La struttura dell'atomo
La doppia natura della luce
Qual'è la natura della luce? Finché la luce si propaga nello spazio, o passa attraverso fenditure, la sua natura ondulatoria è facilmente verificabile.
Le grandezze che caratterizzano i fenomeni ondulatori, come la luce e le altre onde elettromagnetiche, per esempio i raggi X e gli infrarossi, sono la velocità, la lunghezza d'onda e la frequenza collegate dalla seguente relazione
La frequenza si misura in hertz. La lunghezza d'onda si misura in metri, in nanometri o in angstrom.
La velocità della luce nel vuoto è pari a 3.10^8m/s.
La prova più evidente della natura ondulatoria della luce è legata al fenomeno della diffrazione.
Il fascio non si propaga più in linea retta, ma dopo l'ostacolo o la fenditura si allarga a ventaglio formando zone chiare e scure alternate, chiamate frange di interferenza.
Le frange chiare sono dovute all'interferenza positiva in cui più onde si sommano, facendo aumentare la luminosità. Le zone scure sono dovute all'interferenza negativa, in cui le onde si sottraggono.
Possiamo considerare la luce e ogni radiazione elettromagnetica costituite da un insieme di particelle, chiamate fotoni, che trasportano energia e sono responsabili dell'espulsione degli elettroni dalle superfici metalliche colpite.
L'atomo di Bohr
Se riscaldiamo alla fiamma un filo metallico e facciamo passare la luce bianca emessa dapprima attraverso una fenditura e poi attraverso un prisma di vetro, vedremo che la luce viene scomposta in tutti i colori che la compongono. La serie continua di colori ottenuta viene chiamata spettro continuo ed è tipica dei solidi e dei liquidi portati all'incandescenza.
Se invece analizziamo la luce emessa dai gas rarefatti caldi, per esempio la luce di una lampada contenente idrogeno a bassissima pressione, avremo uno spettro discontinuo, costituito da un certo numero di righe colorate, tale spettro viene chiamato spettro a righe ed è caratteristico per ogni elemento chimico analizzato.
In sostanza, ogni atomo emette un caratteristico spettro formato da una serie di righe, separate da spazi neri. Lo spettro dell'atomo di idrogeno, in realtà è molto più complesso di quello rappresentato; la figura, infatti mostra soltanto le radiazioni che appaiono nella zona della luce visibile.
Questo fatto sperimentale convinse Niels Bohr nel 1913, della necessità di perfezionare il modello atomico di Rutherford . Egli si rese conto che l'emissione di luce da parte degli atomi doveva avere a che fare con gli elettroni, che ruotavano intorno al nucleo. Il nuovo modello dell'atomo di idrogeno di Bohr si basa sulle seguenti assunzioni, che spiegano lo spettro a righe dell'elemento.
Qual'è la natura della luce? Finché la luce si propaga nello spazio, o passa attraverso fenditure, la sua natura ondulatoria è facilmente verificabile.
Le grandezze che caratterizzano i fenomeni ondulatori, come la luce e le altre onde elettromagnetiche, per esempio i raggi X e gli infrarossi, sono la velocità, la lunghezza d'onda e la frequenza collegate dalla seguente relazione
La frequenza si misura in hertz. La lunghezza d'onda si misura in metri, in nanometri o in angstrom.
La velocità della luce nel vuoto è pari a 3.10^8m/s.
La prova più evidente della natura ondulatoria della luce è legata al fenomeno della diffrazione.
Il fascio non si propaga più in linea retta, ma dopo l'ostacolo o la fenditura si allarga a ventaglio formando zone chiare e scure alternate, chiamate frange di interferenza.
Le frange chiare sono dovute all'interferenza positiva in cui più onde si sommano, facendo aumentare la luminosità. Le zone scure sono dovute all'interferenza negativa, in cui le onde si sottraggono.
Possiamo considerare la luce e ogni radiazione elettromagnetica costituite da un insieme di particelle, chiamate fotoni, che trasportano energia e sono responsabili dell'espulsione degli elettroni dalle superfici metalliche colpite.
L'atomo di Bohr
Se riscaldiamo alla fiamma un filo metallico e facciamo passare la luce bianca emessa dapprima attraverso una fenditura e poi attraverso un prisma di vetro, vedremo che la luce viene scomposta in tutti i colori che la compongono. La serie continua di colori ottenuta viene chiamata spettro continuo ed è tipica dei solidi e dei liquidi portati all'incandescenza.
Se invece analizziamo la luce emessa dai gas rarefatti caldi, per esempio la luce di una lampada contenente idrogeno a bassissima pressione, avremo uno spettro discontinuo, costituito da un certo numero di righe colorate, tale spettro viene chiamato spettro a righe ed è caratteristico per ogni elemento chimico analizzato.
In sostanza, ogni atomo emette un caratteristico spettro formato da una serie di righe, separate da spazi neri. Lo spettro dell'atomo di idrogeno, in realtà è molto più complesso di quello rappresentato; la figura, infatti mostra soltanto le radiazioni che appaiono nella zona della luce visibile.
Questo fatto sperimentale convinse Niels Bohr nel 1913, della necessità di perfezionare il modello atomico di Rutherford . Egli si rese conto che l'emissione di luce da parte degli atomi doveva avere a che fare con gli elettroni, che ruotavano intorno al nucleo. Il nuovo modello dell'atomo di idrogeno di Bohr si basa sulle seguenti assunzioni, che spiegano lo spettro a righe dell'elemento.
- L'elettrone percorre solo determinate orbite circolari, chiamate orbite stazionarie. Quando l'elettrone ruota su un'orbita stazionaria non assorbe e non emette energia. L'atomo è pertanto stabile e l'elettrone (negativo) non cadrà mai sul protone (positivo).
- all'elettrone sono permesse solo certe orbite, a cui corrispondono determinati valori di energia. questa è tanto più grande quanto più è ampia l'orbita. In altre parole, le orbite sono quantizzate, cioè possono assumere solo certi valori di energia.
- Per saltare da un'orbita all'altra di livello energetico più elevato, l'elettrone deve assorbire energia. Tale energia gli viene fornita per mezzo di calore o di una scarica elettrica.
- Quando l'elettrone cade su un livello di energia inferiore, emette un fotone di opportuna frequenza la cui luce compare come riga colorata nello spettro a righe.
- L'energia del fotone emesso o assorbito corrisponde alla differenza fra le energie delle due orbite.
Ogni orbita appartiene a un livello di energia, denominato anche guscio oppure strato, i livelli di energia delle orbite che l'elettrone dell'idrogeno può raggiungere dipendono dal numero quantico principale.
Nell'idrogeno non c'è nessuna orbita a energia più bassa di E1, così come non c'è nessuna orbita intermedia tra E1 ed E2 e fra gli altri livelli permessi E3,E4,E5,E6,E7.
I livelli di energia superiore E2,E3... sono chiamati stati eccitati , perché l'elettrone li può raggiungere soltanto se riceve una sufficiente quantità di energia
Perciò, nello spettro osserveremo tante righe quanti sono i salti degli stati eccitati allo stato fondamentale.
Commenti
Posta un commento