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ATOMI E PARTICELLE SUBATOMICHE

ELETTRICITÀ DELL’ATOMO

ESISTONO DUE TIPI DI CARICHE ELETTRICHE,DENOMINATE CONVENZIONALMENTE NEGATIVA EPOSITIVA

CARICHE DI SEGNO UGUALE SI RESPINGONO, MENTRECARICHE DI SEGNO OPPOSTO SI ATTRAGGONO

LE CARICHE ELETTRICHE POSSONO PASSARE DA UNCORPO AD UN ALTRO

UN CORPO È ELETTRICAMENTE NEUTRO QUANDOPOSSIEDE UGUAL NUMERO DI CARICHE POSITIVE ENEGATIVE

L’ELETTRONE

W. CROOKES (1832-1919)

CATODO ANODO

- +

MASSA = 9,1110-31kg

CARICA = -1,60 10-19C

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IL PROTONEGOLDSTEIN VERIFICA L’ESISTENZA DELLE CARICHE POSITIVE

CATODO ANODO

- +RILEVATORE

MASSA PROTONE 1,6726 • 10-27kg

MASSA PROTONE = 1836 MASSA ELETTRONE!

CARICA PROTONE = 1,60 10-19C

IL NEUTRONE

VALORE DELLA MASSA DI UN ATOMO ESPRESSO ÈMAGGIORE DELLA SOMMA DELLE MASSE DEI PROTONIE DELL’ELETTRONE

ATOMO DI OSSIGENO HA MASSA 16, 17, 18 uma

J. CHADWICK (1932) SCOPRE IL NEUTRONE:PARTICELLA PRIVA DI CARICA E MASSA PARI AD1,6710-27kg (1 uma)

NUMERO ATOMICONUMERO DI MASSA

ATOMI DELLO STESSO ELEMENTO, IN CONDIZIONI NORMALI,POSSIEDONO LO STESSO NUMERO DI PROTONI E DIELETTRONI

NUMERO ATOMICO (Z)=NUMERO DI PROTONI PRESENTI NELNUCLEO DI UN ATOMO

NUMERO DI MASSA (A)=NUMERO DI PROTONI+NUMERO DINEUTRONI

XAZ

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GLI ISOTOPIISOTOPI=ATOMI DEL MEDESIMO ELEMENTO CHEPOSSIEDONO STESSO NUMERO DI ELETTRONI EPROTONI, MA DIFFERENTE NUMERO DI NEUTRONI

UNITÀ DI MASSA ATOMICA(uma)

CMuma 121211

MASSA PROTONE = 1 umaMASSA ELETTRONE = 1/1836 uma

MASSA NEUTRONE = 1 uma

MODELLI FINO A RUTHERFORD-BOHR

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RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE

RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE

SPETTRO ELETTROMAGNETICO

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RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE

ENERGIA DI UNA ONDA LUMINOSA

QUANTIZZAZIONE ENERGIA

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ONDA-PARTICELLA

L. DE BROGLIE (1924)

mvλhmvλh

λcν

Ehν

MOMENTO DI UN FOTONE

MOMENTO DI UNA PARTICELLA

PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE

Principio di indeterminazione di Heisenberg

• Si consideri una vettura (1000 kg) che si muove a 30 m/s (circa 110 km/h) e assumendo un errore sulle misure di 1/106:

• p = m x v = 1000 x 3.10-5 ms-1 = 3.10-2 ms-

• da cui x = 1.76 10-33 m!!

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Principio di indeterminazione di Heisenberg

• Si consideri un elettrone (10-31 kg) che si muova anch’esso a 30 m/s (circa 110 km/h) e assumendo un errore sulle misure di 1/106:

• p = m x v = 10-31 x 3.10-5 ms-1 = 3.10-36 ms-1

• da cui x = 1.76 101 m !!

Accertata l’impossibilità di determinare sperimentalmente le proprietà dell’elettrone, si è deciso di determinare la

• PROBABILITA’di trovare un elettrone in una area definita intorno al

nucleo. L’elettrone viene trattato come un’onda di materia

EQUAZIONE DI SCHROEDINGER

Ad ogni elettrone corrisponde una funzione d’onda che dipende dal suo livello energetico.

dvZYX 2),,( Probabilità di trovare l’elettrone nel volume dv

NUMERI QUANTICI

Il numero quantico principalen (enne) riguarda laquantizzazione della energiatotale Etot (corrisponde cioè ailivelli di energia indicati nelloschema energetico del modello) epuò assumere i valori n=0,1,2,...

