Atomoaren Ereduak: Rutherford, Bohr eta Eboluzioa

Rutherforden Eredu Atomikoa

XX. mendearen hasieran, Ernest Rutherford fisikariak (1871-1937), erradioaktibitatea ikertzen ari zela, esperimentu bat egin zuen, atomoaren egitura aztertzeko aukera eman zuena. Esperimentuan, urrezko xafla mehe-mehe bat material erradioaktibo batetik zetozen alfa partikulekin (helio nukleoak) bonbardatu zen.

Behaketak

• Partikula gehienek desbideratu gabe zeharkatzen zuten xafla.
• Batzuek desbideratze txikiak izaten zituzten, eta beste batzuek handiagoak.
• Harrigarriro, partikula gutxi batzuek errebotatu egiten zuten.

Ondorioak

• Ematen du atomoa ia hutsik dagoela.
• Aldaratuta ateratzeko, alfa partikulek positiboki kargatutako masa handiko zona txiki baten aurka egin behar dute talka. Zona horri atomoaren nukleoa deitu zion.
• Partikula errebotatuek nukleoaren aurka egin dute talka, eta nukleoak karga garbi positiboa duenez, aldaratu egin ditu.
• Atomoa esfera uniforme bat balitz, Thomsonek pentsatu zuen bezala, ezinezkoa litzateke gertaera horiek azaltzea, partikula horiek ez bailukete desbideratze handirik izango, eta are gutxiago errebotatu.

Emaitza horien arabera, Rutherforden eredu atomikoak atomoaren antolamendu hau ezarri zuen: nukleoa erdigunean eta elektroiak kanpo-azalean, nukleotik oso urrun.

Rutherforden Atomoaren Ezaugarriak

Nukleoa:

Barnealdeko zona txikia, masa handia eta karga positiboa duena. Han daude protoiak. Nukleoa atomoa baino 10.000 bat aldiz txikiagoa da.

Kanpo-azala:

Nukleotik distantzia handira dago; beraz, atomoa ia hutsik dago. Azal horretan elektroiak daude, nukleoaren inguruan abiadura handian biraka.

Bohrren Eredu Atomikoa

Niels Bohr fisikari daniarrak (1885-1962), 1913an, eredu atomiko berri bat asmatu zuen, lerro-espektroak azaldu eta Rutherforden ereduaren arazoak konpontzen zituena. Bohrrek postulatu hauetan oinarritu zuen bere eredua:

1. Elektroia orbita zirkular geldikor batzuetan soilik biratzen da, eta haietan ez du energiarik igortzen; orbita horiek energia-balio jakin batzuk dituzte erradio bakoitzean.
2. Elektroiak orbita bakoitzean duen energia zehaztuta dago, eta nukleotik zenbat eta urrutiago egon, hainbat eta handiagoa da. Bohrrek, hala, orbitak energia-mailekin erlazionatu zituen. Badira, beraz, orbita baimenduak eta ez-baimenduak.
3. Elektroiak behar beste energia xurgatzen badu, jauzi egiten du bere orbitatik goragoko beste batera. Energia hori hartzeari uzten dionean, bere hasierako orbitara itzultzen da eta soberakina erradiazio gisa igortzen du.

Bohrrek lerro-espektroak atomoaren egiturarekin erlazionatu zituen. Argudiatu zuen elementu kimiko bakoitza eratzen duten atomoek lerro-espektroak sortzen badituzte eta espektroek energia-igorpena badute, uste izatekoa dela atomoek «jauzika» igortzen dutela energia, eta ez modu jarraituan.

Espektroetan agertzen den lerro bakoitza jauzi elektroniko bati dagokio. Bohrrek kalkulatu zuen zenbat elektroi izan daitezkeen gehienez energia-maila bakoitzean. Zenbaki hori adierazpen honen bidez kalkula daiteke:

Energia-maila bakoitzeko gehieneko elektroi kopurua (e-) hau da: 2n²

Non n baita energia-mailaren ordena-zenbakia edo zenbaki kuantiko nagusia.

