Chimica e materia

Fonti di cloro atmosferico

Alcune fonti naturali del cloro atmosferico sono le esalazioni vulcaniche, mentre alcune fonti artificiali sono gli inquinanti atmosferici, principalmente i CFC (cloro-cloro-carburi).

I CFC (cloro-cloro-carburi) furono sviluppati durante gli anni '30 e messi in commercio con il nome di freon. Si cominciò ad usarli intensivamente durante la Seconda guerra mondiale e il loro uso si intensificò enormemente nei decenni successivi. Alcuni esempi di utilizzo dei CFC sono: schiume polimeriche, solventi, estintori portatili e aerosol.

I CFC sono gas estremamente stabili e inerti, per cui si diffondono nella bassa atmosfera senza quasi reagire con altri gas e sono sicuramente innocui per gli esseri viventi. Tuttavia, quando si diffondono nella stratosfera diventano "killer" dell'ozono.

A Montreal, nel 1987, 24 nazioni firmarono un accordo per la riduzione graduale fino alla messa al bando dei CFC. Il protocollo di Montreal è un trattato internazionale volto a ridurre la presenza di CFC nell'atmosfera.

produzione e l'uso di quelle sostanze cheminacciano lo strato di ozono, in particolari i gas CFC o clorofluorocarburi. Per sostituire i CFC vengono introdotti gli HFC, una molecola più biodegradabile, ma poi di nuovo una minaccia poiché era un potente gas serra. EFFETTO SERRA

Fenomeno naturale da cui dipende la temperatura della superficie terrestre, dovuto alla presenza dell'atmosfera dei cosiddetti gas serra (come l'anidride carbonica). Il fenomeno è così chiamato per similitudine con quanto avviene nelle serre, cioè il mantenimento del calore ambientale. Una frazione di radiazioni solari che raggiungono la superficie terrestre viene ri-emessa sotto forma di raggi infrarossi, ovvero di energia termica. I gas serra riflettono gran parte di questi raggi re-irradiandoli sulla terra e mantenendone così la temperatura di superficie. Maggiore è l'incremento della percentuale di anidride carbonica nell'atmosfera, più

aumenta l'effetto serra (incremento dell'effetto serra) e, quindi, cresce la temperatura sulla superficie terrestre.(4) STRUTTURA ATOMICA

Agli inizi del 1900, dopo la scoperta dell'elettrone, si pensava che le leggi della meccanica classica di Newton potessero essere applicate con successo per la descrizione del moto degli elettroni attorno al nucleo. In realtà, tramite l'applicazione delle leggi della fisica classica un gran numero di risultati sperimentali non poteva essere riprodotto.

Per questo nei primi 25 anni del 1900 viene formulata una nuova teoria, la teoria quantistica una teoria complessa che si basa sulla conoscenza, in grado di spiegare sia risultati precedentemente compresi sia i nuovi esperimenti. Tra i cambiamenti che portarono allo sviluppo di questa nuova teoria ci fu la scoperta che le particelle possiedono proprietà simili a quelle di un'onda in questo senso la struttura elettronica degli atomi e strettamente legata allanatura delle

Le onde elettromagnetiche includono la luce e i raggi atomici. L'esperimento di Thompson, condotto dal 1880 al 1896, si concentra sulla natura dei raggi catodici e scopre che sono particelle cariche che vengono deviate da un campo elettrico. Utilizzando un campo magnetico, dimostra che queste particelle sono cariche negative. Thompson utilizza un tubo a raggi catodici di Crookes, nel quale un fascio di raggi catodici viene generato attraverso l'effetto termoelettronico. I raggi attraversano un campo elettrico E generato dalle armature di un condensatore. Il raggio viene deviato e la deflessione verticale può essere misurata sulla seconda estremità del tubo. Nel suo celebre esperimento del 1896, Thompson determina il rapporto carica/massa di queste particelle, che chiama elettroni. È importante ricordare che il rapporto q/m (carica/massa) identifica in modo univoco la particella. Nel 1905, Millikan determina il valore della carica elementare e ritrova lo stesso rapporto carica/massa trovato da Thompson.

Quindi si dimostrerà che gli elettroni sono i portatori della carica elementare. L'ESPERIMENTO DI RUTHERFORD Gli esperimenti di Geiger e Marsden (impropriamente detto esperimento di Rutherford della lamina d'oro) sono stati una serie storica di esperimenti mediante i quali gli scienziati scoprirono che ogni atomo ha un nucleo dove sono concentrate tutta la sua carica positiva e la maggior parte della sua massa. Dedussero ciò misurando come un fascio di particelle alfa viene disperso quando colpisce una sottile lamina metallica. Questi esperimenti sono stati effettuati dal 1908 al 1913 da Hans Geiger e Ernest Marsden sotto la direzione di Ernest Rutherford nei laboratori di fisica dell'Università di Manchester. L'unico esperimento di scattering compiuto dallo stesso Rutherford avvenne, infatti, nel 1906 e sfruttava, come rivelatore di particelle diffuse, una lastra fotografica. Il precedente modello di Thomson fu quindi accantonato. Il nuovo modello,

chiamato modello atomico di Rutherford, però, contrastava con quanto previsto dalle leggi dell'elettrodinamica classica e pose le basi per la costruzione da parte di Niels Bohr del suo modello atomico spiegabile attraverso la meccanica quantistica, contribuendo, pertanto, alla creazione della cosiddetta vecchia teoria dei quanti.

