STRUTTURA ATOMICA

L’Universo è composto di materia ed energia, due fenomeni della medesima entità visto che, come dimostrò Einstein, esse possono convertirsi l’una nell’altra secondo la relazione E = mc^2 .

​La chimica è la scienza che studia le caratteristiche, la struttura e le trasformazioni della materia e gli scambi energetici connessi a tali trasformazioni. Oggi noi possediamo un modello sufficientemente dettagliato per descrivere la struttura della materia, il modello atomico.

Ogni sostanza è formata dalla combinazione di 92 diversi atomi, termine coniato da Democrito per indicare l'esistenza in natura di particelle elementari non divisibili.

TEORIA ATOMICA DELLA MATERIA

Nell’antichità greca, la natura della materia era oggetto di una profonda disputa ontologica. Da un lato, Aristotele sosteneva la teoria del continuo: la materia era considerata una sostanza divisibile all'infinito, priva di unità minime e riempita interamente (negazione del vuoto). Questa visione dominò il pensiero occidentale per quasi due millenni grazie alla sua coerenza logica e al prestigio dell'autore. 

Sul fronte opposto si schierarono i fisici pluralisti, con Leucippo e il suo allievo Democrito di Abdera  (IV sec a.C.). Essi ipotizzarono che la materia fosse discontinua, costituita da particelle infinitesime, ingenerate e indistruttibili chiamate atomi (dal greco àtomos, "non divisibile"), che si muovevano nel vuoto. Nonostante l'opposizione aristotelica, l'atomismo fu preservato da Epicuro e successivamente celebrato nel mondo romano da Lucrezio (95-55 a.C.) nel De Rerum Natura, opera fondamentale per la riscoperta di queste idee durante il Rinascimento.

​1789 LAVOISIER: Con Antoine-Laurent de Lavoisier, la chimica abbandonò le vesti dell'alchimia per diventare una scienza esatta basata sulla misura. Attraverso esperimenti condotti in sistemi chiusi, Lavoisier formulò la Legge di conservazione della massa:

"In una reazione chimica, la massa complessiva dei reagenti è uguale alla massa complessiva dei prodotti."

Questa legge è fondamentale perché stabilisce che la materia non si crea né si distrugge, ma subisce esclusivamente trasformazioni chimiche. La rilevanza di Lavoisier risiede nel rigore metodologico: l'uso sistematico della bilancia permise di dimostrare che ciò che sembra "sparire" (come il fumo o un gas) ha in realtà una massa misurabile.

1799 PROUST: Un decennio dopo, Joseph Louis Proust enunciò la Legge delle proporzioni definite (o Legge della composizione costante). Secondo Proust, ogni composto chimico contiene gli elementi costitutivi in rapporti di massa definiti e costanti, indipendentemente dal metodo di preparazione o dalla provenienza. Questa visione fu inizialmente contrastata da Claude Louis Berthollet, il quale riteneva che la composizione dei composti potesse variare in base alle quantità di reagenti utilizzati (formando quelli che oggi chiamiamo berthollidi o composti non stechiometrici). Tuttavia, la precisione sperimentale di Proust prevalse, stabilendo un pilastro fondamentale per la futura teoria atomica: se i rapporti sono fissi, deve esserci un'unità base che li governa.

1803 DALTON: La sua Teoria Atomica si fonda su tre postulati principali: La materia è formata da atomi invisibili, indivisibili e indistruttibili. Gli atomi di uno stesso elemento sono identici tra loro e hanno la stessa massa. Le reazioni chimiche consistono nel riposizionamento di atomi, che si combinano secondo rapporti numerici interi e semplici.

Dalton formulò inoltre la Legge delle proporzioni multiple: quando due elementi si combinano per formare composti diversi, le masse di uno che si combinano con una quantità fissa dell'altro stanno tra loro in rapporti esprimibili con numeri interi piccoli. Questa legge fu la prova definitiva della natura corpuscolare della materia: se la materia fosse continua, i rapporti potrebbero variare in modo infinitesimale, cosa che l'evidenza sperimentale smentisce.

