Struttura dell'atomo L'atomo è costituito da: nucleo –quasi tutta la massa, volume trascurabile...
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Struttura dell'atomo• 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
• protone– massa 1,673•10-27 kg 1 u.m.a.– carica +1,60•10-19 C +1
• neutrone– massa 1,675•10-27 kg 1 u.m.a.– carica 0
• elettrone– massa 9,11•10-31 kg 0 u.m.a.– carica -1,60•10-19 C -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
• elettroni– Z elettroni– carica elettrica -Z
• massa totale A u.m.a.
• carica totale 0
La Fisica classica è insufficiente
• La Terra e i pianeti girano intorno al Sole– 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 classical'atomo non può esistere
La meccanica quantistica
• 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
Ep
QUANTIZZAZIONE DELL’ ENERGIA
Variazione discreta Variazione continuadi energia di energia
La meccanica quantistica
• 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 ψ2, in pratica solo dove ψ2 è grande
descrizione ultrasemplificata
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• 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
X = c
c = velocità di propagazione nel vuoto delle radiazioni elettromagnetiche
2,998 x 108 m x s-1
300 000 km x s-1
a
Luce e elettroni
• La luce è fatta di fotoni E = hνcostante di Planck h = 6,6310-34 Js• Gli elettroni occupano gli orbitali a
energia più bassa• 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