Volume 1

In conclusione, possiamo affermare che l energia posseduta dagli elettroni è quantizzata poiché non esistono valori intermedi tra i diversi stati stazionari. In seguito vedremo che è meglio parlare di livelli di energia degli elettroni invece che di stati stazionari. 3. 3 MODULO B Luis Broglie Dieppe 1892 - 1987 Fisico francese Nel 1924 sulla sua tesi di dottorato formula una teoria per la quale la materia presenta proprietà corpuscolari e ondulatorie, teoria in seguito confermata da Davisson e Germer nel 1927. Premio Nobel 1929. Lo spettro atomico dell idrogeno Quando si riscalda un metallo sulla fiamma si ha emissione di luce visibile. La luce emessa può essere analizzata con uno spettroscopio, un apparecchio che scinde la luce nei vari colori che la compongono; in pratica si ottiene una banda di colori che viene definito spettro, il quale può essere continuo nel caso in cui compaiano senza discontinuità radiazioni di tutte le lunghezze d onda; discontinuo quando è formato solamente da radiazioni di particolari frequenze. Ciò accade, ad esempio, nello spettro dell idrogeno (Fig. 3.4). Esso è il più semplice, perché si ha che fare con un solo elettrone che passa da uno stato energetico all altro. Quando l elettrone eccitato ritorna al suo stato energetico stazionario emette energia sotto forma di luce di determinata lunghezza d onda. Lo spettro atomico dell idrogeno venne studiato per la prima volta nel 1880, quando venne scoperta una serie di righe nella regione del visibile detta serie di Balmer. Venne poi utilizzata da Bohr nello sviluppo del suo modello dell atomo di idrogeno. Figura 3.4. Spettro discontinuo dell idrogeno. lamina con fenditura prisma raggio di luce bianca 3. 4 spettro continuo della luce che corrisponde ai colori dell arcobaleno L atomo quantomeccanico Secondo la teoria di Bohr della struttura dell atomo di idrogeno, l elettrone ruota intorno al nucleo descrivendo un orbita ben definita e a una distanza fissa dal nucleo (Fig. 3.5). Questa ipotesi, all inizio, ebbe un successo strepitoso; all epoca gli scienziati credettero di poterla applicare per prevedere e calcolare i livelli energetici di tutti gli atomi. L estensione della teoria di Bohr ad atomi con due o più elettroni diede però risultati che erano in accordo con i dati sperimentali solo sotto il punto di vista qualitativo e non quantitativo. Se viene applicata la teoria di Bohr per il calcolo dell energia degli elettroni e della lunghezza d onda dell atomo di elio, si ha un errore del 5% rispetto ai dati sperimentali. Evidentemente il modello di Bohr presenta un problema fondamentale. In seguito gli scienziati scartarono l ipotesi che l elettrone descrive orbite circolari Orbita e- Neutroni Protoni (+) e- Figura 3.5. Struttura dell atomo secondo la teoria di Bohr. Rappresentazione schematica della struttura di un atomo di elio secondo la teoria delle orbite. 57 U. 3 - La struttura atomica 4. un elettrone può passare da un numero quantico n inferiore ad un altro numero quantico n superiore, assorbendo un energia pari al dislivello esistente tra i due numeri quantici: in questo modo l elettrone si è eccitato. Viceversa, se un elettrone eccitato ritorna al suo stato iniziale emette la quantità di energia che precedentemente aveva assorbito; 5. quando un elettrone si trova nella sua orbita stazionaria si dice che esso è allo stato fondamentale.