Volume 1

3. 6 Perché l atomo non si annichila? Chicago 1896 Millington New Jersey 1971 Fisico statunitense Con Davisson scoprì nel 1927 la diffrazione degli elettroni, scoperta che costituì la conferma sperimentale della teoria di Broglie, in base alla quale la materia presenta proprietà corpuscolari e ondulatorie. Ha svolto ricerche sui fenomeni termoionici e di tensione superficiale. Nei paragrafi precedenti, abbiamo visto che l elettrone si muove intorno al nucleo in uno spazio definito orbitale (Fig. 3.8). Orbitale = regione di spazio, dell atomo, nella quale si ha la massima probabilità (95%) di trovare l elettrone. Muovendosi in tutte le direzioni gli elettroni dovrebbero irradiare energia, visto che si è sempre osservato che cariche elettriche (elettroni) in movimento sotto l influenza di una forza di attrazione (nucleo) perdono energia. Una perdita che comporterebbe un rallentamento del moto dell elettrone, fino a renderlo incapace di vincere la forza di attrazione del nucleo; come conseguenza si avrebbe la caduta dell elettrone sul nucleo con moto a spirale e l annullamento dell atomo. Poiché ciò non si verifica, dobbiamo cercare di capire quali sono, esattamente, le caratteristiche degli elettroni nell atomo. Per la soluzione di questo problema dobbiamo studiare le proprietà della luce Figura 3.8. Rappresentazione S (a forma di emessa dalle sostanze riscaldate all incandescenza. Se facciamo passare dell orbitale sfera). Un orbitale è lo spazio attraverso un prisma la luce bianca emessa da un filamento di una lampadina, in cui c è il 95% di otteniamo uno spettro continuo di colori (Fig. 3.9). Ognuno corrisponde a probabilità di trovare radiazioni di diversa energia. Se ripetiamo l esperimento con una fiamma alla l elettrone. quale è stato aggiunto un sale (Laboratorio Analisi per via secca) non si ottiene uno spettro continuo, come nel caso della lampadina, ma uno a righe (Fig. 3.10). Dal momento che una linea spettrale corrisponde ad una luce di definita energia, questo vuol dire che l atomo può emettere solo energie di un determinato valore. Se facciamo analisi alla fiamma con sali di diversi elementi (ad esempio sale del sodio come il solfato di sodio Na2SO4 oppure con un sale del litio come il nitrato di litio LiNO3) e ne osserviamo gli spettri, si vedrà che ogni elemento è Figura 3.9. Spettro continuo. caratterizzato dal suo spettro a righe; quindi il sodio possiede un suo spettro caratteristico come pure il litio. Inoltre si vedrà che vi è una certa regolarità nelle linee di un dato elemento e si osserverà che tra gli spettri di diversi elementi vi è una certa relazione. Come si può spiegare questo fenomeno degli spettri a righe degli elementi quando questi vengono Figura 3.10. Spettro discontinuo. eccitati da una fonte di energia, come quella di una fiamma? Per rispondere alla domanda dobbiamo utilizzare la teoria dei quanti di energia della teoria quantistica (vedi paragrafo I postulati di Bohr). Questa teoria spiega l esistenza degli spettri a righe e anche perché gli elettroni non cadono sul nucleo. 59 MODULO B Albert L. Germer U. 3 - La struttura atomica Ad esempio, essa ci permette di dire che c è una probabilità del 95% di trovare l elettrone dell idrogeno ad una distanza di 0,14 nm dal nucleo. Nel 1926, Erwin Schroedinger, partendo dalle considerazioni di Broglie, sviluppò un equazione abbastanza complessa per il calcolo dell ampiezza dell onda dell elettrone nei vari punti dello spazio. Una volta risolta l equazione di Schroedinger, è possibile calcolare la probabilità di trovare una particella in una particolare regione dello spazio. Nel caso degli elettroni, è possibile proporzionare la probabilità di trovare l elettrone con la sua densità di carica; pertanto si può tracciare graficamente la nuvola elettronica che indica la densità di carica (Fig. 3.7) negli atomi e nelle molecole. Rispetto al modello di Bohr, l equazione d onda di Schroedinger può essere applicata anche ad atomi diversi dall idrogeno e alle molecole.