Atomo: più piccola parte di un elemento che ne mantiene le proprietà

Elemento: materia costituita da un solo tipo di atomo

Materia: qualsiasi cosa che h massa e occupa spazio

1811 AVOGADRO: Volumi uguali di gas diversi a T e P costanti hanno lo stesso numero di particelle, il gas doveva essere costituito da due atomi legati, 02, F2 (gli unici noti all'epoca).  1 mol = 22,4L

Es: H20 --> Dalton 1g H+8g 0 --> 9g H2O                              massa O/massa H= 8 massa

                    Avogadro 2Litri H + 1Litro  O --> 2Litri H20      massa O/massa H=16 massa

ALLEOTROPI: Elemento o composto che può assumere forme cristalline diverse e quindi mostrare proprietà fisiche e chimiche differenti.

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OPPOSITORI ALLA TEORIA ATOMICA-->1897 ERNST MACH: Il concetto di atomo è astrato, non si possono vedere, pesare, …, la chimica deve occuparsi solo dei fenomeni macroscopici. I suoi attacchi violenti portarono al suicidio Boltzmann nel castello di Duino. Il 5 settembre 1906. E dopo aver salutato la moglie Henriette e la figlia Elsa, dirette alla spiaggia di Duino, Ludwig Eduard Boltzmann, uno dei più grandi fisici teorici di tutti i tempi, impugna il cordone di una tenda e si toglie la vita a 62 anni, impiccandosi alla finestra della stanza in cui alloggiava. ​

IL MOTO BROWNIANO:

• Robert Brown (1827): Osservando al microscopio granelli di polline sospesi in acqua, notò un movimento incessante e casuale. Inizialmente pensò a una forma di "vitalità" della materia, ma riscontrò lo stesso fenomeno in frammenti di roccia e vetro fossile, escludendo l'origine biologica.

• Louis Georges Gouy (1888): Ipotizzò che il movimento fosse causato dall'agitazione termica delle molecole d'acqua che urtavano le particelle visibili.

• Albert Einstein (1905): In uno dei suoi articoli dell' "annus mirabilis", Einstein fornì la spiegazione matematica del fenomeno attraverso il modello del Random Walk (cammino dell'ubriaco). Egli dimostrò che le collisioni statistiche delle molecole d'acqua (invisibili) potevano causare lo spostamento osservabile dei granuli di polline (macro-visibili).

• Jean Baptiste Perrin (1908): Realizzò gli esperimenti quantitativi basati sulle equazioni di Einstein, confermando sperimentalmente la natura granulare della materia. Il lavoro di Perrin mise fine a ogni dubbio: gli atomi non erano più un'astrazione filosofica, ma una realtà fisica misurabile.

1894  THOMSON: Sebbene le ricerche sui raggi catodici fossero iniziate anni prima, fu Joseph John Thomson a dimostrare che questi non erano onde elettromagnetiche, ma fasci di particelle dotate di massa e carica elettrica negativa: gli elettroni.

Utilizzando un tubo di vetro sottovuoto (tubo di Crookes) contenente un gas nobile come l'argon, Thomson applicò una differenza di potenziale elevata tra due elettrodi. Osservò che il raggio catodico veniva deviato da campi elettrici e magnetici. Attraverso questo esperimento, Thomson riuscì a determinare il rapporto carica/massa ($e/m$) dell'elettrone, scoprendo che tale valore era costante indipendentemente dal metallo del catodo o dal gas utilizzato. Questa fu la prova che l'elettrone è un costituente universale di tutti gli atomi.

Nota tecnica: Questo principio fisico è lo stesso che ha permesso il funzionamento dei tubi catodici nelle televisioni analogiche e nei primi monitor.

