AtomoElettroni
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Transcript AtomoElettroni
Chimica e laboratorio
L’atomo:
configurazione
elettronica
Classi Terze – Lic. Sc. Tecnologico
Docente: Luciano Canu
Anno Scolastico 2007/2008
Prerequisiti
Conoscere l’evoluzione delle conoscenze sulla
costituzione dell’atomo, da Democrito a
Rutherford
Conoscere e saper interpretare, guidati, i fatti
sperimentali e i fenomeni quotidiani che
indicano la natura elettrica della materia
2
Obiettivi
Acquisire il concetto di energia di ionizzazione
e di affinità elettronica
Capire che attorno al nucleo sono disposti gli
elettroni in livelli di energia crescente
Conoscere e capire il significato di
quantizzazione dell’energia nell’atomo
Riconoscere nelle prove sperimentali la
conferma del modello di Bohr e dell’esistenza
dei livelli elettronici
3
Le onde
In fisica con il termine onda si indica una
perturbazione che nasce da una sorgente e si
propaga nel tempo e nello spazio,
trasportando energia (o quantità di moto
senza comportare un associato spostamento
della materia)
4
Parametri descrittivi
Ampiezza (A)
•
Variazione massima della grandezza caratteristica
del tipo d’onda rispetto al valore di base
E
B
• Altezza (onde nei liquidi)
• Pressione (onde sonore)
• Intensità di E o di B (radiazioni elettromagnetiche)
Frequenza ( ni)
•
Numero di onde che passa in un certo punto in un
secondo (Hz)(s-1)
Lunghezza d’onda ( lambda)
•
Distanza tra due picchi (massimi) successivi
5
Relazioni
c
È dimostrata la relazione tra frequenza e
lunghezza d’onda
•
Nel vuoto sono in relazione inversa a meno
della costante c (=velocità della luce)
Relazione di Planck
•
•
Tale relazione permette di ottenere l’energia
trasportata dall’onda elettromagnetica
E=h
• dove h è la costante di Planck che vale 6,626 x 10-34
J.s
c = 299 792,458 km/s
E h
6
Spettro elettromagnetico
Insieme ordinato (per lunghezza
d’onda/frequenza) delle radiazioni
elettromagnetiche
7
Spettri di assorbimento
Spettro continuo derivato dalla luce bianca del sole
oppure da una lampadina (candela)
Se si fa attraversare un campione opportunamente
preparato dalla luce bianca può capitare che la
sostanza interferisca con la radiazione e ne assorba
una parte
•
Si ottiene uno spettro “continuo” che presenta righe, bande
o fasce scure, si parla di spettro di assorbimento
8
Spettri di emissione
S
C
R
Quando si fa attraversare un campione
opportunamente preparato dalla luce bianca è possibile
con opportuni strumenti registrare la radiazione
precedentemente assorbita come radiazione emessa
•
Si ottiene uno spettro nero che presenta righe, bande o fasce
colorate, si parla di spettro di emissione
9
L’atomo da Democrito a Rutherford
Democrito
nel IV
secolo
a. C.
Dalton
nel
1803
Thomson
nel
1900
nel
1911
Rutherford
Bohr
nel
1913
10
Da Rutherford a Bohr
Il modello di Rutherford fallisce
•
Gli elettroni sono particelle cariche molto
veloci che emetterebbero in brevissimo
tempo tutta l’energia posseduta
collassando sul nucleo
Le orbite “planetarie” non sono adatte a
descrivere lo stato degli elettroni in un
atomo
Il concetto rivoluzionario venne da Bohr
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L’atomo di Bohr
Si scopre il neutrone che viene collocato nel
nucleo dell’atomo
Ma la rivoluzione più importante è stata
quella di attribuire valori energetici stabili e
quantizzati (ben precisi) a tutte le orbite
elettroniche
L’idea era stata presa dal Fisico Max Plank
che ipotizzò che l’energia fosse quantizzata
Bohr applicò questo concetto alle orbite
elettroniche
Il modello di Bohr funzionava molto bene per
spiegare il comportamento dell’atomo di
idrogeno ma aveva problemi con atomi più
complessi
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Uno scaffale per gli elettroni
Un elettrone che si trova in una certa orbita
possiede l’energia associata a quel livello
I livelli più vicini al nucleo hanno meno
energia, quelli più lontani ne hanno di più
Le orbite e quindi le energie permesse sono
poche e ben precise
Come in uno scaffale: i libri possono trovare
posto solo ad altezze ben precise, in
corrispondenza di un ripiano
13
La quantizzazione dell’energia
Gli elettroni possono
occupare solo i livelli a
atomo
distanze ed energie ben
precise
I livelli intermedi sono
da considerarsi
ee“proibiti”
Tra due livelli c’è una
differenza di energia
ecorrispondente ad un
“pacchetto” di precise
edimensioni
eeSe si fornisce una
e
confezione di energia
eadatta…
E5 E4
E3 E2 E1
…è possibile
nucleo
promuovere un
elettrone dal livello
Pacchetti d’energia diversi non sono assorbiti
fondamentale a quello
dall’atomo e gli elettroni non si spostano verso
eccitato
livelli che risultano proibiti
14
Gli stati dell’atomo
Definizione: lo stato dell’atomo quanto
in condizioni di stabilità ed
energia minima si definisce
fondamentale
Definizione: l’atomo che ha
assorbito un pacchetto di energia
opportuno raggiunge lo stato
eccitato
e Definizione: quando l’atomo
eassorbe un pacchetto d’energia e
l’elettrone utilizza questa energia
eper raggiungere un livello più
nucleo
L1
alto, l’elettrone si definisce
promosso
atomo
e-
luce
L
L
2
3
15
Approfondisci:
energia associata ai livelli
