Chimica generale e inorganica

L’emissione di questi elettroni avveniva perché dovendo segnare le palline di cui è fatto il metallo,

accade che nella punta ci sono pochissimi atomi e gli elettroni niscono per essere poco

trattenuti: se c’è una spinta su ciente possono uscire, se c’è una di erenza di potenziale, questi

creano un fascio.

• EFFETTO TERMOIONICO

Più correttamente scoprono l’e etto termoionico: se il metallo è riscaldato su cientemente e il

metallo si appunta, si ha l’emissione di elettroni. Gli elettroni acquistano energia cinetica tale per

cui possono uscire dal metallo e si creano questi raggi catodici.

Si resero conto che quelli che uscivano dovevano avere una carica negativa perché venivano

attratti da un polo positivo. Scoprirono che i raggi catodici erano infatti qualcosa che presentava

una carica negativa.

Thomson nel 1890 fu in grado di determinare il rapporto tra la carica e la massa di queste

particelle, scoprendo che fossero straordinariamente leggere e piccole. Sfruttando l'e etto termo

ionico, che crea i raggi catodici, e studiandoli in presenza di campi elettrici e magnetici, è

carica-massa.

possibile avere informazioni sul rapporto

L'esistenza degli atomi era già nota, si aveva anche un'idea di quanto fossero

grandi, ovviamente non precisa.

Thomson in conseguenza di ciò concluse allora il famoso modello a panettone:

• L’atomo deve essere neutro, c’e una carica positiva di usa sulla dimensione

stimata dell’atomo;

• Le palline o i canditi sono le cariche negative che rendono la struttura neutra;

• Essendo molto grande rispetto alle cariche negative, l’atomo deve essere fatto

di tanta ‘pappa’ con carica positiva, ossia la pasta del panettone.

Per andare avanti fu necessario realizzare degli esperimenti parecchio so sticati: introno al 1911

Rutherford

un sico australiano decise di fare un esperimento. La tavola periodica era già nota,

ma non si capiva come erano fatte le cose

Si sapeva che l’oro era un elemento pesante, di massa discreta e, essendo un metallo, risulta

essere duttile e malleabile. Per tale motivo si riuscì a fare un foglio sottile d’oro, che veniva

bombardata da proiettili che fossero giusti.

Gli elettroni non andavano bene poiché troppo leggeri (l’elettrone ha una massa più leggera di

circa 2000 volte del protone, però la carica è la stessa cambiata di segno.) È come sparare ad un

cinghiale con un pallino. Se Thomson avesse avuto ragione, sparare elettroni era inutile:

Rutherford cercò altri proiettili.

All’epoca la radioattività era stata scoperta e anche spiegata.

L’atomo di elio He è il secondo elemento ed ha 2 elettroni, 2 protoni e 2 neutroni. Il suo nucleo è

piuttosto stabile, cioè tende ad avere il numero dei protoni pari a quello dei neutroni. Ma è molto

pesante poiché ci sono 4 palline pesanti e carica positiva.

decadimento:

Il nucleo dell’atomo di elio deriva dal processo di esso si forma perché un oggetto

nucleare 2 2 è stabile.

Da questo decadimento si ottennero particelle alfa (prime) e scoprirono che erano le palline più

pesanti con cariche positive. Rutherford pensò che fossero i proiettili giusti, anche perché hanno

un sacco di energia. La scelta fu precisa: particelle alfa contro lamina d’oro.

Le particelle alfa corrispondono ai nuclei dell’atomo di elio, che derivano da processi di

decadimento radioattivo che coinvolgono altre specie.

Per poter dare un’idea si usarono le lastre fotogra che, che, colpite dalle particelle alfa, venivano

impressionante ed annerite in punti precisi.

fi ffi ff fi ff ff fi fi ffi ff

Qualcuna veniva totalmente ri essa

La maggior parte delle particelle alfa attraversa il

foglio d'oro indisturbata

Qualcun’altra traiettoria veniva deviata in senso

signi cativo

Qualcosa rimbalza quando si scontra con qualcosa molto più pesante di lei: dato che la particella

alfa pesa, vuol dire che ci deve essere nel nucleo dell’atomo qualcosa che è molto più pesante e

nucleo.

che chiamiamo L’esperimento disse che doveva esserci qualcosa molto più pesante.

Tutto il resto è vuoto: ci saranno gli elettroni, ma sono talmente leggeri che rispetto ai proiettili

usati non avranno nessun e etto.

Altre passano vicino al nucleo, che essendo positivo devia la traiettoria signi cativamente.

particelle alfa

Volevano avere informazione sulla grandezza del nucleo, essendo pochissime le

che tornavano indietro e quelle che venivano deviate, pertanto era un numero notevolmente

piccolo.

Il raggio atomico si misura nell’ordine di un Angstrom; nel sale da cucina, i due atomi distano 2,8

Å 1Å= 10 cm= 10 m

-8 -10

Il raggio nucleare venne fuori circa 10 metri, risultando

-15

pressoché vuoto. È 100 mila volte più piccolo del raggio

dell’atomo. modello planetario,

Rutherford costruì un cosi chiamato

poiché l’atomo sembrava corrispondere al sistema

solare :

• nucleo,

Una pallina di massa grande al centro chiamata

straordinariamente piccola;

• Elettroni che ruotano attorno al nucleo.