1886 Goldstein: Mentre Thomson studiava le cariche negative, Eugen Goldstein investigava i fenomeni che avvenivano in direzione opposta. Utilizzando un tubo a raggi catodici dotato di un catodo forato, Goldstein osservò una luminescenza dietro di esso, provocata da radiazioni che si muovevano verso il polo negativo. Egli chiamò queste radiazioni raggi canale. Dimostrò che si trattava di particelle cariche positivamente, la cui massa variava a seconda del gas contenuto nel tubo. La spiegazione scientifica risiede nel fatto che gli elettroni, accelerati dalla differenza di potenziale, urtano gli atomi del gas strappando loro altri elettroni; gli atomi, trasformati in ioni positivi, vengono quindi attratti dal catodo, attraversandolo attraverso i fori. Questo esperimento fornì le prime prove dell'esistenza di cariche positive nell'atomo (successivamente identificate come protoni nel caso dell'idrogeno).

1895  PERRIN: Prima di Thomson, Perrin utilizzò un elettroscopio per analizzare la radiazione catodica: osservando che l'elettroscopio si caricava negativamente una volta colpito, confermò sperimentalmente che i raggi erano composti da particelle cariche negativamente. Questi studi, uniti a quelli di William Crookes (che dimostrò la natura corpuscolare dei raggi vedendoli azionare una piccola ruota a pale), smentirono definitivamente l'ipotesi che i raggi catodici fossero puramente energetici o simili alla luce.

1906 MILLIKAN: Si determina la carica minima assegnabile alla massa. Il rapporto carica su massa dell’elettrone è costante ed è uguale a 5.273 unità elettrostatiche su grammo. Utilizza un contenitore diviso a metà da una piastra metallica con un foro al centro. L'olio viene nebulizzato nella parte superiore e alcune goccioline attraversano il foro centrale e vengono sospese nella camera per azione del campo elettrico, che controbilancia la forza di gravità.

Variando l'intensità del campo, egli scoprì che la carica presente sulle gocce era sempre un multiplo intero di un valore minimo: 1,602 *10^{-19} Coulomb. Questo valore rappresenta la carica elementare dell'elettrone. Conoscendo la carica (e) e il rapporto carica/massa di Thomson (e/m), fu finalmente possibile calcolare con estrema precisione anche la massa infinitesima dell'elettrone. 

1896 BECQUEREL: scopre la radioattività dell’uranio. Le sue ricerche vennero proseguite dai coniugi Curie e poi da Rutherford, il quale per primo nel 1898 riconosce le radiazioni da lui chiamate (alfa) e (beta), emesse da elementi radioattivi. Pochi anni più tardi P. Villard in Francia scoprì che tra le radiazioni emesse da una sostanza radioattiva ve ne sono di un terzo tipo, chiamate (gamma), che si riconoscono simili ai raggi X.

1904 RUTHERFORD: dimostra che le radiazioni alfa sono formate da atomi di elio (queste particelle vengono attratte dalla carica negativa).

1911 RUTHERFORD: insieme ai collaboratori Geiger e Marsden, eseguì quello che è considerato uno dei "più bei esperimenti della fisica". Utilizzò una sorgente di particelle alpha (emesse dall'uranio) come un "fucile atomico" per bombardare una sottilissima lamina d'oro. La maggior parte passa indisturbata (quindi l'atomo era formato da ampie zone vuote) e una parte delle radiazioni alfa viene deviata e alcune addirittura riflesse (era presente un nucleo positivo). Si dimostra cosi che l’atomo è formato da zone vuote con un nucleo positivo. D'ora in avanti si studiano come si muovono gli elettroni dell'atomo.

Nonostante la genialità, il modello "planetario" di Rutherford (elettroni che orbitano attorno a un nucleo positivo) si scontrava con le leggi della fisica classica e con l'evidenza sperimentale.

• é incompatibile con gli esperimenti di spettroscopia. Con un modello del genere, dove l’elettrone carico si muove  si otterrebbero degli spettri continui, dati dall’emissione di radiazione a tutte le frequenze, cosa che non avviene;

• cosa impedisce agli elettroni, caricati negativamente, di cadere sul nucleo, caricato positivamente?  infatti, secondo la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell conosciuta all’epoca, una particella carica che accelera irradia energia e sarebbe così per un elettrone che per mantenere l’orbita deve cambiare continuamente direzione alla velocità e quindi accelerare. Quindi per la fisica classica l’elettrone cadrebbe a spirale sul nucleo e l’atomo sarebbe stabile per un tempo non superiore a una piccola frazione di secondo, 10^−11 s;

• come sono disposti gli elettroni attorno al nucleo? come è composto il nucleo?

