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Dalla Grecia ai giorni nostri Il concetto di atomo (dal greco "atomòs", "indivisibile") quale costituente della materia trae origine dallantica filosofia.

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Presentazione sul tema: "Dalla Grecia ai giorni nostri Il concetto di atomo (dal greco "atomòs", "indivisibile") quale costituente della materia trae origine dallantica filosofia."— Transcript della presentazione:

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2 Dalla Grecia ai giorni nostri

3 Il concetto di atomo (dal greco "atomòs", "indivisibile") quale costituente della materia trae origine dallantica filosofia greca: la sua esistenza venne ipotizzata nel 450 a.C. da Leucippo, fondatore della teoria "atomistica" e ribadita nel 420 a.C. dal suo allievo Democrito che giunse ad affermare: In verità esistono solo atomi e il vuoto". Le idee di Democrito vennero riprese nel 300 a.C. da Epicuro che attribuì ai moti casuali degli atomi il formarsi delle differenti realtà che l'uomo è in grado di percepire. Il Medioevo osteggiò fortemente la concezione materialista della realtà e latomismo, la cui vera ripresa avvenne nel XVII secolo, rimase una dottrina filosofica fino allinizio del XIX secolo, quando negli studiosi si consolidò lidea di una natura discontinua, formata da atomi e molecole.

4 La sfera era carica positivamente ed i corpuscoli negativi erano disseminati in essa come luvetta nel panettone. Questo modello è infatti passato alla storia come modello a panettone Nel 1897, in seguito alla scoperta della natura corpuscolare dei raggi catodici da parte di Perrin, il fisico Joseph John Thomson ipotizzò lesistenza di una particella carica negativamente, lelettrone, e realizzò il primo modello atomico, secondo il quale latomo, che nel suo insieme era neutro, era costituito da una sfera il cui raggio era di circa m Il modello a panettone

5 In seguito allo studio della deflessione di particelle da parte di una sottile lamina doro, Rutherford elaborò tra il 1908 e il 1911 il modello planetario dellatomo. Il modello planetario

6 Lesperimento di Rutherford

7 Esperimento di Rutherford Sorgente radioattiva Particelle riflesse Lamina doro Raggio di particelle alfa Particelle deviate Schermo fluorescente di solfuro di zinco

8 Gli elettroni ruotano intorno ad un nucleo in cui è concentrata tutta la carica positiva, come i pianeti del sistema solare ruotano intorno al sole. Nel nucleo è concentrata la quasi totalità della massa dellatomo. Gli oggetti sono quindi per lo più vuoti. Caratteristiche del modello planetario raggio dellatomo cm raggio del nucleo cm il nucleo è volte più piccolo dellintero atomo di cui fa parte =

9 Dimensioni Se latomo fosse un campo da calcio (100 m), il nucleo sarebbe una biglia (1 cm) Lo spazio è quasi totalmente vuoto ! Sono le forze che creano la solidità degli oggetti

10 Modello planetario di Rutherford… Problemi + Le leggi dellelettromagnetismo stabiliscono che quando una carica elettrica subisce una qualsiasi accelerazione perde energia Lelettrone movendosi di moto circolare dovrebbe perdere energia cinetica avvicinandosi progressivamente al nucleo (in circa s) -

11 1. (quantizzazione delle orbite): solo un numero discreto di orbite circolari sono permesse agli elettroni che ruotano intorno al nucleo. 2. (quantizzazione dellenergia): quando un elettrone si trova in una di queste orbite non irradia energia; gli elettroni possono variare la propria energia solo in seguito alla transizione tra due orbite permesse. (in circa s) Per tali motivi, in base alle leggi dellelettrodinamica classica, latomo proposto da Rutherford non poteva essere stabile. Infatti gli elettroni sarebbero dovuti cadere nel nucleo in brevissimo tempo (in circa s). Bohr riprese così il modello planetario, mantenendo il concetto di nucleo e introducendo due postulati: Animazione L'atomo di Bohr

12 Postulati del modello atomico di Bohr L'atomo si trova normalmente in uno stato stazionario che non irradia energia. Gli elettroni possono muoversi solo seguendo orbite con raggi definiti. L energia dell elettrone aumenta all aumentare del raggio dell orbita L'atomo può assorbire o irradiare energia solo quando passa da uno stato stazionario ad un altro.

