Presentazione di PowerPoint

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I MODELLI ATOMICI

• John Dalton (1808)
• Joseph John THOMSON (1903)
• Ernest RUTHERFORD (1911)
• Niels Henrik BOHR (1913)

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Per comprendere e prevedere le proprietà
chimiche degli elementi
Come è possibile ottenere informazioni sulla
struttura atomica?
In base al comportamento macroscopico della
materia
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Modello di J. Dalton (1808)

• la materia costituita da particelle piccolissime
• indivisibili ATOMI (Democrito 400 a.C.)
• gli atomi di uno stesso elemento sono uguali
• gli atomi di elementi diversi, hanno massa e
  proprietà diverse
• Le trasformazioni chimiche avvengono tra atomi
  interi
• Atomi diversi possono combinarsi tra loro in
  rapporti diversi.

NO
Latomo è indivisibile ?
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SCOPERTA delle PARTICELLE SUBATOMICHE
Le particelle fondamentali

• ELETTRONE 1897 (Thomson)
• PROTONE 1900 (Goldstein, Wien, Thomson)
• NEUTRONE 1932 (Chadwick)

MA ce ne sono molte altre ancora
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• Utilizzo di tubi inventati da W. Crookes
• tubi di vetro
• due lamine metalliche (elettrodi)
• CATODO è NEGATIVO (-)
• ANODO è POSITIVO ()
• generatore di elettricità (passaggio di
  corrente)
• gas
• pompa a vuoto (per creare il vuoto o abbassare
  la
• pressione del gas)

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• Passaggio di corrente
• Bagliore caratteristico del tipo di gas
• Fascio di raggi provenienti dal CATODO
• A pressione bassissima (10-6 atm)
• luminescenza verde sul vetro

RAGGI CATODICI
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COMPORTAMENTO DEI RAGGI CATODICI
Creano ombra
Muovono palette
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COMPORTAMENTO DEI RAGGI CATODICI
Sono deviati verso la piastra positiva
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RAGGI CATODICI caratteristiche

• ombra croce di Malta ?
• movimento di un mulinello ?
• deviazione verso una piastra
  caricata positivamente ?

Si propagano in linea retta
Sono dotati di una certa massa
Hanno carica elettrica negativa

• Non dipendono dal tipo di metallo costituente il
• catodo né dal tipo di gas utilizzato

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(No Transcript)
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Tubo a raggi catodici di Thomson per misurare il
rapporto carica/massa dellelettrone
1 effetto della sola alta tensione (linea
retta) 2 effetto del magnete (curvatura verso il
basso) 3 effetto di piastre (curvatura verso la
piastra positiva)
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ci saranno anche particelle elettricamente
POSITIVE!!
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• E. Goldstein
• utilizzò tubi di scarica con CATODO FORATO
• ricoprì le pareti del tubo dietro al catodo con
• sostanza contenente fosforo
• notò che la parete del tubo dietro al catodo
• diventava fluorescente

RAGGI ANODICI
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Che cosa succedeva nel tubo di Golstein?
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• W.Wien e Thomson
• particelle cariche positivamente
• misurazione rapporto carica/massa
• la massa delle particelle non era costante,
• ma variava in funzione del gas introdotto
• la massa più piccola si trovò nel caso del gas
  H2
• (?1836 volte gt rispetto alla massa degli
  elettroni)

Particella fondamentale della materia
PROTONE
dal greco proteios di primaria importanza
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MODELLO ATOMICO di THOMSON (1903)

• ATOMO sfera omogenea
• massa e carica positiva
• distribuite uniformemente
• corpuscoli di carica negativa in moto
• inseriti allinterno in modo omogeneo

Elettroni
uvetta
semi
ANGURIA
PANETTONE
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• Henri Becquerel (1896)
• sali di Uranio erano in grado di impressionare
  lastre
• fotografiche -Raggi uranici
• Pierre e Marie Curie (1898)
• fenomeno dei raggi uranici riguardava anche
  altri
• elementi Torio
• scoprono un nuovo elemento -Polonio
• dalla pechblenda (minerale dellUranio)
  ottengono un
• nuovo elemento -Radio

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Individuati 3 tipi di radiazioni
RAGGI ? particelle di carica 2 (atomi di elio
senza elettroni) attraversano sottilissime
lamine metalliche
RAGGI ? elettroni molto veloci attraversano
sottili lamine di piombo (0,005 0,3 mm)
RAGGI ? radiazioni elettromagnetiche
attraversano pareti di piombo di alcuni cm
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Esperimento di RUTHERFORD e collaboratori
(Hans GEIGER e Ernest MARSDEN) -1911-
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ESPERIMENTO di RUTHERFORD C.
OSSERVAZIONI

