Parte 3-L'atomo di Bohr

Fluorescenza e fosforescenza

Teoria atomica di Bohr

Spettro dei raggi X

Le serie spettrali dell'idrogeno

Effetto fotoelettrico

Spettri di emissione

SPETTROSCOPIA (15 ORE)Indice

1 Le molecole delle pareti, come oscillatori, sono investiti dalle onde elettromagnetiche, assorbono la loro energia e cominciano ad oscillare riemettendo l’energia assorbita. 2 L’energia viene riemessa in forma di quantitá definite, quanti, aventi energia E = hν. 3 Non vi é emissione ad alte frequenze perché i pacchetti che possono essere emessi dovrebbero essere troppo grandi 4 Se si aumenta la temperatura si aumenta l’energia degli oscillatori che in questo modo potranno emettere anche a frequenze piú grandi νmax ∝ T.

La teoria di Planck: le ipotesi in sintesi

Le serie spettrali dell'idrogeno

Per gli altri atomi la situazione è più complessa.

Quindi si ottengono:per m=1 e n=2, 3, 4.... la serie di Lyman nell'ultraviolettoper m=2 e n=3, 4, 5.... la serie di Balmer nel visibileper m=3 e n=4, 5, 6.... la serie di Paschen nell'infrarossoper m=4 e n=5, 6, 7.... la serie di Brackett nell'infrarossoper m=5 e n=6, 7, 8.... la serie di Pfund nel lontano infrarossoper m=6 e n= 7, 8, 9.... la serie di Humphrey nel lontano infrarosso

Le serie spettrali dell'idrogeno

L'ipotesi che la materia sia formata da atomi risale a Democrito (400 a.c.). Atomo, in greco, significa "non divisibile". L'idea atomistica fu però avversata da Aristotele che, successivamente, divenne il filosofo "ufficiale" della chiesa. Per questo motivo dobbiamo aspettare addirittura fino al 1800 perché gli scienziati riprendessero in considerazione l'ipotesi atomica.

Democrito

Nel 1808 John Dalton, riprendendo l’ipotesi di Democrito, afferma che la materia è costituita da miriadi di particelle piccolissime e indivisibili chiamate atomi. L’atomo di Dalton può essere perciò rappresentato da una sfera piena.

Dalton (1808)

Faraday Stoney 1830 1874 quantità discrete di elettricità legate agli atomi

Struttura composita degli atomi teoria dei quanti

La nascita della fisica moderna

Nel 1895 J.J. Thomson studiando il passaggio della corrente elettrica nei gas, utilizzando tubi di Crookes, dimostrò l'esistenza dei raggi catodici.

Thomson (1895)

Nel 1897 J.J. Thomson studiando il passaggio della corrente elettrica nei gas, utilizzando tubi di Crookes, dimostrò che i raggi emessi dal catodo (raggi catodici) erano particelle di carica negativa.

Thomson (1895)

Modello di Bohr 1913

Esperimento di Rutherford 1909

Modello di Thomson 1897

I modelli atomici storicamente più rilevanti:

Modelli atomici

+ info

+ info

+ info

Nel 1898 Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo. Egli immaginò che un atomo fosse costituito da una sferetta di materia caricata positivamente (protoni e neutroni non erano stati ancora scoperti) in cui gli elettroni negativi (da poco scoperti) erano immersi.

Thomson

Tale modello è stato anche definito a panettone: la massa della pasta rappresenterebbe la carica positiva diffusa, mentre gli elettroni corrisponderebbero all’uvetta.

E’ la prima struttura atomica che tiene conto della carica elettrica.L’atomo è una minuscola sfera omogenea, dotata di carica positiva diffusa, entro cui sono incorporati gli elettroni in numero sufficiente da rendere nulla la carica totale

Thomson

Nel 1909 Rutherford fece un esperimento che mise alla prova il modello di Thomson. Bombardò un sottilissimo foglio di oro con raggi alfa (atomi di elio completamente ionizzati, ciò privati degli elettroni). L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non erano quasi mai deviati. Essi attraversavano il foglio di oro senza quasi mai esserne disturbati. Solo alcuni raggi alfa (1 %) erano deviati dal foglio di oro e lo erano in modo notevole (alcuni, addirittura, venivano completamente. respinti).

Da Thomson a Rutherford

Il modello di Rutheford (1911)

La carica positiva e quasi tutta la massa sono racchiuse nel nucleo centrale.Gli elettroni ruotano intorno al nucleo come i pianeti instorno al Sole.Il nucleo è piccolisimo (10-15 m) in confronto al resto dell'atomo (10-10 m).L'atomo è praticamente vuoto.

Il modello di Rutheford (1911)

Il modello di Rutheford (1911)

Sulla base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo in cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il cosiddetto nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotano attorno così come i pianeti ruotano attorno al sole.

