Chimica generale - Parte 2

Chimica Generale - Tosetti Luca - A.A. 2020-21

Colori di sfondo Tipo Funzione

Enunciare definizioni dileggi/parole/concetti chi-Definizione ave

Puntualizzare elementilasciati intendere e/o

Nota bene non meglio specificati

Rendere note informazio-ni che arricchiscono dei

Osservazioni concetti/argomenti

Indice

1 Meccanica quantistica e orbitali

1.1 Paradosso della stabilità dell’atomo

1.2 Spettro elettrico ed effetto fotoelettrico

1.3 Conseguenze dell’effetto fotoelettrico

1.4 Spettri atomici di emissione & assorbimento

1.5 Modello atomico quantizzato - Bohr

1 Meccanica quantistica e orbitali

1.1 Paradosso della stabilità dell’atomo

In seguito all’ideazione del modello nucleare da parte di Rutherford, si cercò

di stabilire la validità di tale modello. In particolare nacque un particola-re paradosso

riguardante proprio questo modello che esponeva due semplicidomande:

1. Se gli elettroni intorno al nucleo dell'atomo sono fermi, perché non cadono sul nucleo attratti dai protoni?
2. Nel caso invece in cui gli elettroni si muovano attorno al nucleo, perché non cadono su di esso per via della progressiva perdita di energia dovuta al moto stesso?

1.2 Spettro elettrico ed effetto fotoelet-trico

Per dare una risposta al precedente paradosso, occorre andare ad introdurre il concetto di radiazione e spettro elettromagnetico:

Per radiazione elettromagnetica si intende un'oscillazione periodica di un campo magnetico e di uno elettrico, ortogonali tra loro e che si propagano nella stessa direzione.

Lo spettro elettromagnetico è l'insieme delle possibili frequenze delle radiazioni elettromagnetiche.

Secondo la fisica classica, un'onda è un flusso continuo di energia e dipende dall'ampiezza della stessa. Si

scoprì però, grazie all'osservazione del fenomeno fotoelettrico, (strettamente legato alle onde) che la fisica classica non era in grado di descrivere questo fenomeno. Infatti, secondo quest'ultima la luce di una qualsiasi lunghezza d'onda avrebbe dovuto espellere elettroni da un qualsiasi metallo dopo aver aumentato l'ampiezza dell'onda in modo adeguato. Ciò però non accadeva. Osservazioni: Ad esempio il potassio (K) non emette elettroni anche se colpito da luce rossa (λ = 750 nm) anche se di forte intensità. Emette invece elettroni se colpito da un fascio di luce arancione (λ = 500 nm). Tutto ciò va però contro le nozioni di fisica classica che descrivono il comportamento delle onde. Una spiegazione a questo fenomeno su scala atomica venne formulata da Einstein (1905), il quale spiegò come la luce stessa fosse costituita da particelle e da cosiddetti "quanti" di luce.energia (si possono immaginare come dei "pacchetti" discreti, cioè finiti, di energia) che denominò fotoni. Einstein stabilì anche che questi fotoni dovessero avere un'energia data dal prodotto tra la costante di Planck e la frequenza della radiazione elettromagnetica. 1.3 Conseguenze dell'effetto fotoelettrico Partendo da questi presupposti spiegò come ogni metallo possieda una soglia minima di frequenza, che se superata dalla radiazione elettromagnetica permette l'espulsione di elettroni dal metallo stesso (ovviamente se la frequenza risulta minore di questa soglia, ciò non avviene poiché l'energia fornita dai singoli fotoni non è sufficiente a "slegare" gli elettroni dal nucleo) indipendentemente dalla sua intensità (ampiezza). N.B. Aumentando l'ampiezza di un'onda luminosa si aumenta il numero di fotoni trasportati dall'onda ma non la loro singola energia che.

dipendesolo dalla frequenza.

Da tutte queste considerazioni si riuscì a dedurre che tutti i fenomeni di scambio energetico a livello atomico sono sempre quantizzati, ovvero che la quantità di energia assorbibile o rilasciabile dai singoli atomi è organizzata in "pacchetti" discreti.

Infine possiamo dedurre che anche i livelli energetici accessibili dagli elettroni di un atomo sono quantizzati, poiché altrimenti se gli elettroni potessero cambiare in modo "continuo" il loro livello energetico sarebbe sufficiente una radiazione di qualsiasi frequenza per poter essere strappati dal nucleo, in quanto continuerebbero ad assorbire energia e a saltare a livelli energetici sempre più distanti dal nucleo stesso.