Struttura dell`atomo

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Struttura dell'atomo

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L'atomo è costituito da: nucleo

quasi tutta la massa, volume trascurabile

carica positiva

costituito di protoni e neutroni elettroni

quasi tutto il volume, massa trascurabile

carica negativa

Particelle subatomiche

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protone

massa 1,673 •10 -27 kg

carica +1,60•10 -19 C neutrone

massa 1,675 •10 -27 kg

carica 0 elettrone

massa 9,11 •10 -31 kg

carica 1,60•10 -19 C 1 u.m.a.

+1 1 u.m.a.

0 u.m.a.

-1

Nucleo e elettroni

nucleo

n. atomico Z = n. di protoni

n. di massa A = n. di protoni + n. di neutroni

n. di neutroni = A - Z

carica elettrica +Z

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elettroni

Z elettroni

carica elettrica -Z massa totale carica totale A u.m.a.

0

La Fisica classica è insufficiente

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La Terra e i pianeti girano intorno al Sole

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il moto inerziale li allontana l'attrazione gravitazionale li spinge sul Sole i due effetti si bilanciano Gli elettroni girano intorno al nucleo?

NO !

gli elettroni hanno carica elettrica: se girassero emetterebbero energia Secondo la Fisica classica l'atomo non può esistere

La meccanica quantistica

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gli oggetti non hanno posizione e velocità misurabile non possono avere energia qualsiasi ma solo valori determinati non sono regolati dalle leggi di Newton come F = m a onde e particelle non sono cose diverse

QUANTIZZAZIONE DELL’ ENERGIA E p Variazione discreta di energia Variazione continua di energia

La meccanica quantistica

descrizione ultrasemplificata • • •

l'elettrone è descritto da una funzione matematica ψ (psi) definita in ogni punto dello spazio (funzione d'onda) ψ è calcolabile teoricamente, ma in pratica la matematica è complicata e si usano funzioni approssimate l'elettrone è distribuito in tutto lo spazio con densità proporzionale a ψ 2 , in pratica solo dove ψ 2 è grande

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L'atomo di idrogeno

L'atomo di Idrogeno H è il più semplice il nucleo è un protone, niente neutroni Z = 1 A = 1 intorno al nucleo c'è un solo elettrone è l'unico atomo per cui sappiamo calcolare esattamente le possibili funzioni d'onda dell'elettrone si usano le ψ esatte dell'idrogeno per fare modelli ragionevoli per gli elettroni degli altri atomi

Orbitali

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Le funzioni d'onda si calcolano sempre a coppie, chiamate orbitali Le due ψ di un orbitale sono identiche per la distribuzione nello spazio Si dice che un orbitale può contenere 1 o 2 elettroni, o essere vuoto (0 elettroni) L'orbitale è una funzione matematica L'orbitale definisce l'energia e la forma (disposizione nello spazio) dell'elettrone

a 

X

= c c = velocità di propagazione nel vuoto delle radiazioni elettromagnetiche 2,998 x 10 8 m 300 000 km x x s -1 s -1

Luce e elettroni

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La luce è fatta di fotoni costante di Planck E = hν h = 6,63

10 -34 Gli elettroni occupano gli orbitali a energia più bassa Js Se e assorbe un fotone passa a un orbitale di energia maggiore di hν Se e passa a un orbitale a energia più bassa di E, emette un fotone a frequenza

ν