Atomo e teorie ad esso annesse

Egli scoprì così la legge dei rapporti in volume:

I volumi di due gas che reagiscono tra di loro (nelle stesse

condizioni di temperatura e di pressione) stanno in un

rapporto dato da numeri piccoli e interi. Inoltre, anche il

rapporto tra il volume di ciascun prodotto gassoso e il

volume di ciascun reagente è dato da numeri piccoli e

interi. Uso frequente negli esperimenti, dei

gas perche non tra le particelle non c’è

Ad esempio: quasi interazione

2 volumi di idrogeno + 1 volume di ossigeno = 2 volumi di vapore acqueo

Gay-Lussac non elaborò i risultati delle sue scoperte, ma poco dopo la loro

pubblicazione lo scienziato italiano Avogadro li usò per formulare un ipotesi

fondamentale.

Ipotesi di Avogadro

Volumi uguali di gas diversi, misurati nelle stesse condizioni di temperatura

e di pressione, contengono lo stesso numero di particelle.

Su questa ipotesi sorse subito li problema: le "particelle" degli elementi sono

el stesse ipotizzate da Dalton? Avogadro pensò che non erano

necessariamente le stesse; anzi, gli elementi potevano esistere come particelle

biatomiche, le "molecole". Così Avogadro potè spiegare al legge di Gay-

Teoria di Thomson

Nel 1897 Thomson scoprì l’elettrone e propose il primo modello fisico dell'atomo.

Immaginò che un atomo fosse costituito da una sferetta di materia caricata

positivamente (protoni e neutroni non erano stati ancora scoperti) in cui gli

elettroni negativi erano immersi.

Esperimento di Thomson Thomson inserì un gas nella

sezione C, applicando una certa

differenza di potenziale. Notò

Poli difatti che sugli schermi A e B

si formavano due puntini, il che

suggeriva che l specie presa in

considerazione fosse formata da

qualcosa di negativo e qualcosa

Elettrodi in cui si applica

differenza di potenziale

Schermi che si illuminano applicando una stessa

se colpiti da qualche carica differenza di potenziale ad A e

B, notò che i puntini deviavano

di un certo valore.

Inoltre la specie negativa (l’elettrone) si spostava di un valore maggiore verso il polo

positivo, rispetto invece alla specie positiva che si spostava di un valore minore.

Pertanto Thomson fu in grado di fornire tre informazioni fondamentali:

- la diversa deviazione identifica una diversa massa delle particelle

- esistono cariche positive e negative

- quantizza il rapporto carica/massa

Nota

1) La stessa differenza di potenziale fra gli elettrodi nella zona A e B provocano deviazioni

maggiori nella cariche negative, (massa inferiore a quelle positive)

2) Le particelle negative mostrano un comportamento indipendente dalla natura chimica del gas

contenuto nel tubo, non altrettanto si può dire di quelle positive, per quanto riguardo la loro inerzia

3) Ciò portano a pensare che le particelle negative sono frammenti elementari presenti in tutti gli

atomi e che quelle positive sono costituite dagli atomi privati di cariche negative

Particelle negative= elettroni

Carica elettrica / massa

Esperimento di Milikan Nel 1906 il fisico americano

Robert Millikan con il suo

studente misurò il valore

assoluto della carica elettrica

elementare con un elegante

esperimento in cui delle

minuscole gocce di olio

venivano caricate elettricamente

mediante collisioni con aria

ionizzata. Una goccia carica

con carica complessiva Q e

massa M situata in un campo

elettrico è soggetta a due forze:

alla forza di gravità Mg che la

fa muovere verso il basso e al

forza elettrostatica che la fa

risalire. Regolando il campo

forze , Millikan suggerì che le

varie gocce trasportavano

multipli interi della stessa

carica fondamentale ipotizzata

essere la carica dell'elettrone.

Modello atomico di rutherford

Nel 1911 Ernest Rutherford formulò un nuovo modello atomico con il seguente

esperimento: bombardò con particelle alfa (nuclei di elio), cariche

positivamente, una sottilissima lamina di oro. La maggior parte dei "proiettili"

attraversò l'ostacolo, ma alcune particelle alfa tornarono indietro, altre vennero

fortemente deviate nella loro traiettoria, come fossero passate vicine ad un corpo

con la stessa carica positiva. Ne scaturì la seguente teoria:

- la massa dell'atomo non è distribuita uniformemente (come sosteneva

Thomson), ma è concentrata in una piccola zona, il nucleo, carico

positivamente

- gli elettroni, leggerissimi, occupano tutto lo spazio intorno al nucleo e

ruotano intorno ad esso su orbite circolari, come i pianeti intorno al sole

Energia di ionizzazione

Si definisce come la quantità di energia necessaria per strappare un elettrone

ad un atomo isolato.

