Concetti Chiave
- Il modello atomico di Thomson introduce la presenza di cariche positive e negative, mentre Rutherford scopre il nucleo centrale nell'atomo.
- Bohr combina il modello planetario con la teoria quantistica, evidenziando che gli elettroni si muovono in orbite stazionarie a livelli energetici definiti.
- Il principio di indeterminazione di Heisenberg stabilisce una relazione inversa tra la conoscenza della velocità e della posizione di un elettrone.
- Esistono quattro tipi di orbitali (sferico, due lobi, quadrifoglio e complesso) che definiscono la forma degli orbitali atomici.
- Le regole di configurazione elettronica includono la regola di Aufbau, il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund per il riempimento degli orbitali.
Modello atomico di Thomson e Rutherford
Il primo scienziato ha formulare un primo modello atomico fu Thomson. Secondo Thomson all'interno di un atomo erano presenti sia cariche positive e cariche negative, ma Rutherford si rese conto che siccome non tutte le particelle oltrepassavano l'atomo, al centro c'era un nucleo. Tuttavia Rutherford nel suo modello planetario non aveva considerato il fatto che una carica elettrica perde progressivamente energia, ma se così fosse non esisterebbe la materia perché tutti gli elettroni collasserebbero sul nucleo atomico.
Modello atomico di Bohr
Bohr fonde il modello planetario con la teoria quantistica, affermando che gli elettroni non emettono continuamente energia, ma in piccoli pacchetti detti quanti. Secondo il suo modello atomico di elettroni compiono un moto circolare intorno all'atomo descrivendo delle orbite stazionarie che sono caratterizzate da precisi livelli energetici.
Per passare dallo stato fondamentale allo stato eccitato un elettrone ha bisogno di energia, e al contrario cederà energia (un fotone) per passare nuovamente al suo stato fondamentale. Il numero n, detto numero quantico principale, dà informazioni sul livello energetico e può assumere solo valori interi.
Principio di indeterminazione di Heisenberg
secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg la probabilità di conoscere la velocità di un elettrone è inversamente proporzionale alla probabilità con cui si può conoscere la sua posizione. La posizione dell'elettrone non è determinata nello spazio, e il fisico Schrödinger ipotizza che le soluzioni a questa problematica possano essere rappresentate dalle funzioni d'onda. Essa permette di conoscere la probabilità che ci sia un atomo nell'orbitale, definito come la regione in cui è elevata la probabilità di incontrare un elettrone.
Tipi di orbitali e numeri quantici
In base alla loro forma esistono quattro tipi di orbitali: l'orbitale s è di forma sferica, l'orbitale p è formato da due lobi, l'orbitale d è rappresentato da un quadrifoglio e l'orbitale f è un complesso modello di orbitale.
il numero quantico principale, secondario e magnetico possono essere ricavati dalla funzione discodinger. il numero quantico principale riguarda il livello energetico e può assumere solo valori interi.
il numero quantico secondario indica il tipo di orbitale compatibile con un determinato livello energetico, e può assumere valori compresi tra 0 e n-1.
il numero quantico magnetico indica il numero di orbitali che corrispondono a un determinato sotto livello energetico, per questo caratterizzati dalla stessa energia ma con una diversa orientazione spaziale. Esso può assumere valori compresi tra -l e +l incluso lo 0.
Il numero quantico di spin è il quarto numero quantico ma non può essere dedotto dalla funzione d'onda. Esso indica la proprietà di ciascun elettrone di ruotare su se stesso: due elettroni hanno spin parallelo se ruotano nello stesso senso, altrimenti hanno spin antiparallelo.
Configurazione elettronica e regole
La prima regola da osservare quando si va a fare la configurazione elettronica di un elemento è la regola di Aufbau, che stabilisce che l'elettrone tende a occupare l'orbitale con il livello energetico più basso. Altra regola è il principio di esclusione di Pauli, secondo cui ogni orbitale può essere occupato al massimo da due elettroni che devono avere spin anti parallelo.
Per la regola di Hund se ci sono più orbitali appartenenti allo stesso sottolivello, ovvero che hanno la stessa energia e sono detti orbitali degeneri, gli elettroni si dispongono prima uno per ogni orbitale e con spin paralleli. Quando sono stati occupati tutti gli orbitali degeneri si procede a posizionare il secondo elettrone che abbia spin antiparallelo, siccome gli elettroni spendono più energia a occupare un livello energetico più alto piuttosto che a respingere l'elettrone.
Domande da interrogazione
- Qual è la principale differenza tra i modelli atomici di Thomson e Rutherford?
- Come si differenzia il modello atomico di Bohr da quello di Rutherford?
- Cosa afferma il principio di indeterminazione di Heisenberg riguardo la posizione e la velocità degli elettroni?
- Quali sono i quattro tipi di orbitali e come si differenziano?
- Quali sono le regole fondamentali per la configurazione elettronica di un elemento?
Thomson propose un modello in cui coesistevano cariche positive e negative all'interno dell'atomo, mentre Rutherford scoprì l'esistenza di un nucleo centrale, spiegando che non tutte le particelle oltrepassavano l'atomo.
Bohr integra la teoria quantistica nel modello planetario di Rutherford, affermando che gli elettroni non emettono energia continuamente, ma in pacchetti chiamati quanti, e orbitano attorno al nucleo in livelli energetici definiti.
Il principio di indeterminazione stabilisce che la probabilità di conoscere la velocità di un elettrone è inversamente proporzionale a quella di conoscere la sua posizione, rendendo la posizione dell'elettrone non determinata nello spazio.
Gli orbitali si classificano in quattro tipi: sferico (s), a due lobi (p), a forma di quadrifoglio (d) e complesso (f), ognuno con una forma distinta che determina le loro proprietà.
Le regole principali includono la regola di Aufbau, che stabilisce che gli elettroni occupano prima gli orbitali a energia più bassa, il principio di esclusione di Pauli, che limita a due il numero di elettroni per orbitale con spin antiparallelo, e la regola di Hund, che prevede che gli elettroni si distribuiscano prima in orbitali degeneri con spin paralleli.
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