Int

ens

it

Lunghezza donda

Max Planck

Spettro di corpo nero

Effetto fotoelettricoAlbert Einstein

La conducibilit elettrica nei gas rarefattiTubo di Crookes. Raggi catodici e anodici.

5 10 kV

alla pompa da vuoto

-+

A C

I

T = ambiente - d.d.p. ~ 103 V

P = 1 atm I = 0

5 10 kV

alla pompa da vuoto

-+

A C

I

T = ambiente - d.d.p. ~ 103 V

P = 1 atm I = 0 P ~ 1 torr I > 0 (bagliore emanato da tutta la massa gassosa)

5 10 kV

alla pompa da vuoto

-+

A C

I

T = ambiente - d.d.p. ~ 103 V

P = 1 atm I = 0 P ~ 1 torr I > 0 (bagliore emanato da tutta la massa gassosa) P ~ 10-6 atm I > 0 (debole luce fluorescente sulle pareti di fronte al catodo)

5 10 kV

alla pompa da vuoto

-+

A C

I

La scoperta dellelettroneEsperienza di Thomson

-

+

catodo

anodo

ZnS

-

+

E

a

H

)/(1076,12 8

2gC

H

Etg

m

q

a

raggi catodici particelle subatomiche cariche negativamente

(elettroni) di massa ~1800 volte pi piccola

della massa dellatomo didrogeno

Determinazione della carica dellelettroneEsperienza di Millikan

Iniettore

Telescopio

+

-

Sorgente

raggi X

Sorgente

raggi X

Gocce di olio

Spruzzo di olio

osservato

Sorgente

raggi X

r

mg

6v

34

3d

r

m

r

Eqmg

6

)(v'

Cnneq 191060,1

m, r.

Thomson aveva calcolato:

e/m= 1,76 1011 C/Kg

da cui si dedusse: m= 9,1110-31 Kg= 9,1110-28 g

Un valore circa 1800 volte pi piccolo della massa dell'idrogeno. Quasi tutta lamassa atomica , quindi, associata alla carica positiva (cio, come vedremo, concentrata nel nucleo)

Modello atomico di J. J. Thomson (1897)

Egli ipotizz il suo modello:Tutta la massa e la carica positiva sonodistribuite uniformemente in una sfera di raggio 1 (10-10 m). Glielettroni sono distribuiti in questa sfera agendo da collante per le carichepositive, e sono in numero tale da rendere neutro latomo

J. J. Thomson(1856-1940)Nobel 1906

RadioattivitRaggi alfa, beta e gamma.

Pierre & Marie Curie

Il nucleo atomicoEsperienza di Rutherford

Modello atomico di Rutherford (1911)

(Modello dinamico basato sulla meccanica newtoniana)

tutta la carica positiva e quasi tutta la massa sono concentrate in un nucleo di raggio ~10-4. Atomo vuoto

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

gli elettroni, in numero uguale alla carica nucleare, ruotano intorno al nucleo

Rappresentazione del modello di atomo che spiega lesperimento di Rutherford

Ernest Rutherford(1871-1937)Nobel 1908

Modello atomico di Rutherford (1911)

(Modello dinamico basato sulla meccanica newtoniana)

tutta la carica positiva e quasi tutta la massa sono concentrate in un nucleo di raggio ~10-4. Atomo vuoto

gli elettroni, in numero uguale alla carica nucleare, ruotano intorno al nucleo

Ernest Rutherford(1871-1937)Nobel 1908

ma..

Radiazioni elettromagnetiche

Una radiazione elettromagnetica una radiazione caratterizzata da un campo

elettrico E e uno magnetico H perpendicolari tra loro e perpendicolari alla direzione

di propoagazione. La sua velocit nel vuoto c = 2,9979108 m/sec.

Rappresentazione di un onda elettromagnetica.Sorgente

Direzione dipropagazione

Vettoreelettrico

Vettoremagnetico

Grandezze caratteristiche di un onda elettromagnetica.

Lunghezza donda: rappresenta la distanza tra dueminimi o due massimi (unit di lunghezza: m, cm,nm, , )

Frequenza: =c/, rappresenta nellunit di tempoil numero di vibrazioni di un onda di lunghezzadonda (unit di tempo-1: sec-1, Hz)

Ampiezza: rappresenta laltezza di una cresta ed indicativa dellintensit dellonda

A

E = h h = 6.62610-34 J s (cost. di Planck)

Spettro delle radiazioni elettromagnetiche

Interazioni tra luce e materia

Un prisma un oggetto ingrado di disperdere la lucebianca nelle sue componentimonocromatiche

Interazioni tra luce e materia

Spettro: insieme delle frequenze che compongono la radiazione

analizzata dallo spettrometro

Spettro (continuo) della luce bianca

Interazioni tra luce e materiaSpettri atomici

Interazioni tra luce e materiaSpettro dellidrogeno: eq. di Balmer-Ritz

costante di Rydberg (109678 cm-1)