Gli atomi possono anche acquistare elettroni secondo l’affinità elettronica

Spettrometro di massa

La spettrometria di massa è il metodo più diretto ed accurato per determinare

la massa atomica e molecolare ed è in grado di dimostrare l’esistenza dei vari

isotopi. Un campione gassoso viene bombardato da un fascio di elettroni ad

alta energia. Le collisioni tra gli elettroni e gli atomi (o molecole) gassosi

causano la rimozione di elettroni dal campione gassoso e la formazione di

ioni positivi (di massa m e carica e), i quali vengono accelerati da un campo

elettrico. Gli ioni sono in seguito deflessi da un magnete, secondo una

traiettoria circolare. Il raggio della traiettoria dipende dal rapporto carica-

massa degli ioni (e/m). In particolare, minore è il rapporto e/m, maggiore

risulta il raggio della curvatura, in modo che ioni con la stessa carica, ma

massa differente, vengono deflessi con raggio di curvatura diverso. Questo

metodo esercitato su un elemento gassoso puro come il neon, portò alla

scoperta di atomi dello stesso elemento che differiscono solo per la loro massa

relativa. Altri esperimenti hanno dimostrato che tali atomi hanno le stesse

proprietà chimiche, pertanto ricoprono lo stesso posto nella tavola periodica.

Queste differenti forme vengono chiamate isotopi. Molti elementi naturali sono costituiti

da più di un isotopo naturale. Per cui si può dire che gli elementi in natura sono delle

miscele di più isotropi, con massa differente ma con stesse proprietà chimiche, rivelando

errata la seconda ipotesi di Dalton

Gli atomi e le molecole vengono trasformate in ioni. Tuttavia non tutti gli

atomi dello stesso elemento chimico hanno la stessa massa.

Si definisce così la massa del neutrone pari a . I diversi atomi di

Neon contengono nel nucleo un differente numero di neutroni mantenendo

un ugual numero di protoni (Z). Gli atomi di uno stesso elemento chimico

che differiscono per la massa costituiscono gli ISOTOPI di quell’elemento

Le masse atomiche relative degli elementi che si trovano in natura possono essere ottenute

come media ponderata delle masse degli isotopi di ciascun elemento, in funzione delle loro

Esempio: il carbonio ha solo 2 isotopi stabili in natura isotopo è molto vicina, ma non

esattamente uguale al numero di

massa (eccetto per C 12 che ha

massa relativa esattamente 12,

dato un accordo internazionale)

Modello atomico planetario, bohr

Le sperimentazioni di Rutherford portarono a ritenere che gli elettroni orbitassero

in qualche modo attorno al nucleo positivo. Ma la fisica classica aveva scoperto

che un oggetto carico non può avere un'orbita stabile attorno ad una carica di

segno opposto. La carica orbitante sarebbe caduta a spirale sul centro, irraggiando

energia. Per cui, cosa impedisce agli elettroni di essere "catturati" dal nucleo?

Niels Bohr propose una nuova ipotesi! Applicò all'atomo di idrogeno la teoria dei

quanti di energia recentemente sviluppata per le radiazioni. In base alla teoria

quantistica, l'energia, come la materia, si presenta in quantità discrete. Gli

elettroni sono stabili in certe orbite, ma non possono esistere in altre orbite. Inoltre

viene emessa o assorbita luce solo quando l’elettrone salta da un’orbita stabile

all’altra. (Giustifica esistenza di atomi stabili)

Nel 1913 gli studi sugli spettri di emissione e sugli spettri di

assorbimento dell'idrogeno e di altre sostanze, indussero il fisico

danese a pensare che gli elettroni si muovessero nello spazio soltanto in

orbite circolari di ben definita energia (orbite stazionarie o livelli di

energia).

Un elettrone per saltare da un’orbita all’altra, dunque per

passare da uno stato fondamentale iniziale, ad uno stato

eccitato ha bisogno di una certa energia quantizzata (ben

precisa) pari a Per cui l’atomo assorbe energia. uno spettro: è l'insieme delle

frequenze delle radiazioni

Inoltre per la conservazione dell’energia, l’atomo per elettromagnetiche emesse o

assorbite dagli elettroni di un

passare da uno stato all’altro, emette u’energia pari a atomo

quella assorbita per consentire all’elettrone di arrivare a Spettro di emissione: insieme delle

quello stato. Per cui la radiazione assorbita dell’atomo per frequenze delle radiazioni

elettromagnetiche emesse da un atomo che

arrivare allo stato eccitato e la radiazione emessa per da uno stato eccitato passa a quello

tornare allo stato fondamentale hanno la stessa fondamentale. Si avrà uno spettro tutto

nero, tranne in corrispondenza delle

lunghezza d’onda lunghezze d’onda emesse dall’attimo, che

saranno delle linee verticali colorate.

Spettro di assorbimento: insieme delle

frequenze assorbite da un atomo che

viene eccitato, per cui avremo l’intero

spettro colorato, tranne le lunghezze

d’onda assorbite dall’attimo. Linee scure

si sovrappongono allo spettro colorato.