Notò quindi che:

• La maggior parte delle particelle alfa passa nello spazio tra i nuclei;
• Alcune particelle alfa passano vicino al nucleo e sono deviate dalla forza di repulsione;
• alcune particelle alfa con lido no con il nucleo e sono respinti dalla forza di repulsione (maggiore o = di 90°).

Quindi il modello atomico di Rutherford della struttura atomica è un modello planetario in cui gli atomi sono formati da particelle subatomiche (e-, p+, n) con protoni e neutroni che formano un compatto corpo centrale, il nucleo, e gli elettroni che sono distribuiti nello spazio intorno al nucleo (nuvola elettronica). Questo modello ha però due

problemi:-non è stabile perché gli elettroni, particelle cariche accelerate, ruotando dovrebbero emettere radiazione elettromagnetica perdendo energia e cadendo sul nucleo, una situazione di annichilismo della materia che non è possibile;-a causa di ciò lo spettro della radiazione emessa dovrebbe essere continuo. Invece, atomi di un gas eccitato da scariche elettriche emettono radiazioni sotto forma di un insieme discreto di righe spettrali. Nel mondo macroscopico però materia e radiazioni elettromagnetiche sono entità distinte:-la materia è dotata di massa e si presenta in quantità discrete;-la luce è priva di massa, e la sua quantità varia in modo continuo.

LA LUCE

Nel modello ondulatorio la luce (o più in generale la radiazione elettromagnetica) è formata da onde elettromagnetiche che si propagano in linea retta con una velocità c (3x10^8 m/s). Data una direzione di propagazione esistono un campo

elettrico è un campo magnetico ortogonali fra loro e alla direzione di propagazione. Le intensità dei due campi hanno andamento sinusoidale (onda) in fase fra loro. Questi campi sono prodotti dal moto di particelle cariche, presenti nella sorgente luminosa.

Le onde:

• Trasportano energia
• Velocità c
• Frequenza f
• Lunghezza d'onda
• Ampiezza
• Non hanno massa

IL DIVERSO COMPORTAMENTO DI ONDE E PARTICELLE

a) Un'onda che si propaga dall'aria all'acqua si rifrange ovvero varia la propria direzione di propagazione

b) Una particella di materia (quale un sasso) che entra in uno stagno segue una traiettoria curva perché la maggiore resistenza del mezzo in cui si muove (l'acqua) ne rallenta gradualmente il moto

c) Un'onda piana si rifrange attraverso una piccola apertura, dando origine a un'onda circolare oltre l'apertura (le linee rappresentano la cresta delle onde in acqua viste dall'alto)

d) Quando un fascio di particelle in

moto incontra una piccola apertura, alcune particelle attraversano il foro e proseguono lungo le loro traiettorie iniziali, altre si fermano.

SPETTROSCOPIA

LA TEORIA DELLA LUCE

La luce viene vista come un'onda che si propaga (in maniera del tutto simile alle onde del mare o a quelle acustiche) in un mezzo, chiamato etere, che si supponeva pervadere tutto l'universo ed essere formato da microscopiche particelle elastiche. La teoria ondulatoria della luce permette di spiegare (anche se in maniera matematicamente complessa) un gran numero di fenomeni: oltre alla riflessione ed alla rifrazione.

La teoria ondulatoria associa l'energia della luce all'ampiezza (intensità) dell'onda, non alla sua frequenza.

Nel 1905 Einstein formulò una teoria secondo la quale la radiazione elettromagnetica è costituita da pacchetti detti fotoni, di energia proporzionale alla frequenza della luce stessa, secondo la formula: E=hv (h= costante di Plank).

La spiegazione

arrivò da Planck il quale afferma che l’energia che viene emessa dai corpi è discreta, viene emessa sotto forma di quantità di pacchetti chiamati quanti, e assume valori legati alla frequenza della radiazione secondo la seguente equazione.

Secondo la teoria proposta da Einstein, l’intensità della luce incidente è proporzionale al numero di fotoni (il suo aumento corrisponde ad un maggior numero di elettroni che possono essere emessi, dunque ad un aumento della fotocorrente).

Per elaborare un modello fedele alle evidenze sperimentali e che superi i problemi del modello di Rutherford (visione planetaria dell’atomo) occorre abbandonare uno dei pilastri a fondamento della meccanica classica (Newtoniana) su quel modello si fonda:

1. qualsiasi particella si sposta lungo una traiettoria, vale a dire lungo un percorso a cui corrispondono ad ogni istante una posizione ed una velocità determinate;
2. qualsiasi tipo di moto è suscettibile di

; basato sulla teoria della quantizzazione dell'energia. Secondo questo modello, gli elettroni in un atomo si muovono su orbite circolari intorno al nucleo e possono occupare solo determinati livelli energetici discreti. Questi livelli energetici sono rappresentati da numeri quantici e sono indicati con la lettera n. Il livello energetico più basso corrisponde a n=1 e corrisponde allo stato fondamentale dell'atomo. Gli elettroni possono anche occupare livelli energetici superiori, corrispondenti a n=2, n=3, e così via. Tuttavia, gli elettroni possono saltare solo da un livello energetico a un altro, emettendo o assorbendo energia sotto forma di fotoni di luce. Questo modello spiega anche la presenza di linee spettrali discrete nelle emissioni di luce degli atomi. Ogni linea spettrale corrisponde a una transizione di un elettrone da un livello energetico superiore a uno inferiore, con l'emissione di un fotone di energia specifica. Il modello atomico di Bohr ha contribuito notevolmente alla comprensione della struttura atomica e ha aperto la strada allo sviluppo di modelli più avanzati, come il modello atomico quantomeccanico.