Concetti Chiave
- L'atomo è composto da elettroni, protoni e neutroni, con la maggior parte della massa concentrata nel nucleo secondo il modello di Rutherford.
- Il numero atomico Z rappresenta il numero di protoni, mentre la massa molecolare è la somma delle masse atomiche nella molecola.
- L'atomo di Bohr descrive gli elettroni che ruotano in orbite fisse, senza irradiare energia, con transizioni tra stati fondamentali ed eccitati.
- Il principio di indeterminazione di Heisenberg stabilisce che non è possibile determinare con precisione sia la posizione che la velocità di un elettrone.
- La configurazione elettronica segue principi come quelli di Pauli e Hund, con elettroni disposti in orbitali definiti da numeri quantici.
In questo appunto si descrive in modo molto dettagliato la struttura dell'atomo, con analisi delle sue caratteristiche e della sua definizione. Come ben si sa l'atomo è costituito da questi elementi: elettroni, protoni e neutroni. Si parla anche di altri termini e concetti, come per esempio il numero atomico, la massa molecolare, ecc... Si prende in considerazione anche il celebre modello atomico di Rutherford. Si descrive anche molto bene che cosa sia l'atomo di Bohr, si analizza anche il cosiddetto principio di indeterminazione di Heisenberg e tanti altri concetti molto importanti di chimica legati al concetto di atomo.
La struttura dell'atomo
Struttura dell'atomo: l'atomo è composto da elettroni, protoni e neutroni.
Secondo il modello atomico di Rutherford gli atomi sono costituiti da spazio vuoto e la maggior parte della massa è concentrata in una zona piccolissima, il nucleo.
Il numero atomico (si indica con Z) è il numero dei protoni ed è situato in basso a sinistra nella formula di scrittura.
L'unità di massa di riferimento per calcolarlo è 1/12 della massa del carbonio.
Si chiamano isotopi gli atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni.
La massa molecolare è la somma delle masse atomiche degli atomi presenti nella molecola.
Limiti del modello atomico di Rutherford: la forza centrifuga dovuta al moto circolare, che tenderebbe ad allontanare un elettrone dal nucleo, sarebbe bilanciata dalla forza di attrazione tra nucleo ed elettrone. L'elettrone dovrebbe irradiare energia e cadere nel nucleo, ma ciò porterebbe alla conclusione che gli atomi non siano sistemi stabili, eventualità smentita dall'esperienza.
L'atomo di Bohr
L'elettrone può ruotare attorno al nucleo solo in determinate orbite circolari;
finché si muove in una delle orbite permesse l'elettrone non irradia energia.
L'elettrone assume energia 0 quando si trova a distanza infinita dal nucleo.
Orbita n=1 = stato fondamentale dell'atomo
n=2 … n=infinito = stati eccitati
Se ad un atomo viene fornita energia, l'elettrone salta in una delle orbite più esterne (stato eccitato) ma tende spontaneamente a tornare in una delle orbite a minore energia. In questa transizione di ritorno emette energia sotto forma di radiazione.
Limiti del modello atomico di Bohr: era accertato solo per l'idrogeno.
Principio di indeterminazione di Heisenberg: è impossibile conoscere con la stessa precisione sia la posizione che la velocità di un elettrone.
Orbitale: regione intorno al nucleo dove vi è una probabilità almeno del 95% di trovare un elettrone.
N (numero quantico principale): determina l'energia dell'elettrone e l'orbitale (1...7). Maggiore è il valore, maggiore è la distanza dal nucleo.
L = numero quantico secondario (0...n-1)
ml = numero quantico magnetico, indica gli orientamenti che un orbitale può assumere. (-L…+L)
Orbitali S= sferici
Orbitali P= lobi uniti
Ms= numero quantico di spin, indica se l'elettrone ruota in senso orario o antiorario (+1/2...-1/2)
Principio di esclusione di Pauli: in ogni orbitale non possono stare più di due elettroni e devono avere spin opposto.
Regola di Hund: gli elettroni si dispongono uno per ciascun orbitale con la stessa direzione di spin per cui tendono a stare lontani.
Configurazione elettronica: 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f
Domande da interrogazione
- Qual è la struttura fondamentale dell'atomo secondo il modello di Rutherford?
- Come descrive l'atomo di Bohr il movimento degli elettroni?
- Quali sono i limiti del modello atomico di Bohr?
- Cosa afferma il principio di indeterminazione di Heisenberg?
- Qual è il significato del principio di esclusione di Pauli?
Secondo il modello atomico di Rutherford, l'atomo è costituito principalmente da spazio vuoto, con la maggior parte della massa concentrata in una piccola area chiamata nucleo, composta da protoni e neutroni, mentre gli elettroni orbitano attorno al nucleo.
L'atomo di Bohr descrive gli elettroni come capaci di ruotare attorno al nucleo solo in determinate orbite circolari senza irradiare energia, e quando un elettrone si trova a distanza infinita dal nucleo, assume energia zero.
Il modello atomico di Bohr è limitato in quanto è stato accertato solo per l'idrogeno e non è applicabile ad atomi più complessi.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che è impossibile conoscere con precisione sia la posizione che la velocità di un elettrone simultaneamente.
Il principio di esclusione di Pauli stabilisce che in ogni orbitale non possono esserci più di due elettroni e questi devono avere spin opposto.
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