Capitolo 3 : la struttura del nucleo Flashcards

struttura del nucleo, discussione tra natura corpuscolare e ondulatoria

1
Q

perchè il modello planetario di Rutherford è impossibile secondo le leggi della fisica classica?

A

N1: perchè se l’elettrone fosse fermo dovrebbe cadere sul nucleo con una traiettoria rettilinea (gravità)
N2: perchè se l’elettrone fosse in moto, l’elettrone sarebbe un dipolo oscillante e perderebbe energia e l’elettrone sarebbe destinato a cadere sul nucleo con una traiettoria a spirale.

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2
Q

Cosa è la lunghezza d’onda?

A

La distanza tra due creste di un’onda, si misura in sottomultipli di metri.

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3
Q

cosa è la frequenza di un’onda?

A

il numero di cicli al secondo dell’onda. si misura in Hertz.

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4
Q

qual è la relazione che lega lunghezza d’onda e frenquenza?

A

Lamba(lunghezza) * nu(frequenza) = c (costante della velocità della luce nel vuoto).
questo implica: più la frequenza è grande più la lunghezza d’onda è corta, più energia hanno le onde.
le onde radio non hanno tanta energia : hanno lunghezza d’onda dell’ordine dei metri e frequenza dell’ordine di 10e8; mentre i raggi gamma hanno lunghezza d’onda dell’ordine di 10e-12 m , mentre frequenza dell’ordine di 10e20Hz

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5
Q

qual è il range di lunghezze d’onda che l’uomo può vedere?

A

da 380 a 780 nanometri. prima è ultravioletto, dopo è infrarosso.

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6
Q

quali sono le due descrizioni possibili della luce?

A

Descrizione con natura ondulatoria (lunghezza d’onda, frequenza).
descrizione seconda la fisica quantistica (es: la luce è costituita da un flusso di particelle chiamati “quanti” “fotoni” che possiedono energia proporzionale alla loro frequenza ) .

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7
Q

qual è la formula che nella fisica quantistica lega l’energia dei fotoni alla loro frequenza?

A

E(energia, Elettronvolt/ Joule) = h(costante di Planck Joule*secondo) * v(nu=frequenza, Hertz(=1/secondo))

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8
Q

Esponi l’effetto fotoelettrico

A

all’inizi del ‘900 era riconosciuto il fatto che bombardando alcuni materiali (soprattutto i metalli) con una radiazione elettromagnetica di sufficiente frequenza questo emettesse elettroni.
Quanda la frequenza della radiazione non era sufficientemente alta, non accadeva niente, tuttavia superando il valore di soglia v0, venivano emessi elettroni caratterizzati da un’energia cinetica e da un numero proporzionali alla frequenza della radiazione.
Einstein interpreta questo fenomeno dicendo che la radiazione elettromagnetica è costituita da fotoni, e dunque, l’energia cinetica degli elettroni espulsi è uguale all’energia del fotone meno l’energia di legame dell’elettrone.
l’energia cinetica dell’elettrone si può descrivere con un grafico: mettendo questa sulle Y e sulle X la frequenza v del fotone, il grafico è l’equazione di una retta dove h (costante di Plank) è il coeff.angolare e -h*v0 è l’intercetta con le X.

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9
Q

In che cosa consiste il modello atomico di Bohr per l’atomo di idrogeno?

A

è stato il primo modello atomico ad utilizzare la quantizzazione dell’energia. Applica al modello di Rutherford la quantizzazione dell’energia e riesce a spiegare lo spettro di emissione (almeno dell’idrogeno).
Impone tre postulati alla teoria atomico di Rutherford.

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10
Q

Primo postulato del modello atomico di Bohr

A

Postulato riguardante la quantizzazione del momento angolare.
Il valore del modulo del momento angolare dell’elettrone che ruota attorno al nucleo deve essere un multiplo intero di h(costante di Plank)/(2pigreco).
–>r(raggio)
m(massa)v(velocità)=nh/(2*pigreco).
Questo postulato ha come conseguenza la quantizzazione del raggio dell’orbita(l’elettrone può muoversi solo orbite specifiche), e la quantizzazione dell’energia dell’elettrone(l’elettrone può trovarsi solo in certi livelli energetici)

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11
Q

secondo postulato di Bohr

A
  1. gli elettroni possono esistere solo in determinate orbite stazionare, ciascuna con energia definita o “quantizzata”
    2.quando un elettrone salta da un’orbita di energia più alta a una di energia più bassa emette energia sotto forma di fotone; viceversa quando salta da un’orbita a energia più bassa a una ad energia più alta, assorbe energia sotto forma di un fotone.
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11
Q

Dunque come posso legare le formule che descrivono l’energia di un fotone e la relazione tra lunghezza d’onda ed frequenza?