• perché la repulsione delle cariche positive coesistenti a una distanza molto piccola nel nucleo non lo fanno esplodere?

LA MATERIA E' UN SISTEMA VUOTO

In proporzione se il nucleo fosse uguale ad una palla da calcio (22cm) gli elettroni più esterni sarebbero a 1,1km

UNITA' DI MASSA ATOMICA: dodicesima parte della massa di atomi di carbonio isotopo 12

La densità del nucleo è: 1.000.000.000 tonnellate / cm3​

1924-1932 BORH E CHADIWICK: Bombardano un cristallo di Berillio con particelle alfa e scoprono che il nucleo è formato anche da neutroni, che sono 1830 volte più grandi dell'elettrone. Scoprono inoltre gli isotopi.

ISOTOPI: Un atomo con numero di massa diverso rispetto ad un altro dello stesso elemento. Due isotopi hanno quindi lo stesso numero di protoni (lo stesso numero atomico) ma diverso numero di neutroni.

• numero di massa: numero di nucleoni (i.e. protoni + neutroni) contenuti in un nucleo di un dato atomo (isotopo) numero di nucleoni (i.e. protoni + neutroni) contenuti in un nucleo di un dato atomo (isotopo) o peso atomico (assoluto): massa di un atomo di un dato elemento (isotopo), si solito espressa in Kg

• massa atomica (assoluta) o peso atomico (assoluto): massa di un atomo di un dato elemento (isotopo), si solito espressa in Kg​

• massa atomica relativa o peso atomico relativo: massa di un atomo (media pesata dei diversi isotopi) in rapporto al peso atomico assoluto di un 1/12 di un atomo di 12C – numero adimensionale o peso atomico relativo: massa di un atomo (media pesata dei diversi isotopi) in rapporto al peso atomico assoluto di un 1/12 di un atomo di 12C – numero adimensionale 

DIFETTO DI MASSA:

DAI RAGGI X ALLA RADIOATTIVITA'

​1901 RONTGEN, BECQUEREL, CURIE: La radioattività è causata dalla spontanea disintegrazione di atomi.

​​----> "Nella scienza esiste solo la Fisica; tutto il resto è collezione di francobolli“. E. Rutherford

---> Elementi radioattivi usati per dentifrici, creme, acqua, indumenti invernali, cioccolato…

1913 Contatore Geiger: misura in Bq (Bequerel) il numero di disintegrazioni al secondo. Gli atomi con z>83 diventano radioattivi.

​--> decadimento C14 nelle ossa, dimezzamento ogni 5730 anni. 

Il corpo umano è formato dal:

• 1. 65% di ossigeno

  2. 18% di carbonio (98,9% isotopo 12, 1,1% di 13, 1ppm di 14)

  3. 10% di idrogeno

  4. 3% di azoto

  5. 0,2% di potassio (93,26% isotopo 39, 0,01% di 40, 6,73 di 41)

​Su 75 Kg ci sono circa 13kg di carbonio e facendo le dovute trasformazioni otteniamo che c'è un decadimento beta di un atomo di carbonio ogni 8 minuti.

Invece nonostante abbiamo nel corpo circa 0,150kg di potassio, esso decade ad una velocità notevolmente maggiore e abbiamo circa 4300 decadimenti beta al secondo.

MODELLI ATOMICI

MAXWELL: Gli elettroni che si muovono intorno al nucleo dovrebbero collassare sul nucleo stesso. Secondo l'elettrodinamica classica, ci dovrebbe essere un'emissione di radiazione e il collassamento dell'e- verso il nucleo in 10^-8 secondi.

