La luce degli atomi e il modello atomico di Bohr nella chimica
Slide di Chimica concetti e modelli.blu sulla luce degli atomi e il modello atomico di Bohr. Il Pdf, adatto alla scuola superiore, esplora l'emissione e l'assorbimento di luce da parte dei gas rarefatti, descrivendo come Bohr abbia perfezionato il modello di Rutherford e il principio dell'assorbimento di un fotone.
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Sommario
Sommario (I)
- La doppia natura della luce
- La «luce» degli atomi
- L'atomo di Bohr
- La doppia natura dell'elettrone
- L'elettrone e la meccanica quantistica
C Zanichelli editore, 2014
Sommario (II)
- L'equazione d'onda
- Numeri quantici e orbitali
- Dall'orbitale alla forma dell'atomo
- L'atomo di idrogeno secondo la meccanica quantistica
- La configurazione degli atomi polielettronici
C Zanichelli editore, 2014
La doppia natura della luce
La doppia natura della luce (I)
La luce è un particolare tipo di onda elettromagnetica che si crea per rapidissima oscillazione di cariche elettriche. L'insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro elettromagnetico.
Lunghezza d'onda crescente Frequenza crescente
- - I I - - 1 - - 1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 104 - 102 - 10º v(Hz) Raggi y Raggi X Ultravioletto Visibile Raggi infrarossi Microonde Onde radio Onde TV 400 nm 700 nm Violetto Indaco Blu Verde Giallo Arancione Rosso ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
La doppia natura della luce (II)
I parametri che caratterizzano le onde elettromagnetiche sono:
- La lunghezza d'onda (2) si esprime in nanometri (nm) o in ångstrom (Å).
- La frequenza (v) si misura in Hertz (Hz).
- La velocità (c), espressa da C=N · v λ t = 1 sec v = 5 Hz λ2 1 v = 2 Hz
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La doppia natura della luce (III)
La diffrazione della luce è la caratteristica principale della sua natura ondulatoria.
interferenza positiva interferenza negativa fasi concordanti fasi discordanti Le frange più chia- re si fomano nelle zone in cui le onde si sommano. La frangia più intensa si trova dietro l'ostacolo. C Zanichelli editore, 2014
La doppia natura della luce (IV)
L'interazione della luce con la materia è la prova che la luce ha anche natura corpuscolare.
La propagazione del fascio luminoso è dovuto allo spostamento di un gruppo di pacchetti di energia, detti quanti di energia o fotoni.
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La doppia natura della luce (V)
Secondo la teoria corpuscolare i fotoni possono provocare l'espulsione degli elettroni atomici oppure possono venire assorbiti cedendo l'energia che trasportano.
La luce incidente sul metallo provoca l'espul- sione di elettroni. luce incidente Gli elettroni ven- gono attratti dal polo positivo. A La corrente elet- trica che si gene- ra è rivelata dall'amperome- tro. emettitore amperometro batteria - + + fotoelettroni piastra ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
La doppia natura della luce (VI)
La relazione di Planck-Einstein riassume questo comportamento:
E = h . v
dove E = energia di un fotone di luce h = 6,63 . 10-34 J . s (costante di Planck) v = frequenza della radiazione elettromagnetica
Poiché h è costante, E e v sono grandezze costanti
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La doppia natura della luce (VII)
Ricordando che v = c /2, la stessa relazione si può scrivere anche:
E= h . c/
E e ) sono grandezze inversamente proporzionali. Le due formule evidenziano i due aspetti della natura della luce, ondulatoria e corpuscolare.
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La «luce» degli atomi
La «luce» degli atomi (I)
La luce emessa dagli atomi non è continua e presenta soltanto alcune frequenze, caratteristiche per ciascun tipo di atomo.
656 nm fenditura prisma T 486 nm scarica in atmosfera di H2 lastra fotografica 434 nm 410 nm ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
La «luce» degli atomi (II)
L'emissione di luce dei gas rarefatti si ha in seguito al trasferimento di energia dalla scarica elettrica agli atomi che costituiscono il gas.
Se si fa passare luce bianca attraverso un'ampolla riempita di gas, nello spettro si identificano righe meno brillanti: sono le righe di assorbimento. Le radiazioni elettromagnetiche assorbite da ciascun tipo di atomo hanno la stessa frequenza di quelle emesse dall'atomo eccitato.
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L'atomo di Bohr
L'atomo di Bohr (I)
Attraverso i suoi studi Bohr spiegò perché soltanto certe radiazioni possono interagire con gli atomi e quale relazione intercorre tra radiazione luminosa e struttura atomica.
Bohr perfezionò il modello di Rutherford e riuscì a spiegare la stabilità degli atomi e l'emissione degli spettri a righe.
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L'atomo di Bohr (II)
Bohr articolo la sua teoria a partire da un punto fondamentale:
un fotone che viene assorbito da un atomo, cede tutta la sua energia a uno dei suoi elettroni, che passa così a uno stato energetico più elevato.
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L'atomo di Bohr (III)
I punti salienti del modello atomico di Bohr sono:
- L'elettrone percorre solo determinate orbite circolari (orbite stazionarie), senza emettere e cedere energia e quindi senza cadere nel nucleo.
- All'elettrone sono permesse solo certe orbite a cui corrispondono determinati valori di energia (quantizzata).
