Volume 1

e- 3. Figura 3.1. Ricordiamo la rappresentazione schematica dell atomo di idrogeno. Figura 3.2. Rappresentazione dell orbitale atomico dell idrogeno sotto forma di nuvola elettronica che rappresenta (con la sfumatura di colore) la probabilità di posizione dell elettrone rispetto al nucleo. Una nuvola elettronica. 1 Nell Unità 2 abbiamo brevemente accennato alla struttura dell atomo. Come ricorderete l atomo possiede queste caratteristiche: 1. è formato da un nucleo e dagli elettroni; 2. il nucleo è positivo ed è costituito da protoni e neutroni; 3. il numero dei protoni determina le caratteristiche dell elemento e viene detto numero atomico; 4. la carica dell elettrone ( 1) è uguale a quella del protone (+1), ma di segno opposto; 5. il numero dei protoni è uguale al numero degli elettroni, quindi l atomo è elettricamente neutro; 6. le proprietà chimiche di un atomo dipendono dalla sua struttura elettronica, definita anche configurazione elettronica, cioè dal numero degli elettroni e da come sono disposti attorno al nucleo; 7. se si conosce la configurazione elettronica di un atomo è possibile prevedere molte delle proprietà chimiche dell elemento corrispondente. Per poter spiegare le caratteristiche dell atomo sopra elencate, dobbiamo prendere in considerazione le energie degli elettroni. Esse si possono ricavare dalla teoria quantistica, che è stata formulata per la prima volta nel 1900 da Max Plank. Sin da allora, gli scienziati cercavano di spiegare come le cariche positive e negative fossero disposte negli atomi. Il problema venne risolto in parte nel 1911 da Rutherford con la dimostrazione del nucleo atomico (Unità 2). Il modello atomico che egli proponeva riproduceva (in scala infinitesimale) un sistema planetario: un nucleo centrale e gli elettroni ruotanti attorno ad esso. Questo modello ha però un punto debole: secondo le leggi della fisica classica, una particella in movimento (elettroni) intorno ad una forza di attrazione (nucleo) deve alla fine rallentare il suo moto e cadere sulla fonte da cui ha origine la forza attrattiva. Si è calcolato che un sistema atomico configurato secondo questo modello planetario avrebbe la vita di un secondo. Successivamente, nel 1913 Niels Bohr, giovane fisico danese, sviluppò un modello matematico per descrivere la struttura atomica dell atomo di idrogeno. Per il suo modello Bohr fece riferimento alla rappresentazione dell atomo di Rutherford utilizzando, però, anche la teoria quantica di Plank, cioè il concetto della quantizzazione dell energia degli elettroni. Il concetto d energia quantizzata (Fig. 3.3) può essere chiarito ricorrendo al seguente esempio: se facciamo correre la pallina lungo un piano inclinato, questa scende con moto continuo senza sbalzi; volendo possiamo arrestarla a qualsiasi livello del piano; se invece facciamo scendere la pallina lungo una gradinata, essa avrà un moto non continuo ma saltellante; se vogliamo fermarla possiamo farlo solo a determinati livelli, cioè in corrispondenza dei gradini: quindi essa si posiziona solo su livelli ben definiti, in pratica quantizzati. Max Plank Kiel 1858 Gottinga 1947 Fisico tedesco Ebbe il premio Nobel per la fisica nel 1918: fu tra i maggiori fisici contemporanei. Il suo nome resta legato alla teoria della quantizzazione dell energia, che si è rivelata una delle idee più importanti della fisica moderna. Niels Bohr Copenaghen 1885 - 1962 Fisico Ha posto le basi della moderna teoria atomica dell atomo. 3. Figura 3.3. Ricordiamo la rappresentazione dell energia quantizzata. Problem solving Quando un automobile percorre una strada in discesa, possiamo dire che possiede energia? 56 L atomo di Bohr 2 I postulati di Bohr Il modello dell atomo di Bohr si basa sui seguenti postulati: 1. l elettrone descrive un orbita (orbita stazionaria) circolare intorno al nucleo, il raggio di tale orbita corrisponde al numero quantico n; 2. quando un elettrone si trova su un orbita stazionaria non emette né assorbe energia; 3. l energia di ciascuna orbita stazionaria è caratterizzata dal corrispondente valore del numero quantico n: l energia dell orbita stazionaria risulta pertanto ben definita, quindi quantizzata;