13 La natura procede a salti ! La teoria dei quanti

14 Continuo e Quantistico

15 Bohr Il modello atomico di Bohr è basato su due postulati: ogni orbita ha un determinato livello energetico lelettrone,passando da un orbita allaltra, assorbe o emette una determinata quantità di energia. LENERGIA E QUANTIZZATA

16 Spettro di emissione Spettro di assorbimento Hydrogen gas La spettroscopia

17 I Gas emettono spettri discontinui La luce bianca emette uno spettro continuo

18 Le posizioni delle righe negli spettri di assorbimento ed emissione di un dato elemento coincidono

19 Lemissione degli spettri dei gas confermano il modello di Bohr e - Gli elettroni emettono luce Passando da un livello energetico elevato ad un livello energetico inferiore Stato stazionario Stato eccitato H

20 Importanza del modello di Bohr I livelli di energia dell'idrogeno esistono come salti energetici, non in forma continua. Costituisce il primo modello che collega l'energia e la materia.

21 Il modello di Bohr, per quanto stimolante, ha due limitazioni: formalmente non è ortodosso; si parte dalla meccanica tradizionale (Newtoniana) e si arriva ad un modello fisico discontinuo introducendo assunzioni non dimostrate. il modello fornisce una spiegazione delle proprietà spettroscopiche dellatomo di idrogeno (lelemento più semplice) ma non è sufficientemente robusto per interpretare gli spettri energetici degli altri elementi. Problemi del modello di Bohr

22 De Broglie estese il dualismo onda- corpuscolo della luce anche alla materia. Anche gli elettroni presentano fenomeni propri delle onde (interferenza e diffrazione). Il modello di Bohr venne perfezionato da Sommerfeld che introdusse delle orbite ellittiche per gli elettroni. Gli elettroni possono comportarsi come particella e come onda. Materia: onda o corpuscolo?

23 Il principio di Indeterminazione "DINAMISMO DI UNA CANE AL GUINZAGLIO" di G.Balla,1912

24 Heisenberg È più accurato dire che in meccanica quantistica le particelle hanno alcune proprietà tipiche delle onde, non sono quindi oggetti puntiformi, e non possiedono una ben definita coppia posizione e velocità. Il principio di Indeterminazione Heisenberg escluse la possibilità di conoscere posizione e velocità dellelettrone contemporaneamente in un punto.

25 Il processo di misura perturba irreparabilmente ciò che stiamo misurando E possibile conoscere con precisione la posizione di una particella E possibile conoscere con precisione la sua velocità Non è possibile conoscere contemporaneamente queste variabili con precisione Il Principio di Indeterminazione

26 Fenomeni macroscopici: Nessuna conseguenza pratica Dimensioni atomiche: Non e possibile definire la traiettoria di un elettrone intorno al nucleo Si puo parlare della posizione dellelettrone solo in termini probabilistici: si trovera in una regione dello spazio con una certa probabilita. Il principio di Indeterminazione conseguenze

27 Tempo di esposizione: corto Tempo di esposizione: lungo Ben risolta la posizione Ma si perde la traiettoria Non risolta chiaramente la posizione Ma si hanno informazioni sulla traiettoria Il principio di Indeterminazione

28 Ogni elettrone è quindi descritto da unonda, la cui ampiezza dà la probabilità di trovare lelettrone in una data posizione intorno al nucleo. Schroedinger nel 1926 riunì in una sola equazione lintuizione di De Broglie del dualismo onda-corpuscolo e il principio di indeterminazione di Heisenberg. Il Modello quantistico

29 Gli orbitali Non può determinare contemporaneamente l'energia e la posizione dell'elettrone Gli orbitali le regioni di spazio nelle quali è più elevata la probabilità di trovare lelettrone.

30 Orbitale atomico Regione dello spazio intorno al nucleo delimitata da una superficie allinterno della quale ce il 99% di probabilita di trovare lelettrone Essi sono le funzioni donda ottenute dalla risoluzione della equazione di Schroedinger la probabilità di trovare un elettrone entro una certa area

31 Excitation and de-excitation of electrons of the hydrogen atom. Animation by Naoki Watanabe

32 Il Modello di Bohr ed il modello Quantistico Lorbita un percorso circolare Lorbita un percorso circolare Lorbitale una mappa di probabilità Lorbitale una mappa di probabilità

33 I Modelli atomici

34 … e chi farà il prossimo modello?

35 I Livelli energetici


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