Concetti Chiave
- La scoperta delle particelle subatomiche ha messo in discussione la teoria atomica di Dalton, portando a un nuovo modello nucleare dell'atomo elaborato da Rutherford.
- La teoria quantistica introduce il concetto di quanti, stabilendo che l'energia viene trasferita in quantità discrete, piuttosto che in modo continuo.
- Bohr ha collegato lo spettro di emissione di un atomo ai suoi elettroni, sviluppando un modello che prevede orbite specifiche per gli elettroni attorno al nucleo.
- Secondo la meccanica quantistica, l'elettrone è sia onda sia particella e non si muove lungo orbite fisse, ma in regioni di probabilità chiamate orbitali.
- Le caratteristiche degli orbitali sono definite dai numeri quantici, che determinano grandezza, forma, orientazione e spin dell'elettrone.
Qual è la scoperta delle particelle subatomiche?
La teoria atomica di Dalton che affermava l'indivisibilità dell'atomo fu messa in discussione agli inizi del Novecento quando un gruppo di scienziati tra cui Thompson scoprirono, grazie ad alcuni esperimenti, l'esistenza delle particelle subatomiche.
Rutherford elaborò il modello nucleare dell'atomo che afferma che l'atomo è prevalentemente composto da vuoto in cui si muovono gli elettroni e da un nucleo in cui ci sono neutroni e protoni.
Rutherford elaborò inoltre un modello planetario dell'atomo secondo cui gli elettroni si muovono intorno al nucleo lungo traiettorie circolari.
La forza centrifuga deve essere tale da bilanciare in ogni istante la forza di attrazione del nucleo.
Questa ipotesi non poteva essere accettata come vera poichè gli elettroni sono corpi in movimento carichi elettricamente ed a causa del campo elettrico dell'atomo, avrebbero dovuto perdere progressivamente energia fino a cadere nel nucleo.
La teoria quantistica e i quanti
La teoria quantistica afferma che nei fenomeni fisici l'energia non si trasferisce in modo continuo,cioè in quantità piccole a piacere, ma secondo quantità ben definite, chiamate quanti.
L'energia di un quanto è direttamente proporzionale alla velocità di propagazione dell'onda v e si calcola con un' equazione.
E= h.v dove h è una costante, chiamata costante di Planck che misura 6,63.10 elevato alla -35 J/s.
L'energia viene scambiata secondo quantità multiple di un quanto.
Un quanto di luce viene chiamato fotone.
Ogni elemento ha un proprio spettro di emissione.
Il modello di Bohr e gli elettroni
Bohr ipotizzò che lo spettro di emissione di un atomo fosse collegato ai suoi elettroni.
Applicando la teoria quantistica al modello planetario creò un modello capace di calcolare e prevedere l'orbita di un elettrone.
Il raggio dell'orbita è dato dall'espressione r=53(n alla seconda) dove n è un numero quantico principale.
Secondo questo modello gli elettroni non possono disporsi in modo casuale nel nucleo ma solo a particolari distanze.
Un elettrone che si trova sull'orbita più piccola è in stato fondamentale, mentre se è su un'orbita più grande è in stato eccitato.
Gli elettroni tendono a posizionarsi sulle orbite più piccole però se forniamo ad un elettrone energia sufficiente questo può passare a un orbita maggiore.
Successivamente l'elettrone tende a rilasciare energia sotto forma di fotoni per ritornare alla posizione iniziale.
L'elettrone, che è sia onda sia particella, ha un moto impossibile da definire.
Le successive posizioni occupate dall'elettrone fanno sì che si formi una specie di nube di carica elettrica negativa.
Essendo l'elettrone negativo esso tende a passare la maggior parte del suo tempo attorno al nucleo però è possibile trovare un elettrone anche molto distante da esso.
Infatti la probabilità di trovare un elettrone diminuisce all'aumentare della distanza dal nucleo e diventa 0 solo a distanza infinita.
La meccanica quantistica e gli orbitali
Secondo la meccanica quantistica:
1. L'elettrone è sia onda sia particella.
2. L'elettrone non si muove lungo orbite prefissate.
3. Il movimento e lo stato energetico dell'elettrone definiscono le caratteristiche del suo orbitale
4. L'orbitale può essere considerato come la regione di spazio in cui l'elettrone passa il 90% del proprio tempo.
5. L'orbitale è la regione di spazio in cui c'è il 90% di probabilità di trovare un elettrone.
Le caratteristiche dell'orbitale sono determinate dai numeri quantici.
Il numero quantico principale (n) può assumere tutti i valori interi compresi tra 1 e +∞ e determina la grandezza e l'energia dell'orbitale.
Il numero quantico angolare (l)può assumere tutti i valori compresi tra 0 e (n-1) e determina la forma dell'orbitale.
Il numero quantico magnetico (m) può assumere tutti i valori compresi tra -l e +l e determina l'orientazione dell'orbitale.
Il numero quantico di spin è una caratteristica dell'elettrone che si riferisce alla sua rotazione intorno al suo asse e può assumere solo i valori -1/2 e +1/2.
Domande da interrogazione
- Qual è stata la scoperta fondamentale riguardo le particelle subatomiche?
- Come si definisce l'energia secondo la teoria quantistica?
- Qual è il significato del modello di Bohr per gli elettroni?
- Cosa afferma la meccanica quantistica riguardo il movimento degli elettroni?
- Quali sono i numeri quantici e la loro importanza?
La scoperta delle particelle subatomiche ha messo in discussione la teoria atomica di Dalton, affermando che l'atomo non è indivisibile, come dimostrato da Thompson e altri scienziati agli inizi del Novecento.
Secondo la teoria quantistica, l'energia non si trasferisce in modo continuo, ma in quantità ben definite chiamate quanti, e l'energia di un quanto è proporzionale alla velocità di propagazione dell'onda, calcolata con l'equazione E = h.v.
Il modello di Bohr collega lo spettro di emissione di un atomo ai suoi elettroni, stabilendo che gli elettroni occupano orbite specifiche e possono passare a orbite superiori solo se ricevono energia sufficiente.
La meccanica quantistica stabilisce che l'elettrone è sia onda sia particella, non si muove lungo orbite prefissate e il suo stato energetico definisce le caratteristiche del suo orbitale.
I numeri quantici (principale, angolare, magnetico e di spin) determinano le caratteristiche dell'orbitale, come grandezza, forma, orientazione e rotazione dell'elettrone, influenzando così il comportamento degli atomi.
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