Un atomo è quindi composto da un nucleo formato da
nucleoni (protoni e neutroni) e da elettroni (in egual
numero dei protoni, quando l'atomo è elettricamente neutro)
che gli ruotano attorno. Ogni atomo è indicato da una sigla e
da due numeri : il numero atomico (il numero dei protoni
identico al numero degli elettroni) indicato in basso vicino al
simbolo dell’elemento ed il numero di massa (il numero dei
nucleoni, ovvero dei protoni e dei neutroni che costituiscono
il nucleo) indicato in alto.
Un atomo può esistere in natura con un ugual numero
atomico ma diverso numero di massa. Simili atomi sono
detti isotopi ed hanno le stesse proprietà chimiche (cioè
di
creare
composti,
molecole,
dalle
stesse
proprietà). Esistono isotopi stabili e radioattivi, le
diverse quantità sono espresse come abbondanza %
Teoria di Thompson
• L´atomo è una sfera. In essa la carica
positiva è distribuita uniformemente
mentre gli elettroni si trovano dispersi
all´interno della sfera come i semi in una
anguria. La carica dell’atomo è
globalmente neutra.
Esperimento di Rutherford
Una sorgente radioattiva sparava un fascio di particelle alfa (42He2+),
contro una sottilissima lamina d'oro (le particelle alfa hanno una
massa molto più piccola di un atomo d'oro). Attorno alla lamina d'oro
era stato disposto uno schermo ricoperto di solfuro di zinco, in modo
che le particelle alfa colpendo lo schermo, lasciassero tracce
microscopiche nel solfuro di zinco.
Secondo la teoria per cui gli atomi sono sfere permeabili neutre, ci si
aspettava che le particelle alfa, dotate di alta energia, non avessero
problemi a sfrecciare attraversando qualche atomo. Le particelle alfa
avrebbero dovuto semplicemente passare dritte attraverso la lamina d'oro
e lasciare delle tracce in una piccola regione dello schermo posto dietro
la lamina.
Anche se la maggior parte delle particelle alfa era deviata solo di poco
rispetto alla traiettoria iniziale, alcune erano molto deviate e pochissime
addirittura rimbalzavano indietro, nella direzione da cui provenivano. Era
noto che cariche elettriche dello stesso tipo provocavano una significativa
deviazione di ''proiettili " molto più pesanti.
Un modello di nucleo centrale ed elettroni ruotanti su orbite esterne non poteva
essere spiegato con le leggi della fisica classica.
La luce ha anche un
carattere corpuscolare
se si considera costituita
da fotoni ciascuno con la
propria energia E= hn
h =6,6 10-34 j s
Caratteristiche delle onde
Molte informazioni sugli elettroni vengono
dagli spettri di emissione atomica prodotti
da atomi eccitati per effetto termico o
elettrico.
Ogni linea spettrale corrisponde alla l relativa alla
energia emessa, e lo spettro è l’impronta digitale dei
vari elementi.
Bohr scrisse equazioni del moto dell’e- per H secondo
orbite circolari a raggi discreti ed E quantizzate (ogni
orbita corrispondeva a un preciso livello energetico
dell’elettrone).
Gli elettroni potevano passare solo da un’orbita all’altra,
ma le leggi della fisica classica non spiegavano la
stabilità dell’atomo anche dopo il miglioramento con le
orbite ellittiche di Sommerfield. Il modello di Bohr
invece applicava la meccanica classica all´elettrone
come se si trattasse di una pallina da tennis in moto.
Si dovette passare alla meccanica quantistica per
spiegare e descrivere meglio il moto degli elettroni.
Anche gli elettroni come le radiazioni
elettromagnetiche hanno natura corpuscolare e
ondulatoria
Ad ogni particella di massa m in movimento a
velocità v è associata un´onda
l= h/mv
Relazione di De Broglie
Tale relazione vale per tutta la materia ma è
evidenziabile solo per le particelle
microscopiche.
Principio di indeterminazione di Heisemberg
È impossibile determinare esattamente, ad un dato istante, la
posizione di una particella avente massa della ordine di grandezza
di un elettrone e la sua velocità, in quanto la relazione che lega le
incertezze sulla posizione e sul prodotto velocità x massa (quantità di
moto p) della particella è:
DxDp= h/4p
con h = costante di Planck = 6,6252 * 10-27 erg s
= 6,6257*10-34J*s.
Volendo infatti osservare un elettrone attraverso una sorgente di luce
che lo illumini, essa emetterebbe fotoni ad alta energia che,
interagendo con gli elettroni, comporterebbero una deviazione dalla
loro traiettoria e una variazione della loro velocità. Utilizzando anche
una sorgente di fotoni a bassa energia, non sarebbe possibile
determinare la posizione dell'elettrone con sicurezza
I risultati di Heisenberg e De Broglie:
Sanciscono che il metodo con il quale sino ad allora era stato
studiato l’ atomo era inappropriato, ed aprono pertanto la strada
alla meccanica ondulatoria.
L’equazione
ondulatoria:
di
Schroedinger
basata
sulla
meccanica
È una funzione matematica  il cui quadrato indica la
probabilità che l´elettrone ha di trovarsi in un determinato
volume unitario dello spazio. Essa deve rispondere ai 3 seguenti
requisiti :
normalizzazione la probabilità totale (estesa a tutto lo spazio) di
trovare un elettrone è massima 100% .
univocità
 in ogni punto dello spazio è plausibile un solo
valore della funzione d´onda.
limitatezza  in nessun punto la densità di probabilità può essere
infinita.
Soluzione di Schroedinger del tipo n,l,m (funzione d’onda) con
tre numeri correlati tra loro detti numeri quantici. Soluzione
il n° quantico n (1,2,3…):
Identifica una distanza dal nucleo detta raggio di Bohr per la
quale l´energia dell’elettrone assume un determinato valore.
Per n = 1 l´energia è minima, negativa ed è lo stato a cui tutti
gli elettroni tendono, essendo il più stabile. Per n = ∞
l´energia è massima e pari a 0 in quanto l´elettrone si trova a
distanza infinita dal nucleo.
Il n° quantico l (0,…..n-1):
È in relazione con energia e forma della regione di spazio
occupata dall’elettrone
Il n° quantico m (-l, 0,+l):
Influenza gli orientamenti spaziali delle superfici limitanti le
regioni di spazio a maggiori probabilità di trovare e-.
ORBITALE
È una funzione d´onda che rispetta le 3
restrizioni ed alla quale sono stati assegnati
valori plausibili per i 3 numeri quantici. Ogni
orbitale
è
indicato
con
numero
(corrispondente ad n) e una lettera
(dipendente da l) e rappresenta la regione di
spazio che racchiude 90-95% di probabilità di
trovare e-.
GUSCIO o STRATO
È l´insieme degli orbitali aventi lo stesso
numero quantico principale.
Gli orbitali s e p.