Struttura dell'Atomo

La Doppia Natura della Luce

Introduzione

• La luce rivela la struttura elettronica degli atomi.
• Doppia natura della luce: ondulatoria e corpuscolare.
• Scoperta da Planck e Einstein.

Natura Ondulatoria

• Fenomeni: Diffrazione e Interferenza.
• Caratteristiche onde elettromagnetiche:
  • Frequenza (ν): oscillazioni/sec (Hz).
  • Lunghezza d'onda (λ): distanza tra due creste (m).
  • Velocità (c): 3,00 × 10⁸ m/s nel vuoto.
• Formula: c = λ × ν.
• Spettro elettromagnetico: onde radio, microonde, infrarossi, visibile (400-700 nm), UV, raggi X, raggi γ.

Natura Corpuscolare

• Fenomeni: Effetto fotoelettrico.
• Fotoni: quanti di energia, energia E = h × ν o E = h × c / λ.
• Effetto soglia: emissione di elettroni solo se ν > ν soglia.
• Fotoni: pacchetti di energia discreti.

Conclusione

• Dualità: luce è sia onda che particella.

La Luce degli Atomi

Emissione di Luce

• Solidi/liquidi incandescenti: spettro continuo.
• Gas rarefatti: spettro a righe (discontinuo).

Spettro dell'Idrogeno

• Righe principali: 656 nm (rosso), 486 nm (verde), 434 nm (blu), 410 nm (viola).

L'Atomo di Idrogeno Secondo Bohr

Modelli Atomici Precedenti

• Modello planetario di Rutherford: non spiega spettri a righe/stabilità.

Intervento di Bohr

• Teoria dei quanti applicata all'atomo.
• Numero quantico principale (n): livelli energetici.
• Energia dell'elettrone: Eₙ = -K / n², K = 2,18 × 10⁻¹⁸ J.

Stati Energetici dell'Elettrone

• n = 1: stato fondamentale.
• n > 1: stati eccitati.
• Salto quantico: assorbimento/emissione di fotoni.

Limiti del Modello di Bohr

• Non applicabile ad atomi complessi.

L'Elettrone: Particella o Onda?

Ipotesi di Louis de Broglie

• Materia con natura ondulatoria.
• Formula: λ = h / (m · v).

Principio di Indeterminazione di Heisenberg

• Impossibilità di conoscere simultaneamente posizione e quantità di moto.

Conferma Sperimentale

• Diffrazione degli elettroni da cristalli.

Meccanica Quantistica

• Fenomeni descritti con leggi probabilistiche.

L'Equazione d'Onda e Probabilità di Presenza

Onde Stazionarie

• Onde associate all'elettrone stazionarie (nodi fissi).

Funzione d'Onda ψ (psi)

• Descrive l'elettrone: ψ² = densità di probabilità.

Numeri Quantici e Orbitali

Numero Quantico Principale (n)

• Livello energetico e distanza dal nucleo.

Numero Quantico Secondario (l)

• Forma dell'orbitale: s, p, d, f.

Numero Quantico Magnetico (m)

• Orientamento spaziale dell'orbitale.

Numero Quantico di Spin (ms)

• Verso della rotazione dell'elettrone.

Principio di Esclusione di Pauli

• Massimo 2 elettroni per orbitale con spin opposto.

Configurazione Elettronica

Principi Base

• Aufbau: elettroni occupano orbitali a bassa energia.
• Pauli: massimo 2 elettroni con spin opposto.
• Hund: distribuzione singola prima di appaiarsi.

Anomalie Energetiche

• Alcuni orbitali di livelli superiori si riempiono prima (es. 4s < 3d).

Configurazione degli Ioni

• Aggiunta/rimozione di elettroni dai livelli esterni.

Sistema Periodico

Evoluzione

• Mendeleev: ordinamento per massa atomica, scoperta periodicità.

Tavola Periodica Moderna

• Ordinamento per numero atomico Z.

Configurazione Elettronica e Struttura

• Metalli alcalini e alcalino-terrosi: configurazioni specifiche.
• Metalli di transizione: elettroni nei sottolivelli d.

Legami Chimici

Tipi di Legami

• Ionico: trasferimento di elettroni (es. NaCl).
• Covalente: condivisione di elettroni (es. H₂).

Legami a Idrogeno

• Interazione tra H legato a N, O, F e coppia di elettroni non condivisa.

Legame Metallico

• Elettroni di valenza mobili in un reticolo di ioni positivi.

Legami Covalenti Dativi

• Coppia di elettroni proviene da un solo atomo donatore.

Forze Intermolecolari

Tipi Principali

• Dipolo-Dipolo: attrazione tra dipoli permanenti.
• Forze di London: attrazione tra dipoli temporanei.
• Legame a idrogeno: interazione specifica con H.

Importanza

• Determinano proprietà fisiche come solubilità e temperatura di ebollizione.

Proprietà dei Solidi Cristallini

Classificazione

• Ionici, metallici, covalenti, molecolari apolari e polari.

Solidi Amorfi

• Struttura disordinata, metamorfosi nel tempo (es. vetro).