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Copertina
Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna
© Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011
1
Gli elettroni nell’atomo
CAPITOLO
6
Indice
1. La luce come onda
2. Effetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luce
3. I limiti del modello atomico di Rutherford
4. Gli spettri di emissione a righe degli atomi
5. Il modello di Bohr dell’atomo d’idrogeno
6. Energia di ionizzazione
7. Energie di ionizzazione superiori alla 1a
8. Il modello atomico a strati
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1 La luce come onda
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
La luce, secondo la teoria classica, è un movimento ondulatorio di un campo elettrico
e di un campo magnetico che si propagano nello spazio.
La luce è un tipo di radiazione elettromagnetica.
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CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
1 La luce come onda
PAG.
I parametri che caratterizzano un’onda elettromagnetica sono:
 La lunghezza d’onda () si misura in nm.
 La frequenza () si misura in secondi1 o in hertz (hz).
 L’ampiezza (A).
 La velocità (c) nel vuoto è pari a 3,0  108 m/s.
c=
=
c

da cui
=
c

Pertanto  e  sono grandezze inversamente proporzionali.
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1 La luce come onda
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
I colori che costituiscono i componenti della luce visibile sono evidenziati con il
fenomeno noto come “dispersione della luce”.
Dispersione della luce bianca: si ha formazione di uno spettro continuo.
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1 La luce come onda
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
La luce visibile rappresenta solo una piccola porzione dello spettro elettromagnetico.
Lunghezza d’onda e frequenza dello spettro elettromagnetico. Il visibile costituisce una piccola
parte compresa tra 400 nm e 750 nm.
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2 Effetto fotoelettrico: natura
corpuscolare della luce
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
Quando una luce con una frequenza
superiore ad un valore, detto soglia
fotoelettrica, colpisce la superficie di un
metallo, si ha emissione di elettroni.
Il fenomeno è chiamato effetto fotoelettrico.
EFFETTO FOTOELETTRICO. Un metallo,
come il cesio, colpito da un raggio di luce
emette elettroni.
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CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
2 Effetto fotoelettrico: natura
corpuscolare della luce
PAG.
La ragione dell’effetto fotoelettrico non è spiegata dalla teoria ondulatoria della luce.
Einstein, nel 1905, applicò l’idea della quantizzazione dell’energia per spiegare questo
fenomeno. Egli suggerì che la luce è costituita da un fascio di granuli (o corpuscoli) di
energia, che chiamò fotoni.
L’energia di un fotone è
E=h
dove
E = energia in J;
h = costante di Planck = 6,626  10−34 J  s;
 = frequenza espressa in s−1 (Hz)
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3 I limiti del modello atomico
di Rutherford
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
Secondo le leggi della fisica classica, un corpo
carico di elettricità, come l’elettrone, che si muove
di moto circolare attorno al nucleo, dovrebbe
perdere energia ed emettere radiazioni di tutte le
possibili lunghezze d’onda e cadere nel nucleo.
Modello atomico di Rutherford.
Ciò è in contrasto con i dati sperimentali.
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CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
4 Gli spettri di emissione
a righe degli atomi
PAG.
Gli atomi delle sostanze
gassose emettono radiazioni
di lunghezza d’onda definita
e costante.
Gli atomi d’idrogeno emettono uno spettro caratteristico a righe nella
zona del visibile.
800
700
600
550
500
450
400
Spettro a righe di emissione dell’atomo di idrogeno su una lastra fotografica delle righe di Balmer, le sole visibili a
occhio nudo.
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5 Il modello atomico di Bohr
dell’atomo di idrogeno
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
Le linee nere rappresentano i salti elettronici che si possono
verificare in un insieme di atomi d’idrogeno in seguito ad
assorbimento di energia.
Le linee colorate rappresentano le radiazioni
luminose che un insieme di atomi d’idrogeno
può emettere nel visibile (righe di Balmer).
Bohr, nel 1913, postulò che:
 nell’atomo d’idrogeno l’elettrone si muove attorno al nucleo in orbite circolari di
determinata energia (energia quantizzata);
 finché l’elettrone si muove in un’orbita permessa non emette energia;
 quando un elettrone assorbe energia passa da un’orbita ad un’altra ad energia
maggiore;
segue
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5 Il modello atomico di Bohr
dell’atomo di idrogeno
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
 l’elettrone può passare da un’orbita ad
un’altra ad energia minore emettendo un
fotone di definita energia;
 l’energia di un fotone, emesso o assorbito,
corrisponde alla differenza di energia tra due
orbite.
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6 Energia di ionizzazione
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
L’energia per strappare da un atomo il primo elettrone è detta energia di 1a
ionizzazione.
Nel SI l’energia di ionizzazione si indica con EI ed è misurata in kJ/mol.
In figura è mostrato il processo di
ionizzazione del litio che presenta tre
protoni e tre elettroni.
ENERGIA DI IONIZZAZIONE. L’energia di 1a ionizzazione è l’energia necessaria per rimuovere un elettrone da un
atomo allo stato gassoso.
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7 Energie di ionizzazione
superiori alla 1a
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
È possibile allontanare più di un elettrone da un atomo, ma ciò richiede una
grande quantità di energia, maggiore rispetto a quella che serve per allontanare il
primo elettrone.
Nel caso del litio si hanno i seguenti valori:
Li
EI1 520
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Li+
EI2 7295
Li2+
EI3 11815 kJ/mol
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8 Il modello atomico a strati
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
ENERGIE DI IONIZZAZIONE DELL’ATOMO DI SODIO
Le energie di ionizzazione ci permettono
di rappresentare un primo modello
atomico, detto a gusci elettronici o
strati,
dove
gli
elettroni
sono
raggruppati in livelli di energia.
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Numero di
ionizzazione
EI
√ EI
1a
496
22,3
2a
4562
67,5
3a
6912
83,1
4a
9540
97,7
5a
13300
115
6a
16606
129
7a
20110
142
8a
25493
160
9a
28933
170
10a
141135
376
11a
159069
399
15
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8 Il modello atomico a strati
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
Disposizione
degli elettroni
nell’atomo
di
sodio secondo
Bohr.
PAG.
Grafico
della radice
quadrata di
ciascuna
delle
11
energie di
ionizzazione
del sodio in
funzione del
numero di
elettroni
rimossi.
Nell’atomo di sodio gli elettroni sono così distribuiti:
 2 elettroni formano il primo livello, quello più vicino al nucleo, n = 1.
 8 elettroni sono nel livello intermedio, n = 2.
 1 elettrone, con la più bassa energia di ionizzazione, e pertanto più facile da allontanare,
si trova nel terzo livello, n = 3.
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8 Il modello atomico a strati
CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO
PAG.
Disposizione degli elettroni secondo Bohr per gli atomi degli elementi aventi numero atomico tra 1 e 18.
I livelli di energia, a loro volta, sono suddivisi in sottolivelli.
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