Il modello di Rutheford (1911)

Il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relative enormi. Il modello di Rutherford ha però un grande "difetto" che lo mette in crisi. Secondo la teoria elettromagnetica una carica in movimento accelerato (non in moto rettilineo uniforme) emette onde elettromagnetiche e quindi perde energia. Per questo motivo, gli elettroni dell'atomo di Rutherford, perché ruotano su orbite circolari, dovrebbero emettere onde elettromagnetiche e quindi, perdendo energia, cadere nel nucleo cosa che invece non accade, perché gli atomi sono oggetti molto stabili (la materia appare normalmente stabile).

Il modello di Bohr (1913)

Le leggi della fisica classica non erano sufficienti a spiegare le osservazioni sperimentali.Bohr intuì che si doveva ricorrere alle nuove ipotesi quantistiche elaborate da Plank ad inizio secolo.Ecco i suoi postulati:-un elettrone può muoversi solo lungo definite orbite circolari in succesione discreta, cioè non tutte le distanza sono permesse (quantizzazione delle orbite)-quando un elettrone percorre una data orbita, non irradia energia. Solo a seguito di una transizione da un'orbita ad un'altra si ha una variazione del contenuto energetico dell'atomo (quantizzazione dell'energia)

Il modello di Bohr (1913)

1) l’elettrone percorre solo determinate orbite circolari dette orbite stazionarie; 2)all’elettrone sono permesse solo certe orbite, a cui corrispondono determinati valori di energia (quantizzata); 3) per passare da un’orbita a un’altra a livello energetico più elevato, l’elettrone assorbe energia; 4) per passare da un’orbita a un’altra a contenuto energetico minore, l’elettrone emette un fotone di appropriata frequenza; 5) l’energia del fotone emesso o assorbito corrisponde alla differenza di energia delle due orbite.

Il modello di Bohr

Le orbite degli elettroni in un atomo sono quantizzate:

Il modello di Bohr

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 stati eccitati. A ogni salto di orbita si ha una transizione energetica, ovvero emissione di energia sotto forma di fotone.

Il modello di Bohr

Ogni transizione dell’elettrone da uno stato eccitato a un livello energetico inferiore è caratterizzata da una riga nello spettro di emissione.

Il modello di Bohr

Secondo Bohr, la quantizzazione dell'elettrone può essere espressa mediante la relazione: dove h é la costante di Planck che vale 6,626x10-34 J s, ed n=1, 2, 3..... e è una costante.

Il modello di Bohr

Il raggio delle orbite, risulta quindi, quantizzato. Esso può assumere solo valori discreti in numero proporzionale al quadrato di n, che viene chiamato numero quantico principale, secono la legge: oppure

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Solo quando un elettrone passa da un livello energetico a un altro si ha una variazione del contenuto energetico del sistema. In particolare, se questa transizione avviene da un’orbita più esterna, corrispondente a un livello eccitato, a un’ orbita più interna, l’atomo emette un fotone la cui energia hν è pari alla differenza fra l’energia E1 dello stato iniziale eccitato e quella E2 dello stato finale.La frequenza ν della radiazione emessa si ricava perciò dalla relazione :

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

I valori dell'energia dell'atomo di idrogeno di Bohr saranno: Più in generale, un elettrone che ruota intorno ad un nucleo di carica Ze (Z=numero atomico) avrà un'energia:

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Dalle precedenti si trovano le frequenze:con n1 e n2 che sono i numeri quantici dello stato eccitato e lo stato finale e

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

Il modello di Bohr

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. Inoltre le righe sperimentalmente osservate erano molto più numerose di quelle previste sperimentalmente dalle sue relazioni. Infine, la sua teoria non forniva criteri logici per la ripartizione degli elettroni in ciascun orbitale.

Il livelli energetici, corrispondenti alle varie orbite descritte dall'elettrone dell'atomo di idrogeno sono, in genere, caratterizzato dal numero quantico principale, assunto uguale ad 1 per il livello findamentale.

Il modello di Bohr : diagramma dei livelli

Esercizi

Esercizi

Esercizi

Esercizi

Esercizi

Esercizi

Got an idea?

Use this space to add awesome interactivity. Include text, images, videos, tables, PDFs... even interactive questions!Premium tip: Get information on how your audience interacts with your creation:

• Visit the Analytics settings;
• Activate user tracking;
• Let the communication flow!

Got an idea?

Use this space to add awesome interactivity. Include text, images, videos, tables, PDFs... even interactive questions!Premium tip: Get information on how your audience interacts with your creation:

• Visit the Analytics settings;
• Activate user tracking;
• Let the communication flow!

Got an idea?

Use this space to add awesome interactivity. Include text, images, videos, tables, PDFs... even interactive questions!Premium tip: Get information on how your audience interacts with your creation:

• Visit the Analytics settings;
• Activate user tracking;
• Let the communication flow!