FISICA QUANTISTICAFISICA QUANTISTICA
Quantizzazione dell’energiaQuantizzazione dell’energiaOnde materialiOnde materialiStruttura atomica e Struttura atomica e molecolaremolecolareSpettroscopiaSpettroscopia
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Effetto fotoelettrico
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Effetto fotoelettrico
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Effetto fotoelettrico
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νmin = Ф/h
Ec = hν ─ Ф = Kmax = e∆Va
∆Va ⇒ potenziale d’arresto
Effetto fotoelettrico
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Effetto fotoelettrico
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FOTONI
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Energia dell’onda elettromagnetica
Le onde elettromagnetiche trasportano energiasotto forma di “particelle di luce” dette fotoni,
emessi o assorbiti in transizioni atomiche o molecolari.L’energia è proporzionale alla frequenza:
E = hcon h = 6.6•10-34 J•s (costante di Planck).
Nella luce visibile l’emissione o l’assorbimento dei fotonidetermina il colore dei corpi:
bianco = emissione di tutte le frequenze visibilinero = assorbimento di tutte le frequenze visibili
Luce gialla: = 600 nm = c/ = (3•108 m/s)/(6•10-7 m) = 0.5•1015 Hz = 5•1014 Hz E = h = (6.6•10-34 J•s)(5•1014 Hz) = 3.3 •10-19 J = 2 eV
Es.
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Spettro elettromagnetico
= c E = h
ONDERADIO
MICROONDE
INFRA--ROSSOULTRA-
-VIOLETTO
RAGGIX
RAGGIGAMMA
102110–210–410–610–810–1010–1210–14(m) (m)
(Hz)
(Hz) 106108
3 108 Hz
1010101210141016101810201022
(cm)(mm)(m)(Å)(fermi) (nm)
VISIBILE
MeV keVGeV
(eV)
E103106109
700600500400
(nm)
colori
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Radiazione visibile (Luce)
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Analisi spettrale
• Un’onda policromatica può essere separata nelle sue componenti mediante l’analisi spettrale, che può essere effettuata utilizzando dispositivi che separano spazialmente le componenti di colore diverso.
• Un dispositivo per l’analisi spettrale è costituito da un prisma di vetro, il cui indice di rifrazione varia con la frequenza (dispersione dell’onda e.m.).
• Un altro dispositivo per l’analisi spettrale è il reticolo di diffrazione, che utilizza il fenomeno dell’interferenza per effettuare tale decomposizione.
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Reversibilità delle righe di emissione e di assorbimento
– 1859, G R Kirchhoff e R Bunsen demonstrano la reversibilità delle righe di emissione
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SpettriLampada
Neon
Idrogeno
Azoto
Mercurio
Ferro
Sodio
Sole
Lampada
Neon
Idrogeno
Azoto
Mercurio
Ferro
Sodio
Sole
Spettri di emissione nel visibile 15
Balmer: metodo scientifico inverso
3,4
5.3462
2
nnmn
n
Johannus Balmer è un insegnante svizzero
Trova una formula analitica che descrive I dati sperimentali della serie di righe visibili dell’idrogeno
Che nella forma:
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2
2
limite nn
n
Interpreta anche le altre serie di spettri.
12 00 nnedn Balmer
10 n Lyman 30 n Paschen 50 n Pfund40 n Brackett16
r1 = 0.053 nm
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Atomo di Bohr
18
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Confinamento orbitale di un’onda
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Interazione corpuscoli - fenditure
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Interazione corpuscoli - fenditure
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Proprietà Ondulatorie delle Particelle
Immagini di diffrazione dello stesso materiale policristallinocon impiego di elettroni di bassa energia (LEED) e radiazioni e.m. a corta lunghezza d’onda (raggi X)
De Broglie 1923:
anche le “particelle” sono “onde”
p=h/
=h/p Davisson e Germer 1927
Raggi X Elettroni
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Trasmissione
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Riflessione
Scansione
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Struttura Atomica
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I fotoni sono emessi da salti di elettroni tra livelli energetici
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Spettro dell’idrogeno
Spettro prodotto da un tubo a Idrogeno. V=5000 V
Reticolo di diffrazione 600 linee/mm
Serie di BalmerSerie di Pascheninfrarosso
Serie di Paschenultravioletto
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Struttura atomica
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Struttura atomica
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Struttura atomica
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Struttura atomica
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Tavola periodica degli elementi
TAVOLA PERIODICA
DI MENDELEEV
Elementi chimici: atomi con diverso Z naturali: da idrogeno (Z=1) a uranio (Z=92) artificiali: tecnezio (Z=43) e transuranici (Z>92)
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Struttura atomica
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Struttura atomica
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Struttura atomica
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Atomi con più elettroni
Li He
Gli spettri ottici derivano dall’eccitazione degli elettroni più esterni
Li 1s2 2s1
Na 1s22s22p63s1 He 1s2
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Distribuzione di probabilità di stati atomici
n,l,ml=2,0,0 n,l,ml=2,1,0n,l,ml=2,1,1
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Orbitali Molecolari
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Orbitali Molecolari
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Orbitali Molecolari
Chimica quantistica (N2):
http://www.shef.ac.uk/chemistry/orbitron/
Orbitali 4f
“Elettronica” : 13,6 eV“Gravità”: 2,2 •10-35 eV
Energie di legame:
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Misure di assorbimento
Sorgente di luce
Monocromatore
Campione
Rivelazione ed amplificazione
Raccolta dati
I0I
xeII 0
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Legge di Lambert
II-dI
dx
dI=-Idx
:Coeff. Di Attenuazione
I=I0e-x
SEV (spessore di dimezzamento s)
dI/I = -μdx
∫dI/I = ∫(- μdx)
½I0 = I0exp[- μs] -log2 = - μs s = log2/μ = 0.693/μ46
Strumentazione
Rivelatore
SorgenteMonocromatore
Campione
Scintillatori, rivelatori a stato solido
Lampade ad incandescenzaLampade a gasLaserSorgenti di luce di sincrotrone
SORGENTI
MONOCROMATORIc-Si
RIVELATORI
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Fluorescenza e fosforescenza
Diseccitazione da singoletto⇒ Energia più elevata⇒ Vita media 10-11 10⌯ -8sec
Diseccitazione da tripletto⇒ Energia ridotta⇒ Vita media: 10-3 10 sec⌯FLUORESCENZA
FOSFORESCENZA48
Fluorescenza e fosforescenza
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Fluorescenza e Fosforescenza: legge di Stokes
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Assorbimento e fluorescenza per antracene in soluzione di cicloesano
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Diagramma di Jablonski
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Diagramma di Jablonski
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