Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 Copertina 1

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 CAPITOLO 1.La luce come ondaLa luce come onda 2.Effetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luceEffetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luce 3.I limiti del modello atomico di RutherfordI limiti del modello atomico di Rutherford 4.Gli spettri di emissione a righe degli atomiGli spettri di emissione a righe degli atomi 5.Il modello di Bohr dell’atomo d’idrogenoIl modello di Bohr dell’atomo d’idrogeno 6.Energia di ionizzazioneEnergia di ionizzazione 7.Energie di ionizzazione superiori alla 1 aEnergie di ionizzazione superiori alla 1 a 8.Il modello atomico a stratiIl modello atomico a strati 6 2 Indice

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 La luce, secondo la teoria classica, è un movimento ondulatorio di un campo elettrico e di un campo magnetico che si propagano nello spazio. 3 CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG La luce è un tipo di radiazione elettromagnetica. La luce come onda

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 I parametri che caratterizzano un’onda elettromagnetica sono: 4 CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG  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  10 8 m/s. c =  da cui c = c = Pertanto e sono grandezze inversamente proporzionali. La luce come onda

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 I colori che costituiscono i componenti della luce visibile sono evidenziati con il fenomeno noto come “dispersione della luce”. 5 CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG Dispersione della luce bianca: si ha formazione di uno spettro continuo. La luce come onda

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 La luce visibile rappresenta solo una piccola porzione dello spettro elettromagnetico. 6 CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG Lunghezza d’onda e frequenza dello spettro elettromagnetico. Il visibile costituisce una piccola parte compresa tra 400 nm e 750 nm. La luce come onda

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 Quando una luce con una frequenza superiore ad un valore, detto soglia fotoelettrica, colpisce la superficie di un metallo, si ha emissione di elettroni. 7 CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG Il fenomeno è chiamato effetto fotoelettrico. EFFETTO FOTOELETTRICO. Un metallo, come il cesio, colpito da un raggio di luce emette elettroni. Effetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luce

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO 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  E = energia in J; h = costante di Planck = 6,626  10 −34 J  s; = frequenza espressa in s −1 (Hz) dove Effetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luce

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas I limiti del modello atomico di Rutherford 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. Ciò è in contrasto con i dati sperimentali. CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 116 Modello atomico di Rutherford.

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 Gli atomi delle sostanze gassose emettono radiazioni di lunghezza d’onda definita e costante Gli spettri di emissione a righe degli atomi CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 117 Gli atomi d’idrogeno emettono uno spettro caratteristico a righe nella zona del visibile. Spettro a righe di emissione dell’atomo di idrogeno su una lastra fotografica delle righe di Balmer, le sole visibili a occhio nudo

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 Bohr, nel 1913, postulò che: 11 5 Il modello atomico di Bohr dell’atomo di idrogeno  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; CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 118 segue 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).

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas Il modello atomico di Bohr dell’atomo di idrogeno CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 118  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.

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 L’energia per strappare da un atomo il primo elettrone è detta energia di 1 a ionizzazione Energia di ionizzazione CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 120 Nel SI l’energia di ionizzazione si indica con EI ed è misurata in kJ/mol. ENERGIA DI IONIZZAZIONE. L’energia di 1 a ionizzazione è l’energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo allo stato gassoso. In figura è mostrato il processo di ionizzazione del litio che presenta tre protoni e tre elettroni.

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 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 Energie di ionizzazione superiori alla 1 a CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 122 Nel caso del litio si hanno i seguenti valori: EI EI EI kJ/mol LiLi + Li 2+

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 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 Il modello atomico a strati CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 123 EI Numero di ionizzazione √ EI 22,3 67,5 83,1 97, a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 a 9 a 10 a 11 a ENERGIE DI IONIZZAZIONE DELL’ATOMO DI SODIO

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 Nell’atomo di sodio gli elettroni sono così distribuiti: 16 8 Il modello atomico a strati CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 123  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. Disposizione degli elettroni nell’atomo di sodio secondo Bohr. Grafico della radice quadrata di ciascuna delle 11 energie di ionizzazione del sodio in funzione del numero di elettroni rimossi. n=3 n=2 n=1

Paolo Pistarà Principi di Chimica Moderna © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2011 I livelli di energia, a loro volta, sono suddivisi in sottolivelli Il modello atomico a strati CAPITOLO 6. GLI ELETTRONI NELL’ATOMO PAG. 123 Disposizione degli elettroni secondo Bohr per gli atomi degli elementi aventi numero atomico tra 1 e 18.