Meccanica quantistica

LE PARTICELLE CHE COMPONGONO L'ATOMO

ELEMENTO = UNA PORZIONE DI MATERIA I CUI ATOMI HANNO LA STESSA CARICA NUCLEARE POSITIVA (NUMERO DI PROTONI)

atomo

• FORMATO DA 3 ELEMENTI
  1. PROTONI = CARICHE POSITIVE
     • MASSA = 1,672 * 10^-27 kg
     • CARICA = 1,602 * 10^-19 coulomb
  2. NEUTRONI = PARTICELLE PRIVE DI CARICA
     • MASSA = 1,675 * 10^-27 kg
     • CARICA = 0
  3. ELETTRONI = CARICHE NEGATIVE
     • MASSA = 9,109 * 10^-31 kg
     • CARICA = -1,602 * 10^-19 coulomb

• LA DIMENSIONE DI UN ATOMO È DATA FONDAMENTALMENTE DALL'ELETTRONE PIÙ ESTERNO E DALLA SUA DISTANZA PIÙ PROBABILE DAL NUCLEO
• IL NUCLEO, COME DIMENSIONI, SONO CIRCA UGUALI ALLA CENTOMILLESIMA PARTE DELLA DIMENSIONE DELL'ATOMO
• QUINDI SI PUÒ DIRE CHE LA MATERIA È "MOLTO VUOTA" E CHE LA RELAZIONE TRA 2 ATOMI SI RESTRINGE ALLA RELAZIONE TRA LORO ELETTRONI

• PER "VEDERE" UN ATOMO (PIÙ PRECISAMENTE PER AVVICINARSI IL PIÙ POSSIBILE)
  • È NECESSARIO CHE L'ATOMO SIA FERMO, MAGARI SU UN SOLIDO COME UN METALLO O UN CRISTALLO
  • MI AVVICINO A DISTANZA ATOMICA CON UN MICROSCOPIO A PUNTA SULLA SUPERFICIE
    • CIÒ CHE AVVIENE È UN FENOMENO QUANTISTICO, INFATTI SI CERCA UN'INTERAZIONE TRA GLI ELETTRONI DEI 2 ATOMI CHE VANNO AD AVVICINARE
    • SE C'È, OTTENGO UN RILEVAMENTO, E IL MICROSCOPIO RIporta AL COMPUTER, DI UNA PROTUBERANZA CHE SI PUÒ PROIETTARE SU UNA SUPERFICIE

Nella tavola periodica

La posizione di ogni elemento era definita da un numero ordinale, determinato in funzione del peso atomico dell'elemento.

• Le misure e l'esistenza degli elementi dipende dal luogo (area geografica) in cui le consideri
• Quindi prima di mettere nella tavola periodica deve essere stato risolto di molti esperimenti
• Se diversa si devono mediare le composizioni isotopiche locali
• Isotopi: atomi che hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni (numero atomico Z) ma diverso numero di neutroni (numero di massa A)

Esempio:

Abbondanze isotopiche del carbonio

• 98,9% 12_C
• 0,9% 13_C
• 0,1% 14_C

La massa dell'elemento è la media pesata della massa 12 pesata 0,99, 13 pesata 0,009, e 14 pesata 0,001

• 12,011

Massa carbonio = (12•0,99) + (13•0,009) + (14•0,001) = 12,004

Deriva dalla corrosione isotopica

Isotopi

• 1¹H = idrogeno
• 2¹H = deuterio
• 3¹H = trizio

• Il principio di indeterminazione non ha conseguenze pratiche per gli oggetti quotidiani
• Ha conseguenze significative quando è applicato a particelle atomiche e subatomiche
• Il concetto moderno di atomo riconosce che è impossibile determinare la traiettoria di un elettrone nel suo moto intorno al nucleo e stabilisce che lo stato degli elettroni è governato da equazioni matematiche le cui soluzioni ci permettono di calcolare la probabilità di trovare queste particelle in determinati punti dello spazio attorno al nucleo
• Le onde che descrivono il moto di un elettrone legato al nucleo sono onde di probabilità

LA FUNZIONE D'ONDA Ψ PER DESCRIVERE IL MOTO DI UN ELETTRONE INTORNO AL NUCLEO DEVE CONSIDERARE LE COORDINATE SPAZIALI E TEMPORALI

Ψ(x,y,z,t)

IL TERMINE t PUÒ RIMUOVERE, PERCHÉ DESCRIVO QUALCOSA CHE PUÒ VENIRE INFINITESIMAMENTE SE INDISITURBATO (ELETTRONE)

LA FUNZIONE SI SEMPLIFICA SE SI CAMBIANO LE COORDINATE DA CARTESIANE A POLARI

Ψ(r,θ,ϕ) → COORDINATE POLARI

• r → POSIZIONE
• θ → ANGOLO POLARE (LONGITUDINALE) ANGOLO RISPETTO ALLA NORMALE
• ϕ → ANGOLO AZIMUTALE (LATITUDINALE) ANGOLO RISPETTO ALLA DIREZIONE A 90° DALLA NORMALE

LE COORDINATE POLARI PREVEDONO UN VETTORE CHE PUNTA ALL’ELETTRONE ED HA DISTANZA r TRA NUCLEO ED ELETTRONE

• LA PROIEZIONE DELLA POSIZIONE NELLO SPAZIO DI QUESTO ELETTRONE FORNISCE UN ANGOLO θ E UN ANGOLO ϕ
• GLI ANGOLI PERMETTONO DI IDENTIFICARE OVUNQUE SI TROVI L’ELETTRONE RISPETTO AL NUCLEO