Ma Rutherford sapeva che il modello proposto era sbagliato! Secondo le equazioni di Maxwell

dell’elettromagnetismo classico, ciò che era noto è che se abbiamo un particella carica che si

muove di moto accelerato, essa emette onde elettromagnetiche.

Le onde elettromagnetiche sono energia, percui una particella che si dovesse muovere di moto

accelerato, emette onde: pertanto perde energia e dovrebbe star attaccata al nucleo, non può

stare lontano orbitando. Anche una traiettoria perfettamente circolare porterebbe l’elettrone ad

la logica diceva che l’elettrone non poteva star attaccato

emettere onde elettromagnetiche e

al nucleo.

Rutherford propose comunque il modello, perché era l’unico che da un punto di vista strutturale

corrispondesse ai fatti.

Per la tecnologia di cui si disponeva all’epoca, Rutherford fece il massimo: sperare di ottenere più

informazioni bombardando gli atomi era impossibile.

La strada che fu seguita procedeva parallelamente. Da Newton in poi si è studiato a lungo cosa

luce:

fosse la

• Newton sosteneva la natura corpuscolare della luce,

• Huygens quella ondulatoria.

A ne 800 si riuscì a dare una risposta de nitiva: tra i due prevalse la teoria di Huygens.

Da questo momento tutta una serie di indagini fu rivolta a comprendere al meglio la natura della

luce: tra questi la fenditura di Young, che riuscì a dare al meglio ragione a Huygens.

Nello stesso tempo Maxwell riuscì a sistematizzare le osservazioni sui fenomeni elettromagnetici e

a proporre il fatto che dei campi elettrici e magnetici variabili nel tempo si propagano nello spazio

fi ff fi fi fl fi elettromagnetica,

sotto forma di onde elettromagnetiche. La luce è quindi un’onda cioè

qualcosa che propaga il campo elettromagnetico.

Herz riuscì a chiudere questa partita de nitivamente;

Le onde si distinguono in due grandi famiglie:

• Longitudinali, come quelle sonore, poiché la direzione di propagazione e la perturbazione sono

tra loro //.

• Trasversali, sono quelle che si vedono quando gettiamo una pietra nello stagno. La direzione di

propagazione e la perturbazione sono tra loro L’onda non è localizzata e si propaga allora in

⟂.

vari punti, riempiendo lo spazio. Quello che si propaga è una perturbazione, che nel caso dello

stagno la super cie dell’acqua oscilla. Non c’è propagazione di materia, ma solo di una

perturbazione (energia). Pensarono che servisse un mezzo per propagare la perturbazione

causata dalla pietra caduta, ossia l’acqua.

Maxwell, scrivendo le famose equazioni del campo elettromagnetico, potè dimostrare che le sue

equazioni in certe condizioni diventavano uguali alle altre.

Le onde elettromagnetiche di Maxwell sono trasversali e si propagano esattamente come quelle

La cosa sorprendente, che non era chiara

che si generano lanciando una pietra nell’acqua.

nemmeno a loro, è che il campo elettromagnetico si propaga nel vuoto e non nell’etere. Non

occorre un mezzo per far camminare l’onda: ma il c.e è più so sticato.

La lunghezza d’onda è la distanza tra due creste e si misura

in metri o centimetri.

La frequenza è il numero di oscillazioni complete nell’unita di

tempo. Si misura in secondi alla meno uno, s o Hz (in onore

-1

di Hertz). vuoto

Secondo le equazioni di Maxwell, nel il prodotto di

lampada per v, se l’onda è elettromagnetica il risultato deve

essere C.

C vale 3 x 10 m/s oppure 3 x 10 km/s;

8 5

λ × ν = c

Le onde elettromagnetiche:

• Sono trasversali;

• Quello che si propaga è il campo elettromagnetico;

• La velocità con cui camminano è la velocità della luce;

• inversamente

La lunghezza d’onda e la frequenza sono

proporzionali tra di loro.

Le equazioni di Maxwell dicono che i due campi sono perpendicolari

tra loro e perpendicolari entrambi alla direzione di propagazione.

Non rappresentiamo mai tutti e due perché si rappresenta solo il

campo elettrico, sapendo che l’altro è perpendicolare.

In conseguenza di tutto ciò si scopri che le onde elettromagnetiche sono speciali, perché coprono

intervalli di lunghezze d’onda spaventose. Å.

La lunghezza d’onda si può indicare anche in

Ma queste onde elettromagnetiche da dove

arrivano? È la materia stessa che le produce.

Ecco perché gli elettroni non sono attaccati sul

nucleo, perché vanno ad una velocità pazzesca che

impedisce di cadere sul nucleo.

Il visibile è una piccola parte dello spettro.

fi fi fi capitomboli

Come funziona le microonde, come cuociono? Usano le rotazioni, cioè fanno fare i

all’acqua: in particolare la sorgente del microonde è dimensionata in modo tale che l’energia che

arriva fa fare i capitomboli alle molecole d’acqua.

La frequenza di queste onde elettromagnetiche corrisponde alle frequenze con cui avvengono

certi movimenti o negli atomi o nelle molecole. L’acqua rotola e nel rotolare riscalda tutto.

Mega= 10 ƛ=1 m è nella zona delle onde radio

6

Le onde elettromagnetiche hanno origine da fenomeni naturali così veloci e così lenti . Se il

fenomeno è molto lento è inutile usare i raggi x, perché sono troppo rapidi. Dunque le scale

temporali bisogna immaginarle in una direzione e in un’altra.

Parliamo di onde di grandezza spaventosa che usiamo s