Un libro posizionato in un ripiano acquista
energia in relazione all’altezza del ripiano
L’energia acquisita dal libro caratterizza il
ripiano o meglio la sua altezza
Il libro è sempre lo stesso ma se si trova
vicino a terra quando cade non provoca
danni
Se lo stesso libro ci cade in testa da un
ripiano molto alto può farci molto male
poiché possiede molta energia
16
Approfondisci: livelli
permessi
I libri dello scaffale possono
essere posizionati ad altezze
ben precise
Poche altezze sono consentite
(5 piani solo 5 altezze)
Moltissime altezze sono proibite
(i libri cadrebbero a terra)
Per gli elettroni si parla di
distanze dal nucleo e di energia
permessa
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La ionizzazione:
cationi
Quando si fornisce il pacchetto
d’energia giusto l’atomo può
E
perdere un elettrone
Si deve fornire energia all’atomo
per allontanare l’elettrone
Il primo elettrone perso è
sempre il più lontano dal nucleo
Quando un atomo neutro perde
un elettrone si carica
positivamente
Si è formato uno ione, un catione
+
N
e-
18
La ionizzazione:
anioni
Alcuni elementi hanno la capacità
di acquistare elettroni
Quando uno di tali atomi
acquista un elettrone emette un
pacchetto di energia
Il primo elettrone acquistato
occupa il livello più lontano dal
nucleo
Quando un atomo neutro
acquisisce un elettrone si carica
negativamente
Si è formato uno ione, un anione
ClE
e-
19
Gli ioni: definizioni
AE +
- +3
-
-
EI
- +
+3
-
+
+3
-
+ -
-
Uno ione è un atomo o un gruppo atomico
che ha acquisito o perso uno o più elettroni
(anioni, cationi)
L’energia di ionizzazione è l’energia
necessaria a estrarre un elettrone da un
atomo neutro
L’affinità elettronica è l’energia emessa da un
atomo neutro per addizione di un elettrone
20
Il diagramma delle EI
21
Domanda 1
Obiettivo dell’esperienza
•
Verificare l’esistenza dei livelli elettronici e
le caratteristiche
• Quantizzazione dell’energia
•
Dimostrare la peculiarità delle
configurazioni elettroniche
• Riconoscimento qualitativo
22
Spettri di assorbimento e
emissione
Si ottiene uno spettro di assorbimento
•
•
Misurando il pacchetto assorbito dall’atomo
Otteniamo uno spettro continuo costellato
di righe nere
Si ottiene uno spettro di emissione
•
•
Misurando il pacchetto emesso dall’atomo
Otteniamo uno spettro nero costellato di
righe di emissione
23
Promuovere l’elettrone
Fornire l’energia necessaria per farlo
“saltare” al livello elettronico superiore
•
Il salto può essere sul livello contiguo o sui
successivi
24
Spettro visibile
È costituito da onde elettromagnetiche
che il nostro occhio può percepire
•
•
Il rosso è la radiazione visibile a minore
frequenza, quindi è la meno energetica
Il violetto è la radiazione a maggiore
frequenza, quindi trasporta i pacchetti
energetici più elevati
25
Livelli permessi e non
Perché l’energia dei livelli elettronici è
quantizzata
Tutti i livelli caratterizzati da valori
energetici
26
La prima tavola periodica
Il primo scienziato che ordinò gli elementi in
una tavola (tabella) fu Mendeleev
•
•
gli elementi conosciuti allora (1869) vennero
disposti in base al peso atomico
Attualmente si utilizza il numero atomico (Z)
Mendeleev ebbe una grande intuizione:
•
•
Incolonnò gli elementi che, secondo lui,
presentavano comportamento chimico simile
Il ripresentarsi periodico delle proprietà ha dato il
nome alla tavola e ha permesso di individuare e
caratterizzare le famiglie chimiche
27
Tavola periodica
Le righe della tavola periodica corrispondono
ai livelli elettronici
•
•
Infatti in ciascuna riga troviamo un numero di
caselle (elementi) corrispondente al numero
massimo di elettroni ospitabili
Le righe sono chiamate periodi
Le colonne della tavola sono denominate
gruppi
•
Altro nome è “famiglie” chimiche
28
Le famiglie chimiche
Tutti gli elementi ordinati lungo un gruppo
(colonna) presentano
•
•
Una certa somiglianza chimica (reattività)
Possiedono il guscio più esterno con una
disposizione elettronica simile
• Gli elettroni più esterni si chiamano di valenza
•
La somiglianza chimica è più spiccata per i gruppi
che si trovano agli estremi della tavola periodica
•
•
•
•
Gruppo
Gruppo
Gruppo
Gruppo
I – Metalli alcalini
II – Metalli alcalino-terrosi
VII – Alogeni
VIII – Gas nobili o inerti
29
P
Z=15
Elettroni di valenza = 5
Elettroni di Valenza
Perché certi elementi hanno un
comportamento chimico simile?
Mendeleev non dava nessuna spiegazione
della sua tavola
Gli elementi che si comportano in modo simile
lo fanno perché mostrano una configurazione
elettronica esterna simile
•
•
•
Situazione elettronica nello strato più esterno
Gli elettroni più esterni sono detti “di valenza”
Lo strato più esterno è detto “di valenza”
30
Periodicità delle proprietà
Lungo un periodo (riga) le proprietà
chimiche variano in modo costante
Lungo un gruppo (colonna) si riscontra
una somiglianza chimica
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Energia di prima
ionizzazione
Energia necessaria per estrarre un
elettrone da un atomo gassoso e
portarlo alla distanza infinita
Ci sono elementi che perdono
facilmente l’elettrone e altri che
richiedono molta energia
•
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