Chimica generale

I MODELLI ATOMICI

Si parte dagli inizi dell'800 con Dalton, il quale affermò che tutta la materia è costituita da atomi, cioè da particelle indivisibili ed indistruttibili. Faraday (1832) riuscì invece a spiegare che la materia è costituita da particelle cariche, in particolare scoprì i raggi catodici. Agli inizi del 900 si riuscì a determinare il rapporto carica-massa dell'elettrone, sempre agli inizi del 900 si riuscì a determinare la massa dell'elettrone. Dopodiché agli inizi del 900 abbiamo la prima teoria atomica. L'atomo di Thomson costituito da particelle cariche. Il primo modello atomico vero e proprio fu quello di Rutherford, perché lui riuscì a definire le dimensioni relative delle varie particelle all'interno dell'atomo, ovvero lui riuscì a dimostrare che tutta la massa dell'atomo è concentrata nel nucleo che è molto più piccola rispetto alle

dimensioniatomiche complessive. Mentre l'atomo ha dimensioni dell'ordine 10^-10 metri, le dimensioni del nucleo sono dell'ordine di 10^-15 metri. Significa che il nucleo è 5 volte di ordine di grandezza più piccole rispetto alle dimensioni dell'intero atomo. Rutherford riuscì a determinare le dimensioni atomiche con un esperimento. Ci sono metalli come ad esempio l'oro, il quale è possibile ridurlo in lamine sottili. L'esperimento di Rutherford consiste nel prendere una lamina sottile di oro e bombardarla con particelle "alfa" di elio. Attorno alla lamina d'oro abbiamo uno schermo, il quale riesce a rilevare particelle alfa che oltrepassano o meno la lamina, quello che succede è che la maggior parte di queste particelle alfa oltrepassano la lamina senza alcuna deviazione, solo una piccolissima parte devia. Se la maggior parte di queste particelle oltrepassa significa che non stanno incontrando nulla. Ci sono

però quelle particelle che quando passano vicino a un nucleo che è carico positivo quelle pochissime invece che rimbalzano vanno a sbattere sul nucleo. Però in questo modello non si riusciva a spiegare il perché l'elettrone che ha carica negativa non cade sul nucleo, il quale contiene i protoni che hanno carica positiva. SPETTRI ATOMICI: Siamo arrivati ha spiegare le dimensioni atomiche però non siamo riusciti a capire com'è possibile che questo sistema sia stabile e non si riesce a spiegare nemmeno gli spettri atomici. Se noi abbiamo una corda fissata su un muro e generiamo un'onda e la lunghezza d'onda non è altro che la distanza tra due creste di un'onda. Le radiazioni elettromagnetiche sono costituite da campi elettrici e magnetici oscillanti nello spazio, cioè che si propagano nello spazio. Se abbiamo campo elettrico e campo magnetico che sono perpendicolari l'uno rispetto all'altro in cui abbiamo che si

propaga in una determinata direzione e quindi sono delle onde, caratterizzate da una lunghezza d'onda e da un'ampiezza, la quale è la variazione di una grandezza in un'oscillazione periodica. Un altro parametro con cui possiamo definire un'onda è la frequenza, la quale non è altro che il numero di onde complete che passano in un intervallo di tempo. Data la relazione: λ(m)*ϒ(s^-1)=v(m/s) Questa relazione è importante perché non solo il prodotto ci da la velocità, ma appunto sapendo che la velocità è un termine costante e nel vuoto è 2,997*10^8 m/s e allora sapendo che il prodotto è una costante possiamo ricavarci, data una lunghezza d'onda, la frequenza, cioè la lunghezza d'onda e frequenza sono inversamente proporzionali. Maggiore è la lunghezza d'onda, minore sarà la frequenza e viceversa.

SPETTRO ELETTROMAGNETICO: Lo spettro elettromagnetico non è altro

che l'intero ranch di lunghezza d'onda o di frequenza che possono assumere le radiazioni elettromagnetiche. Questo ranch di radiazioni elettromagnetiche va dai valori abbastanza grandi della lunghezza d'onda, a valori estremamente piccoli della frequenza o viceversa. All'aumentare della frequenza aumenta l'energia associata alle radiazioni elettromagnetiche. SPETTRI DI EMISSIONE E SPETTRI DI ASSORBIMENTO:

Lo spettro di emissione non è altro che le radiazioni emesse da un corpo colpito da una sorgente luminosa. Lo spettro di emissione può essere uno spettro continuo, a bande o a righe. Quello continuo è quando una sorgente emette tutto il ranch del visibile di radiazioni, ci da una luce bianca. Spettro a righe significa che le radiazioni emesse da una sorgente sono di lunghezza d'onda ben definita non continue, mentre se sono in un intervallo ristretto sarà spettro di emissione a bande. Il spettro di assorbimento è l'opposto di quello dell'emissione.

è quando un corpo viene colpito da una sorgente continua, parte di queste radiazioni vengono assorbite.