• Gran parte delle particelle ? attraversava la
  lamina
• Alcune particelle venivano deviate
• Altre rimbalzavano indietro

SORPRESA!!
era quasi altrettanto incredibile di un
proiettile di cannone che, sparato contro un
foglio di carta, rimbalzasse e tornasse indietro
a colpirvi
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COMPORTAMENTO PARTICELLE ? confronto tra i due
modelli
THOMSON
RUTHERFORD
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CONCLUSIONI dell ESPERIMENTO di RUTHERFORD e
collaboratori

• Atomo non omogeneo
• Tutta la massa e la carica positiva dellatomo
• concentrate in un nocciolo piccolissimo
  NUCLEO
• (diametro 104 105 volte più piccolo
  dellintero atomo)
• Gli elettroni occupano lo spazio attorno al
  nucleo

LATOMO, PRATICAMENTE, È VUOTO !
? NUOVO MODELLO ATOMICO
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MODELLO ATOMICO di RUTHERFORD
Atomo SISTEMA PLANETARIO
Nucleo SOLE Elettroni PIANETI
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IL NEUTRONE

• RUTHERFORD valutò il numero di cariche positive
  (dalla modalità di deviazione delle particelle ?)
  n protoni
• nprotoni massa del protone massa nucleare ?
• ? ½ massa reale
• ? ipotesi esistenza nel nucleo di altre
  particelle senza carica elettrica ma con una
  massa simile al protone
• CHADWICK (1932)
• bombardamento di berillio con particelle ? ?
  emissione di particelle molto penetranti e non
  deviate da campi elettrici ? elettricamente
  neutre

NEUTRONI
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Massa (Kg) Massa relativa Carica elettrica (Coulomb) Carica relativa
Elettrone 9,10910-31 0.00054 -1,60210-19 -1
Protone 1,67310-27 1 1,60210-19 1
Neutrone 1,67510-27 1 0 0
Nucleo Protoni e Neutroni Esterno Elettroni
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PROBLEMI del MODELLO PLANETARIO
Le particelle cariche sono sottoposte a Forza
coulombiana
q1, q2 cariche r distanza
e- fermo
cade sul nucleo
(per la forza attrattiva)
e- in movimento

• Forza centripeta coulombiana

m massa v velocità r distanza

• Forza centrifuga

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Forze in gioco nel modello atomico di Rutherford
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Secondo le leggi dellelettromagnetismo le-,
muovendosi lungo orbite circolari dovrebbe
emettere ENERGIA in relazione al quadrato della
sua velocità
Energia emessa (persa)
Rallentamento del moto dell e-
Le- non riesce a reagire alla F centripeta
Cade sul nucleo
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Secondo le leggi della fisica classica newtoniana
gli e- precipiterebbero sul nucleo
Latomo si annullerebbe!
Ma ciò non si verifica!!
Come risolvere questo problema?
Elaborazione di una nuova Fisica
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Altro punto dolente del modello di Rutherford
Non riusciva a spiegare gli spettri di emissione
e di assorbimento delle sostanze
Cosa sono gli spettri?
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Che cosa sono le ONDE?
Unonda è una perturbazione che si propaga senza
trasporto di materia
onde del mare, onde di una corda tesa, onde
circolari formate da sasso lanciato in H20
Le onde (o radiazioni) elettromagnetiche sono
formate da oscillazioni dei campi elettrici e
magnetici, perpendicolari tra loro e alla
direzione di propagazione dellonda
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Lunghezza donda (?) distanza tra due creste (o
valli) consecutive
Frequenza (?) si misura in Hertz numero di
oscillazioni che avvengono nellunità di tempo (1
secondo)
Periodo (T) È linverso della frequenza è il
tempo impiegato per compiere unoscillazione
completa
Ampiezza (A) altezza di un picco
Velocità (v) rapporto tra ? e T
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Onde con ? diversa e quindi con diversa ?
Onde con stessa ?, ma diversa A
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SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Insieme delle frequenze (o delle lunghezze
donda) che può assumere una radiazione
elettromagnetica
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Scomposizione della LUCE BIANCA nelle sue
componenti attraverso un prisma ottico di vetro
SONO I COLORI DELLARCOBALENO! violetto, indaco,
azzurro, verde, giallo, arancio, rosso
I COLORI sono associati a precisi valori di
FREQUENZE nella PORZIONE VISIBILE dello spettro
elettromagnetico
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• SPETTRO di EMISSIONE
• CONTINUO
• si forma da corpi incandescenti
• (solidi, liquidi e gas ad alta pressione)
• successione di zone colorate sfumanti
• con gradualità luna nellaltra
• A RIGHE
• gas a bassa p, sottoposto ad alta T o a
• scarica elettrica
• ? righe colorate su sfondo nero
• caratteristico per ogni elemento gassoso o
• reso gassoso
• ? identificazione
• SPETTRO di ASSORBIMENTO A RIGHE
• gas tra sorgente di luce e fenditura
• ? righe nere su sfondo continuo