LUCE - ONDA ELETTROMAGNETICA: 

• 1672 NEWTON: luce insieme di particelle. Prisma disperde la luce bianca in vari colori

• MAXWELL: Luce onda elettromagnetica. Onda: variazione periodica di una proprietà nello spazio e nel tempo.

• lunghezza d'onda - lambda: (di un'onda periodica) è la distanza tra due creste o fra due ventri della sua forma d'onda. Spazio percorso dalla radiazione in un periodo.

• ampiezza - a: è l'altezza massima o minima raggiunta dalla cresta dell'onda a partire da zero. I= ka

• periodo - t:  è il tempo che passa tra il verificarsi di un massimo ad un altro massimo, si misura in secondi.

• frequenza - v: in hertz, è il numero di cicli della forma d'onda ripetitiva per secondo.

• intensità - I: energia trasportata dalla radiazione in un secondo attraverso una superficie unitaria perpendicolare alla direzione di propagazione.

• numero d'onda: inverso della lunghezza d'onda.

eV: energia guadagnata o ceduta dalla carica di un e- che si muove tra due punti dello spazio tra cui esiste una ddp pari ad 1V.    

1J= 6,24* 10^18 eV

Raggi Uv: se esposizione prolungata causano tumori e melanomi alla pelle.

Raggi X: modificazione della pelle.

Il passaggio dalla fisica classica alla meccanica quantistica è segnato dal fallimento dei modelli tradizionali nel descrivere l'interazione tra materia e radiazione. 

LORENTZ: Verso la fine del XIX secolo, l'applicazione delle leggi dell'elettromagnetismo di Maxwell e della termodinamica statistica portò a un paradosso teorico insostenibile. Secondo la teoria di Lorentz sulle cariche elettriche oscillanti, un corpo nero ideale (un sistema in grado di assorbire ed emettere tutta la radiazione) dovrebbe emettere energia proporzionalmente al quadrato della frequenza.  La Legge di Rayleigh-Jeans descriveva l'intensità della radiazione emessa (I) come: 

In questa equazione, nu rappresenta la frequenza, T la temperatura assoluta e kB la costante di Boltzmann. La previsione era drammatica: all'aumentare della frequenza (verso l'ultravioletto), la potenza emessa sarebbe dovuta tendere all'infinito. Questo fenomeno, noto come Catastrofe Ultravioletta, smentiva palesemente l'evidenza sperimentale, che mostrava invece un picco di emissione seguito da un rapido calo alle alte frequenze. 

1901 PLANK: (padre della teoria quantistica) Per risolvere il paradosso, Max Planck introdusse un'ipotesi radicale che egli stesso definì un "atto di disperazione". Planck suggerì che lo scambio di energia tra la materia (gli oscillatori atomici) e la radiazione non avvenisse in modo continuo, ma attraverso pacchetti discreti e indivisibili chiamati quanti. La relazione fondamentale di Planck stabilisce che l'energia (E) di un quanto è direttamente proporzionale alla frequenza (nu) della radiazione:​

Dove hè la Costante di Planck, il cui valore misurato è circa 6,626*10^{-34} J.

Questa intuizione permise di derivare una formula che si adattava perfettamente ai dati sperimentali, eliminando la divergenza all'infinito. Tuttavia, Planck rimase a lungo scettico sulla realtà fisica della sua scoperta, considerandola inizialmente solo un artificio matematico per far quadrare i conti della termodinamica.

1905 Einstein: Fu Albert Einstein, nel suo annus mirabilis, a dare una veste fisica definitiva all'ipotesi di Planck. Estendendo il concetto di quantizzazione, Einstein propose che non solo l'emissione, ma la luce stessa fosse composta da entità particellari prive di massa, che in seguito vennero chiamate fotoni. Grazie a questa visione, Einstein riuscì a spiegare l'effetto fotoelettrico (fenomeno per cui la luce scalza elettroni da una superficie metallica), dimostrando che:

• L'energia della luce dipende dalla sua frequenza (energia del singolo fotone) e non dalla sua intensità.

• La luce manifesta un dualismo onda-particella: si comporta come un'onda durante la propagazione e come un fascio di particelle durante l'interazione con la materia.

