Appunti Chimica generale

MODELLO DI THOMSON

Il campo elettrico applicato perpendicolarmente era in grado di deviare i raggi catodici, portando sostegno all'ipotesi della loro natura corpuscolare. Con il suo esperimento, Thomson chiarì che i raggi catodici erano particelle cariche negativamente (= elettroni) e riuscì a misurare il rapporto carica/massa. I raggi catodici avevano la stessa natura indipendentemente dal gas utilizzato. Per Thomson l'atomo è concepito come una sferetta con la massa e la carica positiva uniformemente distribuita, con gli elettroni negativi in numero tale da rendere la struttura complessivamente neutra. Gli elettroni oscillano attorno a posizioni di equilibrio determinate dalle forze di attrazione verso il baricentro delle cariche positive e le forze di repulsione interelettroniche.

APPARECCHIO DI MILLIKAN

Quando la velocità di caduta diventa costante vuol dire che la forza peso è uguale alla forza di attrito con l'aria.

4/3πr g(d-d ) = 6π0

ESPERIMENTO DI RUTHERFORD α

La maggior parte delle particelle passava indisturbata mentre alcune venivano deflesse o,addirittura rimbalzavano indietro. Questo fatto era del tutto inatteso considerate le dimensioni, laαmassa e la velocità delle particelle e la densità della massa calcolata dal rapporto massa/volume.

L’unica spiegazione plausibile era che la massa dell’oro fosse concentrata in particelle molto piccole-14di carica positiva. Rutherford stimò una carica di 100+- 20 (valore vero 79) e un diametro di 10 m-15(valore vero 7,7∙10 ). Rutherford evidenzia l’esistenza del nucleo nell’atomo.

ESPERIMENTO DI MOSELEY

L’ipotesi di Rutherford fu confermata dal lavoro di Moseley il quale trovò una relazione lineare trala radice quadrata della frequenza dei raggi X emessi dagli elementi sotto bombardamentoelettronico ed il numero atomico Z.

Van der Broek osservò che la carica trasportata da

Uno ione positivo è sempre un multiplo intero della carica presente nel nucleo dell'idrogeno, pertanto Z è anche il numero di cariche positive elementari (protoni). Il neutrone fu scoperto da Chadwick (1932), massa simile al protone ma non ha carica. Protoni e neutroni vengono indicati collettivamente come nucleoni (la loro somma da il numero di massa A).

Per la fisica classica l'elettrone, particella carica, ruotando intorno al nucleo deve cedere energia e quindi alla fine collassare sul nucleo.

ONDE E PARTICELLE: La luce e l'elettrone

➔ONDA ELETTROMAGNETICA Un'onda elettromagnetica è costituita dall'insieme di un campo elettrico (E) e di un campo magnetico (H) oscillanti su piani ortogonali, che procedono nel vuoto alla velocità c = 3 ∙ 10⁸ m/s (300.000 km/s). Le oscillazioni definiscono un certo numero di cicli al secondo, ovvero la frequenza. Un'onda elettromagnetica è caratterizzata da una lunghezza d'onda.

definita come la distanza fra un picco e quello successivo, che è inversamente proporzionale alla frequenza. L'ampiezza è l'altezza (massima) dell'onda rispetto all'asse centrale. Il quadrato dell'ampiezza determina l'intensità. L'insieme delle radiazioni elettromagnetiche alle diverse lunghezze d'onda costituisce lo SPETTRO ELETTROMAGNETICO. I nostri occhi percepiscono solo le radiazioni di lunghezza d'onda tra 700nm (rosso) e 400 nm (violetto), ovvero lo spettro visibile. CHIMICA GENERALE 15 La luce visibile è un tipo di radiazione elettromagnetica. Tutte le radiazioni elettromagnetiche sono costituite da energia che si propaga mediante campi elettrici e magnetici la cui intensità aumenta o diminuisce. Le proprietà ondulatorie delle radiazioni elettromagnetiche sono descritte da 2 variabili indipendenti: - Frequenza = numero di cicli subiti dall'onda nell'unità di tempo edè espressa in s = Hz.
Lunghezza d’onda = distanza tra un punto qualsiasi di un onda e il punto corrispondente dell’onda successiva.
Ampiezza = caratteristica di un’onda, corrisponde all’altezza della cresta dell’onda.
La luce visibile costituisce una piccola parte dello spettro elettromagnetico. Le onde dello spettro elettromagnetico si propagano tutte alla stessa velocità nel vuoto ma differiscono nella frequenza e quindi nella lunghezza d’onda. L’occhio umano percepisce differenti lunghezze d’onda come differenti colori. La radiazione visibile rappresenta solo una piccola parte dello spettro elettromagnetico. Alle diverse radiazioni visibili che differiscono per la loro lunghezza d’onda corrispondono i diversi colori.
Quando un raggio di luce bianca colpisce un prisma di vetro, viene scomposto in diversi colori, questo perché la luce bianca in realtà un miscuglio di radiazioni di diversa frequenza e lunghezza d’onda.

quindicorrispondenti a tutti i colori. RIFRAZIONE = deviazione di un raggio di luce che passa da un mezzoad un altro, dipende dalla lunghezza d’onda del raggio incidente.Una radiazione di un solo colore (una sola frequenza e lunghezza d’onda) ottenuta tramitedispersione viene detta monocromatica. Se il fascio di luce è costituito da diverse radiazioni èpolicromatico (ES. luce bianca del sole). Se fatto passare attraverso un prisma, il raggiomonocromatico rimane unico, mentre se è policromatico viene scomposto.L’energia di una radiazione elettromagnetica (luce) è quantizzata.Una radiazione elettromagnetica consiste in pacchetti discreti i energia (FOTONI) la cui energiav→ -34dipende dalla frequenza secondo l’equazione E = h x (h = costante di Planck = 6,63 x 10 J∙s)Energia e frequenza sono quindi direttamente proporzionale: l’energia di ciascun fotone è semprela stessa per una determinata frequenza. Esistono vari

Tipi di radiazioni elettromagnetiche che differiscono per la loro lunghezza d'onda e di conseguenza per la loro frequenza ed energia.