22

21

_ 11

nnRH

n1 e n2 interi con n1< n2

RH

eq. di Balmer-Ritz:

Modello atomico di Bohr (1913)(Atomo di idrogeno)

1 postulato latomo si trova in uno stato stazionario che non irradia

energia

2 postulato le orbite permesse allelettrone di massa m e di velocit v, in

ogni stato stazionario sono circolari e solo quelle aventi un

raggio r tale da rendere il suo momento angolare mvr pari a un

multiplo intero del quanto di momento angolare h/2

3 postulato latomo pu assorbire o irradiare energia solo quando passa da uno

stato stazionario ad un altro

Niels Bohr(1885-1962)Nobel 1922

Modello atomico di Bohr(Atomo di idrogeno)

quantizzazione del raggio

22

22

2

222

2

222

2

2

'4 me

hn

me

rvm

e

rmvr

r

vm

r

eFF centrifugaattrazioned

(n=1, 2, 3, numero quantico)

Modello atomico di Bohr (Atomo di idrogeno)

quantizzazione dellenergia

E V Te

rmv

e

rm

v

rmv

e

r

Ee

r

e

r

e

r

e

nh

me

me

n h

2

2

2

2

2

2

2

2 2 2 2

2

2

2 2

2 4

2 2

1

2

1

2 2

2 22

4

2

022

42

2

121E

nh

me

nEn

Modello atomico di Bohr

E

0 n=

E1= - 0 n=1

(n=1), E1

r1

E2= -1/4 0 n=2

(n=2), E2

4r1=r2E3= -1/9 0 n=3

(n=3), E3

9r1=r3E4= -1/16 0 n=4

(n=4), E4

16r1=r4

Serie di Lyman

(lontano UV)

Serie di Balmer

(UV-VIS)E2-1= E2 E1

E3-1= E3 E1

E4-1= E4 E1

E2-1E3-1E3-1

hE

Modello atomico di Bohr

0222

42 12E

nhn

meEn

hEnn

Enn

EEE

02

2

2

1

02

1

2

2

12

1111

/1 /c c

02

2

2

1

11E

nnhc

hc

E

nn

0

2

2

2

1

11

eq. di Balmer-Ritz

2

2

2

1

11

nnRH hcERH /0

Modello atomico di Bohr

Spettro di emissione

E = hc/

n = 5 = 3 = 2 = 1= 4

Questa transizione

non possibile

2

0

n

EEn

Limiti del modello atomico di Bohr

incapacit di interpretare i risultati spettroscopici diatomi polielettronici

incapacit di offrire qualsiasi base teorica perinterpretare le propriet direzionali dei legami chimici

intrinseca contraddizione (si postula che lelettrone nonubbidisce alle leggi della fisica classica e si usanoproprio queste leggi per definire il raggio delle orbite elenergia del sistema)

Il modello di Bohr, per quanto stimolante,

ha delle limitazioni:

Estensione del modello atomico di Bohrnumeri quantici l ed m

Le orbite descritte dal moto dellelettrone intorno al nucleo sono ellittiche, con

una eccentricit quantizzata (Sommerfeld: numero quantico l) e assumono

orientazioni nello spazio quantizzate (effetto Zeeman: numero quantico m)

n=1, 2, 3, numero quantico principale

l=0, 1, (n-1) numero quantico secondario

m=0, 1, l numero quantico magnetico

Estensione del modello atomico di Bohril numero quantico l

Le orbite descritte dal moto dellelettrone intorno al nucleo sono ellittiche, con

una eccentricit quantizzata

n =1, 2, 3, numero quantico principale

l = 0, 1, (n-1) numero quantico secondarioa

b =

n

l 1

Estensione del modello atomico di Bohril numero quantico m

Le orbite descritte dal moto dellelettrone intorno al nucleo assumono

orientazioni nello spazio quantizzate (effetto Zeeman: numero quantico m)

Lorientazione del vettore momento angolare non pu coincidere con una delle infinite posizioni nellarco dei 180 gradi intorno al campo magnetico applicato ma deve essere quantizzata secondo la:

ove langolo che il momento angolare forma con la direzione positiva del campo magnetico, l il numero quantico secondario dellorbita ed m il

terzo numero quantico, detto magnetico, che deve, ovviamente, assumere solo valori interi.

con

Estensione del modello atomico di Bohrnumeri quantici n, l ed m

Le orbite descritte dal moto dellelettrone intorno al nucleo sono ellittiche, con

una eccentricit quantizzata (Sommerfeld: numero quantico l) e assumono

orientazioni nello spazio quantizzate (effetto Zeeman: numero quantico m)

n=1, 2, 3, numero quantico principale

l=0, 1, (n-1) numero quantico secondario

m=0, 1, l numero quantico magnetico

Quantizzazione di Bhor:

Orbita dellelettrone