SPETTRI ATOMICI A RIGHE-IDROGENO:

Se noi prendiamo dell’idrogeno “rarefatto” (quantità molto piccola) lo sottoponiamo a scariche elettriche si ottiene uno spettro a righe che è relativo rispetto alla zona del visibile, noi otteniamo 4 righe spettrali. Riga rossa, verde, giallo e blu. E queste righe costituiscono la cosiddetta serie di Balmer. Balmer riuscì a trovare una relazione empirica che riusciva a riprodurre quelle righe spettrali. Utilizzando una costante, la quale era stata precedentemente proposta da Rydbergh; 1/ λ=R (1/4-1/n^2) (n>2) (costante di Ryndberg=1,0974*10^7m^-1) Tirò fuori questa equazione, dove ‘n’ può assumere valori dal 3 in poi, dal 3-8 si otteneva una serie di righe spettrali di lunghezza d’onda, che sono visibili e costituiscono la serie di Balmer.

RADIAZIONI EMESSE DA UN CORPO CALDO

EQUANTITIZAZZIONE DELL'ENERGIA

Gli spettri atomici costituiscono un primo esempio di quantitizazzione dell'energia. Nel modello atomico di Rutherford non si riusciva a spiegare gli spettri atomici. Secondo la fisica classica se noi riscaldiamo un corpo questo dovrebbe emettere tutte le radiazioni, ma emette solo determinate radiazioni. Le radiazioni emesse da un corpo caldo, vengono chiamate radiazioni del corpo nero. Se noi riscaldiamo un corpo a 5.000 K° si ha un emissione, si ha un massimo a 675, mentre secondo la teoria classica non dovrebbe emettere solo sul rosso, ma tutto lo spettro elettromagnetico. Se riscaldiamo un corpo a 7.000 K° si ha un emissione, ma avrà un ampiezza più grande. Planck formulò un'ipotesi e introdusse il concetto di quantitizzazione. L'ipotesi di Planck dice che esiste una minima quantità di energia che può essere emessa da un gruppo di atomi che costituiscono il nostro corpo detti oscillatori e ciascun

oscillatore a frequenza di oscillazione solo per determinati valori di energia che lui chiamò quanti di energia. L'energia emessa da un oscillatore è data da questa formula: E = h * ψ. h = 6,625 * 10^-34 J*s è la costante di Planck e questa relazione ci dice che l'energia emessa non può essere qualsiasi, ma varia sotto forma di quanti e il rapporto costituisce un quanto di energia. Il discorso che un corpo riscaldato emette solo determinati valori di lunghezze d'onda con questo tipo di andamento anziché avere valori continui che via via più riscaldiamo più ne emette, mentre di fatto cambia l'intensità del calore ma la lunghezza d'onda di emissione è sempre la stessa. Lo stesso discorso vale per le radiazioni elettromagnetiche, le quali possono esistere sotto forma di pacchetti di energia, o pacchetti discreti. Discreto significa definito, non un valore qualsiasi.

EFFETTO FOTOELETTRICO: L'effetto fotoelettrico

È un fenomeno secondo il quale se noi prendiamo un metallo e lo colpiamo con una radiazione, sotto determinate condizioni questo metallo comincia a emettere elettroni. Si chiamano fotoelettroni, perché fotoelettroni? Perché gli elettroni vengono emessi in seguito all'irradiazione con un fotone. Le condizioni sono: esiste una cosiddetta frequenza di soglia al di sotto della quale non si ha alcuna emissione di elettroni. Superata questa soglia il numero di fotoelettroni emessi dipende dall'intensità della frequenza della radiazione incidente.

IL MODELLO ATOMICO DI BOHR

Bohr ebbe il grande intuito di proporre il suo modello atomico. Fece dei postulati partendo sempre dal modello di Rutherford. Rutherford non riusciva a dare delle indicazioni circa il raggio attorno a cui si muovevano gli elettroni. Bohr allora postulò che il moto degli elettroni attorno al nucleo sono delle orbite circolari "discrete", cioè che hanno valori ben definiti.

definiti. Postulò che le orbite fossero quantizzate e quello che era veramente quantizzato era il cosidetto momento angolare dell'elettrone. (1) M*v*r=nh/2π; n=1,2,3… Da cui: Rn=n^2*a0 se n=1 allora a0=raggio di Bohr Quantizzato significa che non può assumere diversi valori, ma può assumere tutti quei valori che sono dati dalla formula (1). Il valore del raggio che può assumere è un valore discreto quantizzato. A queste orbite discrete, compete un energia ben definita. L'energia associata a seconda del valore successivo di 'r' è dato da questa relazione: En=-R*h*c/n^2 n=numero quantico principale A queste orbite discrete compete un energia definita e un cosiddetto stato stazionario quantizzato. Cioè uno stato a cui compete una certa energia che non solo è definita, ma l'energia che possiede in questo stato è una quantità costante, cioè che l'elettrone quando si trova in quello stato.

stazionario possiede unacerta energia e non ne acquista né la perde. Nel 3° postulato un elettrone può passare, soloda un'orbita permessa ad un'altra. In questatransizione vengono coinvolte quantità fine dienergia(quanti) assorbite o emesse. Pertanto, l'energia assorbita o ceduta da un atomo quando passa dallo stato fondamentale(f) ad uno stato eccitato(e) e viceversa è data dalla seguente relazione: ∆E= Ef-Ee=Rhc/