Questa formalizzazione del fotone fornì la base concettuale necessaria a Niels Bohr per sviluppare il suo modello atomico, in cui gli elettroni possono orbitare solo su livelli energetici quantizzati.

---> Einstein e l'effetto fotoelettrico: (scoperto da Hertz nel 1887): Se un metallo viene colpito da una radiazione esso emetterà e-. Tuttavia dipende dalla frequenza della radiazione incidente. 

spiegabile ipotizzando che: (i) la luce sia costituita da “quanti di energia radiante” (fotoni*) aventi energia Efotone = h (ii) solo fotoni che hanno un’ energia maggiore di un certo valore riescano a causare l’espulsione di un elettrone dal metallo

1885 BALMER e lo spettro dell'idrogeno: Descrive attraverso la serie di Balmer, in astronomia, è una sequenza di righe che descrivono le righe spettrali dello spettro dell'atomo di idrogeno.

Spettro di emissione continuo

Se si esamina allo spettroscopio la radiazione proveniente da un corpo liquido o solido a qualsiasi T, essa forma uno spettro continuo, in cui sono presenti tutte le radiazioni monocromatiche. L'intensità delle righe luminose cresce da sinistra a destra e, raggiunto un massimo ad una certa lunghezza d'onda, decresce.

Costruendo un diagramma che abbia in ascissa le lunghezze d'onda crescenti ed in ordinata l'intensità luminosa si ottiene una curva tipica, detta curva di corpo nero , che non dipende dalla natura chimica del materiale emittente, ma è funzione solo della temperatura di emissione.

Purtroppo applicando le equazioni di Maxwell e le leggi della fisica classica si ottenevano sempre relazioni matematiche in netto contrasto con i dati sperimentali .Quello del corpo nero rimase un problema irrisolto per tutto l'Ottocento ed uno scoglio insuperato per il modello ondulatorio della luce proposto da Maxwell.

Spettro di emissione a righe

Un gas o un vapore riscaldato emette una radiazione discontinua, formata solo da poche componenti monocromatiche. Tale radiazione scomposta dallo spettrografo produce uno spettro sul quale righe luminose sono separate da ampie bande oscure. Ciascun elemento, ciascun composto chimico emette uno spettro a righe caratteristico, con righe di particolare lunghezza d'onda ed intensità, tanto che oggi la spettroscopia viene utilizzata per effettuare analisi chimiche.

​Spettri di assorbimento

Quando la radiazione continua proveniente da un corpo solido o liquido passa attraverso un gas od un vapore, si constata che allo spettro continuo mancano certe radiazioni monocromatiche, le quali sono state assorbite dal gas interposto.

In pratica si riscontra che i gas ed i vapori assorbono le stesse radiazioni monocromatiche che emettono, per cui lo spettro di assorbimento risulta l'esatto negativo dello spettro di emissione a righe. Le righe nere degli spettri di assorbimento sono dette righe di Fraunhofer, il quale le osservò per la prima volta (1815) nello spettro solare.

SPETTRO EMISSIONE SOLE: Il Sole è costituito principalmente da H ed He e principalmente ha radiazioni distribuite su un ampio spettro di frequenza con un picco a 500nm (verde-ciano). Intensa anche la rosso-arancione , utile per la fotosintesi

Il modello corpuscolare

Nonostante i risultati ottenuti, la teoria ondulatoria della luce, non era in grado di dar ragione di tre problemi: lo spettro di emissione del corpo nero, gli spettri a righe, l'effetto fotoelettrico.

La svolta si ebbe quando Max Planck ebbe nel tentativo di trovare una equazione che descrivesse correttamente  la curva di corpo nero, propose che le onde elettromagnetiche non potessero essere emesse da un corpo ad un ritmo arbitrario e continuo, ma solo sotto forma di pacchetti d'onde, quanti.

Ogni quanto, privo di massa, doveva essere visto come “un pacchetto di energia”, cioè possedeva una certa quantità di energia che dipendeva dalla frequenza d'onda della luce, secondo la relazione: E = h ν dove ν è la frequenza della radiazione e h è una nuova costante, detta costante di Planck , pari a 6,626*10^-34J˖s.