Frequenza diminuisce, Energia diminuisce, Lunghezza d'onda aumenta. Si ottiene uno spettro di emissione quando si analizza un fascio di luce emesso da una sostanza, mentre lo spettro di assorbimento si ottiene se si analizza un fascio di luce dopo che ha attraversato una sostanza, sono l'opposto dell'altro. Se una radiazione è presente nello spettro di emissione, sarà presente in quello di assorbimento e viceversa.

ASSORBIMENTO: Passaggio dallo stato fondamentale a quello eccitato.

EMISSIONE: Passaggio dallo stato eccitato allo stato fondamentale (si libera energia).

Ogni radiazione elettromagnetica si può rappresentare sia come onda (campo elettromagnetico) sia come particella (fotone). Le molecole interagiscono con una radiazione elettromagnetica assorbendo o cedendo energia. Da stati di energia

maggiore a stati di energia minore = ASSORBIMENTO.
Da stati di energia minore a stati di energia maggiore = EMISSIONE.
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Le molecole tendono a porsi negli stati fondamentali (bassa energia) e raggiungono gli stati superiori quando ricevono una radiazione con frequenza tale che l'energia dei fotoni sia uguale alla differenza energetica tra lo stato fondamentale e quello eccitato. ∆E = E - E = h2 1
EFFETTO FOTOELETTRICO: si verifica quando la luce colpisce la superficie di un metallo e questo di conseguenza emette elettroni. Gli elettroni emessi dal fotocatodo per azione della luce si muovono verso l'anodo carico positivamente, e una corrente elettrica passa attraverso la cella. Emissione di elettroni da parte di una superficie metallica (ad esempio potassio o sodio) colpita da una radiazione elettromagnetica ad opportuna frequenza. Einstein applicò il principio di conservazione dell'energia all'effetto fotoelettrico. Per rimuovere un

Per estrarre un elettrone dalla superficie di un metallo è necessaria energia, così come è necessaria energia per estrarre un elettrone da un atomo.

RADIAZIONI EMESSE DAL CORPO NERO

Tutti i corpi all'equilibrio termico perdono calore sotto forma di energia luminosa con una varietà di colori caratteristica della temperatura alla quale si trova il corpo. La distribuzione delle frequenze emesse dipenderà oltre che dalla temperatura anche dal tipo di materiale e dalla sua composizione. Quando si somministra calore ad un corpo un gruppo di atomi aumenta proporzionalmente le sue vibrazioni, ma tornando allo stato iniziale (equilibrio termico) riemette tutto il calore assunto in precedenza sotto forma di energia luminosa.

I fisici hanno immaginato un corpo ideale, chiamato corpo nero, che è capace di assorbire ed emettere tutte le radiazioni.

La luce è un'onda o un corpuscolo?

Siamo costretti ad introdurre un nuovo concetto, quello di doppia natura della luce.

Sottodeterminate condizioni la luce può essere quindi corpuscolo (= quanti di luce o fotoni) o onda. MODELLO DI BOHR

Nel 1913 Bohr sviluppa un modello partendo da: modello atomico di Rutherford + teoria quantistica sviluppata da Planck-Einstein.

Secondo Bohr occorre imporre una condizione di equilibrio tra forza centripeta e l'attrazione elettrostatica nucleo-elettrone.

Il moto dell'elettrone è il risultato dell'equilibrio tra forza centripeta e forza di attrazione elettrostatica: F = -Fc el

Energia dell'elettrone (energia cinetica + energia potenziale elettrica):

Condizione di quantizzazione del momento angolare:

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L'elettrone che ruota attorno al nucleo avrà un certo momento angolare, quantità che è data dal prodotto della quantità di moto (mv) per la distanza della particella dal centro di riferimento.

L'idea di Bohr è che l'elettrone non assuma qualsiasi valore del momento angolare, ma

solo valoriben definiti, multipli interi della costante di Planck.

Seconda conseguenza del modello di Bhor: quando un elettrone passa dallo stato eccitato allo stato fondamentale l'energia viene emessa sotto forma di pacchetti o quanti: v∆E = E - E = h2 1 Frequenza e lunghezza d'onda dell'energia emessa dall'atomo quantizzate. Questo permetteva di spiegare la formazione delle righe spettrali. L'atomo assorbe energia per quantità discrete.

CONDIZIONI DI BHOR

• L'elettrone in un atomo può occupare soltanto alcuni stati (stazionari) ad una energia ben definita
• Quando l'atomo è in uno di questi stati non emette energia tranne che l'elettrone passi da uno stato stazionario ad un altro
• In ognuno di questi stati l'elettrone si muove in orbite circolari attorno al nucleo
• Gli stati di energia permessi sono quelli in cui il momento angolare dell'elettrone è un mul