Chimica generale/Teoria atomica: differenze tra le versioni

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Gli '''elettroni''' sono particelle di massa infinitesima, cariche negativamente. Nel '''nucleo''', carico positivamente, risiede sostanzialmente tutta la massa dell'atomo; questo è costituito da un certo numero di '''protoni''', che sono i portatori della carica positiva, e da un certo numero di '''neutroni''' che non portano alcuna carica. Protoni e neutroni vengono indicati talvolta genericamente come '''nucleoni'''.
 
== Modelli atomici e loro evoluzioni ==
 
Il primo modello atomico fu proposto dal fisico inglese Joseph J. Thomson nel 1899. Egli affermava che l'atomo era un'entità materiale formata da elettroni disseminati in una massa positiva. In altre parole, l'atomo era una sfera omogenea caricata positivamente, nella quale sono immersi gli elettroni.
 
Questo modello atomico fu però messo in crisi dal connazionale Ernest Rutherford nel 1911. Egli studiò il comportamento che le particelle &alpha;α avevano nell'attraversare lamine sottilissime di metali molto malleabili come l'oro, il platino, ecc. Le particelle &alpha;α sono emesse da sostanze radioattive come il polonio, utilizzato nell'esperimento di Rutherford, e sono dotate di carica positiva e di una massa quattro volte superiore a quella dell'idrogeno; si tratta di ioni elio <math>He^{2++}</math>.
 
Dalle deviazioni subite dalla particella &alpha;α, Rutherford stabilì che l'atomo doveva avere una struttura quasi del tutto vuota e con una grande carica positiva nella sua parte centrale. Infatti, la maggior parte delle particelle &alpha;α attraversava la lamina metallica, ma alcune venivano deviate di un certo angolo, altre venivano addirittura riflesse. Il fenomeno era sorprendente in quanto le particelle &alpha;α, dotate di enorme forza cinetica, non avrebbero potuto essere deviate da un sistema atomico come quello ipotizzato da Thomson.
 
L'esperienza di Rutherford portò alla dimostrazione che la carica positiva e la massa dell'atomo erano concentrate in un nucleo centrale, ad elevata densità e carica.
Nonostante le novità della teoria di Bohr, questa presentava numerose limitazioni, la più importante di queste era che la teoria non riusciva a reggere per quegli atomi con più elettroni, essendosi, Bohr, basato sullo spettro dell’idrogeno che è un atomo con un solo elettrone. Inoltre nel periodo in cui si studiò lo spettro atomico non si avevano strumenti ad alto potere assolvente, cioè la loro capacità di distinguere nettamente le immagini era debole, quindi le misurazioni effettuate non erano perfette, perciò Bohr basò la sua teoria su dati “incompleti”.
 
== Dualismo Corpuscolo-Onda ==
 
Abbiamo visto che l'atomo è formato da un nucleo centrale circondato da elettroni che orbitano. Dato che le proprietà chimiche di un atomo dipendono dalla sua configurazione elettronica, è giusto concentrarsi sulla sistemazione degli elettroni attorno al nucleo prima di passare agli altri argomenti.
[[Immagine:Onda.png]]
 
La '''lunghezza d'onda''', che si indica con la lettera greca &lambda;λ (lambda) è definita come la distanza tra due punti con le stesse caratteristiche di perturbazione o di vibrazione nel cammino che segue la radiazione, cioè la distanza tra due picchi successivi, come mostrato in foto. L'unità di misura è il nanometro (nm) che equivale a <math>10^{-9}</math>m o l'Angstrom che è pari a <math>10^{-10}</math> m.
La '''frequenza''' &nu;ν (ni) indica il numero di vibrazioni in un secondo (<math>v = {1 \over T}</math>). La sua unità di misura è il <math>sec^{-1}</math>.
Il tempo '''T''' impiegato dalla vibrazione per compiere un'intera lunghezza d'onda è chiamato '''periodo'''.
 
 
== Livelli quantici ==
Il livello al quale un elettrone si trova quando l’atomo è a riposto si dice livello fondamentale, mentre quello al quale esso viene portato quando ha apporto di energia dall’esterno, per esempio l’arrivo di un fotone, si dice livello eccitato. L’elettrone riportandosi a livello fondamentale, emetterà poi a sua volta un fotone per liberarsi della maggiore energia acquisita. Per rendersi visivamente conto come si possano concepire orbite quantizzate fisse, si può pensare ad una parete ripida interrotta da fossette, entro le quali siano delle palline. Se una di queste palline cade verso il basso, non può fermarsi che entro un’altra fossetta, non avendo altro mezzo di arrestarsi lungo la parete ripida.<br />
In tal modo la teoria di Bohr prevede una serie discreta di livelli quantici che vengono definiti con le lettere K, L,M, N,O, P.
 
== Calcolo delle orbite ==
Bisogna premettere che in natura è sempre più stabile quell’equilibrio che ha in sé la minor energia, per esempio una pietra in cima ad una montagna può rotolare ed ha la massima energia, a metà avrà metà energia e ai piedi del monte avrà la minor energia possibile.<br />
Così ogni elettrone che entra in un atomo è caratterizzato da 4 numeri quantici che gli consentono di avere la minor energia.
 
* il numero quantico di spin ''s''
 
Come regola generale si può stabilire che i numeri quantici più bassi descrivono elettroni di minor energia di quelli con più alti numeri quantici. Per esempio un elettrone con n=1, l=0, avrà minore energia di un elettrone con n=4 l=2. Questo non significa che tutti gli elettroni in ciascuno dei 102 elementi abbiano n=1 l=0 s=-1/2 m=0.<br />
 
== Atomo di Sommerfeld ==
Ecco, quindi, che Sommerfeld basandosi sulla geometria analitica dell’ellisse definì orbite ellittiche su cui l’elettrone ruota. Inoltre se veniva assegnato un asse maggiore, secondo Sommerfeld, era possibile ottenere solo un determinato numero, quantizzato, di assi minori secondo l’equazione:
 
'''0 &lt;< (l+1)/n ≤ 1 ⇒ l = n + 1'''
 
Pertanto, visto che l’eccentricità ha valori 0 ≤ e ≤ 1 allora escludendo il caso in cui l’eccentricità sia uguale a zero, avremo:
Qunado gli elettroni vanno raccogliendosi intorno ad un nucleo bisogna considerare un altro fattore, detto il ''principio di esclusione del [[w:Wolfgang Pauli|Pauli]]''. In un orbitale al massimo possono coesistere due elettroni ma con numero quantico di spin opposto
*IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DEL PAULI
Due elettroni non possono avere tutti e quattro i numeri quantici uguali<br />
analogo a dire che due corpi non possono essere nello stesso tempo, nello stesso posto.
 
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