Dalla relazione appare come un quanto di luce rossa possa contenere meno energia di un quanto blu. In tal modo un corpo emittente ad una certa temperatura potrebbe avere energia sufficiente per emettere quanti di luce infrarossa o gialla, ma potrebbe non avere sufficiente energia per emettere neppure un quanto di radiazione X o gamma. In tal modo ad alte frequenze il numero di quanti emessi si ridurrebbe drasticamente, come evidenziato dalle curve per l’emissione del corpo nero. 

Planck si limitò semplicemente a verificare che nel caso particolare in cui la materia emetteva radiazione non lo faceva come un flusso continuo, secondo le leggi dell'elettromagnetismo classico.

La luce non poteva dunque più essere considerata semplicemente un fenomeno ondulatorio, visto che, almeno in questo caso particolare, i fisici erano costretti a descriverne il comportamento attraverso un modello corpuscolare. D'altra parte il modello corpuscolare quantistico era inapplicabile per spiegare fenomeni  tipicamente ondulatori come la diffrazione e l'interferenza.

Nasce l'idea di un comportamento duale della luce, la quale richiede due modelli, apparentemente in reciproca contraddizione, per essere descritta. 

1913 BOHR: Un modello matematico che descrive l’atomo secondo dei postulati e si basa sull’atomo di idrogeno, il più semplice.

Gli elettroni ruotano attorno al nucleo, e le orbite da loro descritte sono a una distanza ben precisa dal nucleo, che dipende dalla quantità di energia, chiamati livelli energetici.

Ogni elettrone segue una determinata traiettoria circolare, chiamata orbita stazionaria.

Se viene riscaldato, passa a uno stato eccitato assumendo quanti di energia: quindi gli elettroni fanno un salto alle orbite superiori.

Un modello inconsistente…

• Il modello di Bohr prevede correttamente lo spettro di atomi idrogenoidi

• il modello di Bohr prevede correttamente l’energia di ionizzazione

• il modello di Bohr non prevede gli spettri degli atomi polielettronici

• il modello di Bohr non spiega il perché della quantizzazione di L

• Inoltre cade il concetto di orbita per descrivere il percorso dell'elettrone. Per definire un orbita bisogna definire in ogni momento determinati parametri che sono fisicamente correlati tra loro. Velocità del corpo e la sua quantità di moto (p= m*v) e la distanza dell'orbita descritta dal suo centro, oltre che la distanza percorsa in un determinato tempo dalla particella.

COMPTON: Per particelle subatomiche, quali l’elettrone, non è possibile determinare allo stesso momento la sua velocità e la sua posizione. Non è possibile quindi determinare la sua orbita intorno al nucleo.

1924 LOUIS DEBROJLLE: Se ad un onda è associabile una particella, è vero anche il contrario? Si, ad ogni corpo in movimento si può associare un’onda elettromagnetica la cui lunghezza d’onda è pari a  λ = h/m*v con h=a costante di Plank, v=velocità e m=massa

L’elettrone intorno al nucleo è descrivibile come un onda stazionaria → giustificazione per quantizzazione momento angolare.

Equazioni particella nella scatola...

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA:

• PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI: In un atomo non ci possono essere due e- aventi gli stessi 4 valori energetici. Se hanno uguale n, l, m devono avere diverso numero di spin

• MOLTEPLICITA’ DI HUND: Se più elettroni occupano orbitali isoenergetici o degeneri, questi si collocano in modo tale da riempire tutti gli orbitali con spin paralleli e poi solo dopo si appaiono. Questo diminuisce l’energia repulsiva ed è più evidente per elementi di transizione.

• IL PRINCIPIO DELL' AUFBAU: Le configurazioni elettroniche sono costruite riempendo per primi gli orbitali ad energia più bassa. Questa regola permette di ottenere configurazioni elettroniche allo stato fondamentale. Le differenza tra i livelli diminuisco