Il numero quantico secondarioo azimutale l (elle) è relativo almomento angolare e puòassumere valori condizionati dalvalore di n: l=0,1,2,...,(n-1)

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NUMERO QUANTICO MAGNETICOIl numero quantico magnetico m (emme) èrelativo alla quantizzazione "spaziale" delmomento angolare, che può assumere, cioè, solocerte orientazioni rispetto ad una definitadirezione; la direzione viene definita solo inpresenza di un campo elettrico o magnetico cheorienti il vettore.Il campo può essere esterno, imposto da noi,oppure dovuto alla vicinanza di altri atomi omolecole.

m= -l, -l+1, ...-1, 0, 1, ...l-1, l

Orbitali Atomici

per l = 0 sper l = 1 p per l = 2 dper l = 3 fPotremo avere perciò, per esempio, gli orbitali 2p (con n=2 e l=1) 3s (con n=3 e l=0) 5f (con n=5 e l=3)

n l m simbolo: s simbolo: p simbolo: d1 0 0 1s2 0 0 2s2 1 0 2pz2 1 1 2px2 1 -1 2py3 0 0 3s3 1 0 3pz3 1 1 3px3 1 -1 3py3 2 0 3dz23 2 1 3dxz3 2 -1 3dyz3 2 2 3dxy3 2 -2 3dx2-y24 0 0 4s4 1 0 4pz4 1 1 4px4 1 -1 4py

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ORBITALE s

ORBITALE s

ORBITALI px, py pz

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ORBITALI d

dz2

dx2-y2

dxz

dyz

dxy

NUMERO QUANTICO DI SPIN ms

ms= ± 1/2

La tendenza generale delle particelle è diassociarsi fra loro con spin antiparalleli:

AUFBAU E PERIODICITÀ

Principio di minima energia: ogni elettrone occupal'orbitale disponibile a energia più bassa.Principio di Pauli: in un atomo non possono esistere 2elettroni con i 4 numeri quantici eguali; perciò, nellostesso orbitale, possono esserci 2 soli elettroni purchécon ms, momento di spin, diverso; gli spin dei dueelettroni devono essere perciò antiparalleli, dato che,essendo nello stesso orbitale, gli elettroni hanno glialtri 3 numeri quantici n, l, m, eguali.Regola di Hund o della massima molteplicità: se due opiù elettroni occupano orbitali degeneri (cioè a egualeenergia), gli elettroni occupano il maggior numeropossibile di questi orbitali, e a spin paralleli .

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ENERGIA DEGLI ORBITALI

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Blocco s

Blocco d

Blocco p

Blocco f

s

RAPPRESENTAZIONI

CROMO E RAME

SI DOVREBBE OTTENERE:

Cr [Ar]3d44s2

Cu [Ar]3d94s2

INVECE LE CONFIGURAZIONI REALI SONO:

Cr [Ar]3d54s1

Cu [Ar]3d104s1

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ENERGIA DI IONIZZAZIONE

AFFINITÀ ELETTRONICA

F = -328 kJ/mol; Be = 0; i non metalli formano anionimolto più stabili dei metalli!

ENERGIA DI IONIZZAZIONE, AFFINITÀ ELETTRONICA

RAGGIO ATOMICO

RA

GG

IO A

TO

MIC

O

EN

ER

GIA

DI I

ON

IZZA

ZIO

NE

, AFF

INIT

À

EL

ET

TR

ON

ICA

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FINE

RAGGIO ATOMICO

NATURA ELETTRICA DELLA MATERIA

A. VOLTA (1745-1827)DIMOSTRA CHE DA REAZIONI CHIMICHE SI OTTIENE CORRENTE ELETTRICA

W. NICHOLSON (1753-1815) A. CARLISLE (1768-1840)DIMOSTRARONO CHE SI PUÒ PROVOCARE UNA REAZIONE CHIMICA ATTRAVERSO IL PASSAGGIO DI CORRENTE ELETTRICA

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CARATTERISTICHE DELL’ELETTRONE• L’EMISSIONE DI RAGGI CATODICI È UNA PROPRIETÀ DELLA MATERIA.

È INDIPENDENTE DAL MATERIALE CON CUI È COSTITUITO IL CATODOE IL GAS CONTENUTO NELTUBO

• I RAGGI CATODICI HANNO NATURACORPUSCOLARE

• I RAGGI CATODICI HANNO UNATRAIETTORIA LINEARE

• LA TRAIETTORIA PUÒ ESSERE DEVIATA DALL’AZIONE DI UN CAMPOELETTRICO E/O MAGNETICO

MASSA = 9,1110-31kg

CARICA = -1,60 10-19C

CARATTERISTICHE DEL PROTONE

PARTICELLE CON CARICA POSITIVA

LA MASSA DIPENDE DAL GAS CONTENUTO NEL TUBO, SE IL GAS È L’IDROGENO, LA MASSA ASSUME IL VALORE PIÙ PICCOLO

MASSA = 1,6710-27kg

CARICA = +1,60 10-19C

RADIOATTIVITÀ NATURALE

H. BECQUEREL (1852-1909)

SCOPRE CHE L’ URANIO EMETTE SPONTANEAMENTE RADIAZIONI

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TIPI DI RADIAZIONI

RAGGI a: HANNO UNA CARICA POSITIVA DOPPIA RISPETTO A QUELLA DEL PROTONE, E UNA MASSA DI CIRCA 7000 VOLTE MAGGIORE DI QUELLA DELL’ELETTRONE

RAGGI b: SONO COSTITUITI DA ELETTRONI

RAGGI g: SONO RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE, PRIVE DI CARICA

SPETTRI DI EMISSIONE

SPETTRO CONTINUO vs. SPETTRO IDROGENO

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ORBITALI dx2-y2 E dxy