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(No Transcript)
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Spettro continuo di luce bianca
Esempio SODIO
Spettro di EMISSIONE
Spettro di ASSORBIMENTO
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Gli spettri di emissione si rivelavano composti
da righe ben distinte ? le transizioni di
energia di un atomo dovevano avvenire in modo
discontinuo secondo quantità discrete e non
mediante una variazione graduale e continua
(modello di Rutherford)
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QUANTIZZAZIONE DELLENERGIA (Max PLANCK 1900)

• Si interessò del CORPO NERO (oggetto che emette
  radiazioni che dipendono solo dalla temperatura
  alla quale si trova)
• Lenergia non è emessa e assorbita in modo
  continuo, ma per piccolissime quantità finite,
  non frazionabili, discontinue
• ? QUANTI o FOTONI
• L energia di una radiazione è proporzionale alla
  sua frequenza

h costante di Planck (6,62510-34 Js)
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BOHR (fisico danese)

• Studiò lo spettro di emissione
• dellelemento più semplice, lIDROGENO
• 4 righe nel visibile (arancio, blu,
  blu-violetto, violetto)
• Utilizzò il concetto di quantizzazione
• dellenergia introdotto da Planck

NUOVO MODELLO ATOMICO
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MODELLO ATOMICO di BOHR (1913)
Ammette linadeguatezza della elettrodinamica
classica a descrivere il comportamento dei
sistemi atomici. Si basa su 2 postulati
I (sullo stato stazionario) Negli atomi gli
elettroni non irradiano energia perché si
muovono lungo orbite circolari ben determinate,
ORBITE STAZIONARIE, a ciascuna delle quali
corrisponde una definita quantità di energia,
LIVELLO ENERGETICO II (sullo stato eccitato)
Si verificano emissioni di energia
(rad.elettromagnetiche) solo quando un e- passa
da un livello energetico iniziale a uno finale
ad energia inferiore
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Assorbimento di energia
Emissione di energia
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• Bohr
• calcolò i raggi delle orbite delle-
  dellidrogenodove a0 0,5291 Å
• calcolò energia delle-

r a0 n2
K costante combinata (massa e carica e-, h) n
numero intero positivo

• cercò di estendere il modello ad atomi
  poli-elettronici
• definì il numero massimo di livelli energetici
  possibili
• 7, indicati con lettere maiuscole (K,L,M,N,O,P,Q)

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ASSORBIMENTO ED EMISSIONE DI ENERGIA NELLATOMO
DI IDROGENO

• Per n1
• ? valore di energia più basso (più negativo)
• ? prima orbita
• ? distanza minima dal nucleo
• ? le- non cade sul nucleo!

Per ngt1 (2,3,4,) ? lenergia aumenta (meno
negativa)
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Modello atomico di Bohr

• Successo
• ? previsione frequenza righe spettrali
  dellidrogeno (un solo e-)
• Fallimento
• non adatto a spiegare il comportamento di atomi
  con più e- (interazioni)

MERITO Molte nuove idee (numero quantico,
livelli discreti di energia, salti quantici tra
livelli) importanti per lo sviluppo di una nuova
teoria ? meccanica quantistica
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LIVELLI ENERGETICI DELLATOMO DI H

• In seguito ad opportuna eccitazione di una
  numerosa popolazione di atomi, i livelli
  energetici risulteranno statisticamente tutti
  popolati. Il ritorno graduale al livello
  fondamentale, anche mediante ritorni a livelli
  intermedi eccitati, produce lo spettro a righe
  caratteristico dell'atomo di idrogeno. Con uno
  spettroscopio ottico sarà possibile vedere solo
  le righe derivanti dal ritorno al primo livello
  energetico eccitato (n2) e che ricadono nel
  visibile (serie di Balmer).

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SERIE SPETTROSCOPICHE DELLH

• Le osservazioni sperimentali erano quanto mai
  soddisfacenti. La posizione delle righe osservate
  con la strumentazione allora esistente era
  perfettamente in accordo con il modello atomico
  proposto da Bohr.

Spettro a righe nella zona visibile per
l'idrogeno (serie di Balmer) posto su due righe
per motivi di spazio orizzontale
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SAGGI ALLA FIAMMA