Models Atòmics: De Rutherford a Bohr i els Nombres Quàntics

Limitacions del Model Atòmic de Rutherford

Segons el model atòmic de Rutherford, els electrons es mouen en òrbites circulars i tenen una acceleració normal. Però, segons els principis de l'electromagnetisme clàssic, una càrrega elèctrica en moviment accelerada emet energia. Per tant, l'electró acabaria descrivint òrbites en espiral fins a xocar amb el nucli, cosa que suposaria una pèrdua contínua d'energia i faria que l'àtom fos molt inestable, fet que no s'observa en la realitat.

D'altra banda, l'electró passaria per totes les òrbites possibles, descrivint una espiral al voltant del nucli; per tant, la radiació emesa hauria de ser contínua. Tanmateix, els espectres d'emissió dels elements són discontinus.

El Model Atòmic de Bohr: Postulats Clau

El model de Bohr és una representació simple que recorda el model planetari de Copèrnic. Bohr va postular la idea que l'àtom és com un petit sistema solar amb un petit nucli al centre i un núvol d'electrons que hi donen voltes. Aquests són els seus postulats:

1. Hi ha un cert nombre d'òrbites circulars estables anomenades òrbites estacionàries, per les quals l'electró es desplaça a molta velocitat sense emetre energia. No totes les òrbites estan permeses i aquestes es caracteritzen per un nombre sencer anomenat nombre quàntic principal (n). El nivell de menor energia té el valor n=1, i els successius n=2, n=3..., fins a n=7, a mesura que augmenta l'energia.
2. L'electró té en cada òrbita una energia determinada. A les òrbites més allunyades del nucli (nivells superiors), l'electró té més energia.
3. Els electrons es mouen en aquestes òrbites seguint un moviment uniforme i sense emetre energia. Només s'emet energia, en forma de radiació, quan els electrons passen d'un nivell d'òrbita superior a un d'inferior. Aquesta energia ve determinada per la relació de Planck. Així, el nucli continua estant format per protons i neutrons i ocupa un volum molt petit en comparació amb l'àtom.

Correccions al Model de Bohr

L'any 1925, s'havien perfeccionat els espectroscopis i, gràcies a la nova tecnologia, es va observar que cadascuna de les línies de les quals havia parlat Bohr estava formada en realitat per moltes de juntes. Llavors, Sommerfeld va introduir modificacions a l'àtom de Bohr, model vigent fins aleshores. Va ser necessària la introducció de tres nombres quàntics addicionals per a caracteritzar l'electró.

Nombres Quàntics i la seva Importància

Nombre Quàntic Secundari o Azimutal (l)

Aquesta va ser la correcció feta per Sommerfeld, que va considerar que les òrbites de l'electró no només eren circulars, sinó que també podien ser el·líptiques. Aquesta modificació fa necessària l'existència de dos paràmetres per caracteritzar l'electró, ja que són necessaris dos paràmetres per definir una el·lipse. Així, va introduir un altre nombre quàntic, el secundari o azimutal (l), que indica el subnivell energètic en el qual es troba l'electró. Els valors permesos per a 'l' són: l=0, 1, 2, ..., n-1

• Si l=0 → òrbita circular
• Si l≠0 → òrbita el·líptica

Exemple: si n=3, els valors de 'l' seran 0, 1, 2.

• l=0 – orbital s → 1 orbital
• l=1 – orbital p → 3 orbitals
• l=2 – orbital d → 5 orbitals
• l=3 – orbital f → 7 orbitals

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