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L'atomo di Bohr (IV)
- Per passare da un'orbita a un'altra a livello energetico superiore, l'elettrone assorbe energia.
- Per passare da un'orbita a un'altra a contenuto energetico minore, l'elettrone emette un fotone di appropriata frequenza (se appartiene al visibile dello spettro elettromagnetico, appare come riga colorata).
- L'energia del fotone emesso o assorbito corrisponde alla differenza di energia delle due orbite.
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L'atomo di Bohr (V)
n = 7 n = 6 n = 5 L'atomo assorbe energia. n = 4 n = 3 n = 2 n =1 L'atomo emette energia. Le orbite degli elettroni in un atomo sono quantizzate.
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L'atomo di Bohr (VI)
Il numero quantico principale n indica il livello energetico associato a ogni orbita.
Il livello più basso di energia è detto stato fondamentale.
I livelli a energia superiore dello stato fondamentale si chiamano 6 Es stati eccitati. E E3 Ogni salto è rivelato dalla presenza di una riga nello spettro di emissione. energia stato eccitato Ez stato eccitato E stato eccitato stato fondamentale ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
L'atomo di Bohr (VII)
A ogni salto di orbita si ha una transizione energetica, ovvero emissione di energia sotto forma di fotone.
fotone 1 2 Ogni transizione dell'elettrone da uno stato eccitato a un livello energetico inferiore è caratterizzata da una riga nello spettro di emissione.
n = 5 energia decrescente 4,58 · 10-19J 6,9 · 1014Hz n = 4 434 nm 4,09 · 10-19J 6,17 · 1014Hz 486 nm n = 3 Salto energetico maggiore = = emissione di un fotone di maggiore energia. 3,03 · 10-19J 4,57 . 1014Hz 657 nm La radiazione blu ha frequenza maggiore di quella rossa. n = 2 ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
L'atomo di Bohr (VIII)
Il modello atomico di Bohr presentò presto tutti i suoi limiti: non era applicabile ad atomi con molti elettroni e non spiegava gli spettri atomici in presenza di un campo magnetico.
Le contraddizioni emerse in questo modello erano dovute all'inadeguatezza delle leggi della meccanica classica.
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La doppia natura dell'elettrone
La doppia natura dell'elettrone (I)
De Broglie ipotizzò che la doppia natura ondulatoria e corpuscolare fosse una proprietà universale della materia.
Associò a ogni particella in movimento un'onda.
Il legame tra caratteristiche corpuscolari e ondulatorie si manifesta nella relazione:
a = nc =; h . c E h . c m . c27 h quantità di moto del fotone m . c ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
La doppia natura dell'elettrone (II)
Le onde associate con l'elettrone, e con qualsiasi corpo in movimento, si chiamano onde di de Broglie.
A ogni corpo in movimento è associata quindi una lunghezza d'onda:
2 = h / (m . v)
dove (m · v) rappresenta la quantità di moto dell'elettrone, m la sua massa e v la sua velocità.
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L'elettrone e la meccanica quantistica
L'elettrone e la meccanica quantistica (I)
La meccanica quantistica è la parte della chimica-fisica che descrive il comportamento di elettroni, fotoni e altre particelle microscopiche, basandosi su leggi statistiche.
Le leggi della meccanica quantistica determinano la probabilità con cui può verificarsi un evento che coinvolge particelle microscopiche: possono per esempio fornire indicazioni statistiche sulla posizione o la velocità delle particelle.
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L'elettrone e la meccanica quantistica (II)
Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che non è possibile conoscere a ogni istante, contemporaneamente, la posizione e la velocità di un elettrone.
.42: ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
L'elettrone e la meccanica quantistica (III)
vettore velocità velocità precisa velocità precisa posizione incerta vettore velocità velocità incerta velocità incerta posizione precisa Poiché le informazioni sul moto dell'elettrone possono essere solo di tipo probabilistico, con la meccanica quantistica il concetto di orbita di un elettrone è superato e inadeguato.
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L'equazione d'onda
Le onde che si propagano con l'elettrone in moto nell'atomo possono essere descritte da una funzione matematica proposta da Schrödinger nel 1926: è l'equazione d'onda di Schrodinger.
Tale funzione fornisce informazioni sulla probabilità di trovare l'elettrone in un punto particolare dello spazio intorno al nucleo.
Ricorda 42 grande = alta probabilità di trovare l'elettrone; 42 piccolo = bassa probabili- tà di trovare l'elettrone. probabilità distanza dal nucleo ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
Numeri quantici e orbitali
Numeri quantici e orbitali (I)
La funzione d'onda contiene tre numeri interi, detti numeri quantici (n, l e m) che definiscono lo stato quantico dell'elettrone e ne specificano il valore di una proprietà.
L'orbitale è una funzione d'onda elettronica caratterizzata da una particolare terna di valori di n, le m.
ZANICHELLI C Zanichelli editore, 2014
Numeri quantici e orbitali (II)
- Numero quantico principale n (n = 1, 2, 3 ... ,7): definisce il livello energetico dell'elettrone che è proporzionale alla distanza dal nucleo.
- Numero quantico secondario / (/ = 0, 1, ... , n-1): determina le caratteristiche geometriche dell'orbitale (sottolivello energetico). valori di / 0 1 2 3 lettera spdf
ZANICHELLI @ Zanichelli editore, 2014
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