), baina elektroi gehiago badaude (kasu guztietan), ebazpena ateratzeko eragozpen handiekin topo egingo dugu. Horregatik, beharrezkoa da hurrengo printzipioak kontuan hartzea:

1. Aufbau-ren Printzipioa:

Atomoek, funtsezko egoeran, energia minimoa dute. Horrela, atomoen elektroiek beteko dituzten orbitalak energia txikia dutenetatik energia handia dutenetara izango dira. Hori dela eta, orbitalen antolamendua energiaren arabera Moellerren diagramaz baliatuz egiten da.

2. Pauliren Printzipioa:

Atomo batean dauden elektroiek zenbaki kuantiko desberdinak izan behar dituzte. Hau da, orbital batean asko jota 2 elektroi egon daitezke, eta S zenbakiak desberdintzen ditu bi elektroi hauek. Elektroi baten egoera adierazteko erabiltzen den notazioa (n, l, m_l, s) da.

Adibidez: (1, 0, 0, +1/2) adierazten du elektroi baten egoera 1s orbitalean, baina beste aukera bat dugu orbital honetan: (1, 0, 0, -1/2). Printzipio honen arabera, lehenengo hiru zenbaki kuantikoak berdinak izan daitezke, baina laugarrenak, derrigorrez, desberdina izan behar du. Ez da posible atomo batean lau zenbaki kuantiko berdin dituzten bi elektroi edukitzea.

3. Hunden Printzipioa:

Energia berdineko orbital guztiak elektroi batekin bete behar dira, bigarren elektroia sartu baino lehen. Spinek (gezi baten punta) orbital bakoitzean kontrakoak izan behar dute.