Volume 1

Problem solving intorno al nucleo per passare al concetto di orbitale e al moto ondulatorio dell elettrone. Per quale motivo non è possibile conoscere la posizione di un elettrone in un determinato istante e all interno del suo orbitale? Natura ondulatoria dell elettrone Nel 1924 Broglie propose la teoria per cui le particelle possono avere alcune proprietà delle onde. Egli dimostrò che la lunghezza d onda di una particella di massa m che si muove con una velocità v deve essere espressa dalla seguente formula: = h/m v Joseph C. Davisson (1) Successivamente, Davisson e Germer vagliarono la previsione di Broglie e dimostrarono che un fascio di elettroni aveva proprietà ondulatorie e che la lunghezza d onda dell elettrone corrispondeva esattamente a quella prevista da Broglie. Ora, per comprendere meglio il concetto di moto ondulatorio dell elettrone, osserviamo la Figura 3.6. Essa mette in evidenza il moto ondulatorio di un elettrone che descrive un orbita circolare intorno al nucleo. In queste condizioni, l elettrone deve avere ben determinati valori di lunghezza d onda, perché nei ripetuti moti di rivoluzione le onde devono essere esattamente in fase tra loro, cioè devono avere sempre la stessa ampiezza in ogni punto. Questo vuol dire che l elettrone deve percorrere la circonferenza 2 r, un numero intero di volte indicato con n, pertanto: 2 r = nl Bloomington Illinois 1881 Charlottesville Virginia 1958 Fisico statunitense Nel 1927 studiò e scoprì con Germer la diffrazione degli elettroni. Premio Nobel nel 1937. l = lunghezza d onda n = numero intero, cioè 1, 2, 3, 4, 5, 6, . Se andiamo a sostituire a la (1) si ha: 2 r = nh/mv oppure mvr = nh/2 : Questa equazione rappresenta il moto dell elettrone intorno al nucleo. Figura 3.6. Affinché abbia un moto ondulatorio stabile l elettrone deve ripercorrere lo stesso cammino nelle orbite successive, ciò si verifica quando il valore di n è intero, ad esempio uguale a 3 oppure a 4, ecc.; perché la condizione . Invece di stabilità è 2 r = n quando n = 3,5 l onda è instabile, perché l elettrone non compie lo stesso percorso nelle orbite successive (orbita tratteggiata). e 58 e e e e e 3. Figura 3.7. Nuvole elettroniche. La densità della nuvola elettronica è proporzionale alla probabilità di trovare l elettrone. e 5 e e e e Nuvole elettroniche, probabilità di trovare l elettrone Se l elettrone si comporta come un onda, allora non è possibile conoscere con esattezza la sua posizione in un dato istante, quindi esiste un problema fondamentale nei confronti dell atomo di Bohr. Noi dell elettrone possiamo sapere la lunghezza d onda, la sua energia, anche la sua ampiezza, ma non è possibile in alcun modo sapere dove si trova l elettrone in un determinato momento. Quindi, per risolvere questo problema, il modello di Bohr deve essere abbandonato. Infatti, nel 1920 venne sviluppata una nuova disciplina, denominata meccanica quantistica. Meccanica quantistica = studio del moto e delle energie delle particelle confinate in piccolissime regioni dello spazio. Pertanto la teoria quantomeccanica si occupa del calcolo delle probabilità di trovare l elettrone in una precisa regione dello spazio atomico.