Hala ere, hirugarren mailatik aurrera, elektroi batzuk goragoko mailetan egon daitezke, aurreko maila bete ez bada ere. Bohrren eredua, nahiz eta hidrogeno atomoari bakarrik aplika zekiokeen, aurrerapen handia izan zen kimikaren arloan. Baina beste atomo batzuen propietateak azaldu nahi izan zirenean, arazoak sortu ziren. Beste zientzialari batzuek ondorioztatu zuten nukleoaren inguruko orbitak ez direla Bohrrenak bezain sinpleak, baizik eta geruzak direla, eta geruza bakoitzak zenbait orbita eduki ditzakeela.

Bohrren Atomoari Egindako Aldaketak

Bereizmen handiagoko gailuak erabiliz espektro atomikoen azterketan aurrera egin ahala, zientzialariak ohartu ziren lerroetako batzuk ez zirela bakarrak, baizik eta benetan bata bestetik ondo-ondoan jarritako bi lerro (bikotea) edo hiru lerro (hirukotea) direla; horri espektroen egitura fina deritzo.

Lehen Aldaketa: Sommerfelden Ekarpenak

1916an, Arnold Sommerfeld fisikari alemaniarrak (1868-1951) espektroei buruzko saiakuntza batzuk egin zituen, eta, haren behaketen ondorioz, Bohrren atomoa aldatu eta osatu egin zen ideia hauekin:

1. Espektroen lerroen desdoblamenduak bat datoz jauzi elektronikoen kopuru handiagoekin.
2. Nukleoaren inguruan, geruza elektronikoak daude (bata bestetik oso gertu dauden energia-orbiten multzoak).
3. Lehen geruza orbita zirkular batez osatuta dago, baina gainerakoek orbita zirkular eta eliptikoak ere badituzte.
4. Geruza bakoitzari energia-maila bat dagokio, eta maila bakoitza, lehenengoa izan ezik, zenbat orbita dituen, hainbat azpimailatan banatzen da.

Elektroi-geruzak zazpi dira, eta letra bidez izendatzen dira: K, L, M, N, O, P eta Q, nukleorainoko distantzia laburrenetik urrunenera ordenatuta. Geruza elektroniko horien azpimailak s, p, d eta f dira.

Bigarren Aldaketa: Zeeman Efektua

Pieter Zeeman fisikariak (1865-1943) espektroak eremu magnetiko batean aztertu zituenean, beste desdoblamendu batzuk agertu ziren. Hori justifikatzeko, askotariko orientazioko orbitak zeudela argudiatu zen. Hau da orientazio kopurua:

• s azpimailan: bat
• p azpimailan: hiru
• d azpimailan: bost
• f azpimailan: zazpi

Hirugarren Aldaketa: Elektroien Spina

Orbita bakoitzean, bi elektroi sar daitezke gehienez; haietako bakoitza bere buruaren inguruan biratzen da noranzko desberdin batean. Elektroien propietate horri spin deritzo.

Konfigurazio Elektronikoak

Elektroiak nukleoaren inguruan kokatzen dira energia-maila gutxienetik hasita, baina ez zehazki lehenago adierazitako ordenan, zeren eta energia-mailak elkarren ondo-ondoan daudenez, gerta baitaiteke desdoblamenduan ordena aldatzea. Hala, gerta daiteke maila jakin bateko azpimaila batzuk aurreko mailako beste azpimailen azpian geratzea, diagraman ageri den bezala.

Konfigurazio elektronikoa: Atomo baten elektroien energia-maila eta azpimailetako banaketa da.

Espektroa

Gorputzek igortzen edo xurgatzen duten energiaren erregistro fotografiko bat da. Badira jarraipen-, igorpen- eta xurgapen-espektroak.

Lehen Eredu Atomikoak

Atomoaren barne-egiturari buruzko ereduak zirriborratzen hasi ziren, printzipio hauekin:

• Atomoa zatigarria da, partikula txikiagoz osatuta dago, eta partikula horiek karga elektrikoa dute.
• Elektroiaren masa oso txikia da atomoaren masaren aldean; protoiarena, berriz, elektroiarena baino askoz handiagoa da.
• Atomo neutro batean, elektroi-kopurua eta protoi-kopurua bera da.

Ioiak

Ioi bat: Elektrikoki kargatutako atomo bat edo atomo-talde bat da.