Struttura dell'atomo• L'atomo è costituito da:

• nucleo– quasi tutta la massa, volume trascurabile– carica positiva– costituito di protoni e neutroni

• elettroni– quasi tutto il volume, massa trascurabile– carica negativa

Particelle subatomiche

• protone– massa 1,673•10-27 kg 1 u.m.a.– carica +1,60•10-19 C +1

• neutrone– massa 1,675•10-27 kg 1 u.m.a.– carica 0

• elettrone– massa 9,11•10-31 kg 0 u.m.a.– carica -1,60•10-19 C -1

Nucleo e elettroni• nucleo

– n. atomico Z = n. di protoni– n. di massa A = n. di protoni + n. di neutroni– n. di neutroni = A - Z– carica elettrica +Z

• elettroni– Z elettroni– carica elettrica -Z

• massa totale A u.m.a.

• carica totale 0

La Fisica classica è insufficiente

• La Terra e i pianeti girano intorno al Sole– il moto inerziale li allontana– l'attrazione gravitazionale li spinge sul Sole– i due effetti si bilanciano

• Gli elettroni girano intorno al nucleo?NO !

– gli elettroni hanno carica elettrica: se girassero emetterebbero energia

Secondo la Fisica classical'atomo non può esistere

La meccanica quantistica

• gli oggetti non hanno posizione e velocità misurabile

• non possono avere energia qualsiasi ma solo valori determinati

• non sono regolati dalle leggi di Newton come F = m a

• onde e particelle non sono cose diverse

Ep

QUANTIZZAZIONE DELL’ ENERGIA

Variazione discreta Variazione continuadi energia di energia

La meccanica quantistica

• l'elettrone è descritto da una funzione matematica ψ (psi) definita in ogni punto dello spazio (funzione d'onda)

• ψ è calcolabile teoricamente, ma in pratica la matematica è complicata e si usano funzioni approssimate

• l'elettrone è distribuito in tutto lo spazio con densità proporzionale a ψ2, in pratica solo dove ψ2 è grande

descrizione ultrasemplificata

L'atomo di idrogeno• L'atomo di Idrogeno H è il più semplice• il nucleo è un protone, niente neutroni• Z = 1 A = 1• intorno al nucleo c'è un solo elettrone• è l'unico atomo per cui sappiamo

calcolare esattamente le possibili funzioni d'onda dell'elettrone

• si usano le ψ esatte dell'idrogeno per fare modelli ragionevoli per gli elettroni degli altri atomi

Orbitali• Le funzioni d'onda si calcolano sempre a

coppie, chiamate orbitali

• Le due ψ di un orbitale sono identiche per la distribuzione nello spazio

• Si dice che un orbitale può contenere 1 o 2 elettroni, o essere vuoto (0 elettroni)

• L'orbitale è una funzione matematica

• L'orbitale definisce l'energia e la forma (disposizione nello spazio) dell'elettrone

X = c

c = velocità di propagazione nel vuoto delle radiazioni elettromagnetiche

2,998 x 108 m x s-1

300 000 km x s-1

a

Luce e elettroni

• La luce è fatta di fotoni E = hνcostante di Planck h = 6,6310-34 Js• Gli elettroni occupano gli orbitali a

energia più bassa• Se e- assorbe un fotone passa a un

orbitale di energia maggiore di hν• Se e- passa a un orbitale a energia più

bassa di E, emette un fotone a frequenza ν