A

ricorda: DeltaE= hv,
dunque siccome v
lambda= c –> v= c/lambda,
Delta E = h * c / lambda.

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12
Q

Cosa aggiunge Sommerfield a questi postulati?

A

Estende il modello di Bohr ad atomi con più di un elettrone introducendo altri numero quantici oltre ad n (vedi primo postulato di Bohr) (le orbite diventano elittiche).
Aggiunge :
- l = numero quantico secondario
-m_l=numero quantico magnetico
- m_S= numero quantico di spin

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13
Q

quali sono le critiche al modello di bohr- sommerfield?

A
  • l’utilizzo di leggi della meccanica classica
    -l’introduzione di postulati senza giustificazione
    -per giustificare l’introduzione del concetto di orbita sarebbe necessario conoscere la posizione e la velocità dell’elettrone in un dato istante(cosa che sappiamo non essere possibile dato il principio di indeterminazione di Heisemberg, che dice che nella fisica quantistica esiste un limite invalicabile alla precisione con cui possiamo conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella).
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14
Q

cosa sostiene la teoria ondulatoria di De Broglie?

A

sostiene che anche le particelle possano avere un comportamento ondulatorio, e il comportamento ondulatorio di una particella di massa m che si muove a velocità v sarebbe definito dalla seguente equazione: lambda = h / (m * v).
Importante perchè lambda è una grandezza tipica di un’onda, mentre massa e velocità sono tipiche di una particella.

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15
Q

come si può provare quanto ipotizzato da de Broglie?

A

Secondo la sua ipotesi, un elettrone accelerato alla velocità dell’ordine di qualche centesimo della velocità della luce si comporterà come un’onda con lambda circa = a quella dei raggi X: e sperimentalmente si trova che è effettivamente così.

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16
Q

cosa è un’onda stazionaria?

A

è un’onda che resta invariata nel tempo.

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17
Q

quali sono le conseguenze legate al comportamento dell’elettrone come onda stazionaria?

A

Affinchè un’onda associata ad un elettrone che si muove attorno al nucleo (con traiettoria circolare) resti invariata nel tempo, essa deve essere formata da un numero intero di lunghezze d’onda.
Dunque 2pigrecoraggio= n(numero intero)lambda.
Ricordando de broglie(lambda=h/(m
v))
si giunge alla formula finale mvr=n(h/2pigreco)(vedi primo postulato di Bohr!!)

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18
Q

che cosa propone schroedinger?

A

schroedinger propone una equazione differenziale di ordine 2 per descrivere il comportamento ondulatorio dell’elettrone dell’atomo di idrogeno.
questa permette il calcolo delle possibili energie dell’elettrone e la determinazione di funzioni matematiche, chiamate FUNZIONI D’ONDA o ORBITALI, il cui quadrato rappresenta matematicamente la densità di probabilità di trovare l’elettrone in una certa zona dello spazio, rappresentata dalla lettera greca Psi.

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19
Q

Quali sono le caratteristiche che Psi deve avere per avere un significato fisico?

A
  1. continua e univoca
  2. tendere a zero all’infinito
  3. soddisfare la condizione di normalizzazione che chiede che l’integrale indefinito in delta V del quadrato del modulo di Psi sia uguale a 1.
20
Q

Qual è il problema dell’equazione di Schroedinger?

A

é risolvibile solo per gli atomi di idrogeno.
Infatti anche considerando le condizioni necessarie affinchè Psi abbia significato fisico, l’equazione ha infinite soluzioni. Tuttavia queste hanno significato fisico solo per determinati valori di energia E, che devono soddisfare l’equazione di quantizzazione dell’energia E_n = -1/n^22(pigreco)^2m*e^4/h^2.

21
Q

quali solo le somiglianze e le differenze tra il modello proposto da Bohr-Sommerfield e l’equazione di schroedinger?

A

l’equazione della quantizzazione dell’energia è equivalente nei due modelli, tuttavia mentre nel primo caso l’equazione della quantizzazione dell’energie nasce da postulati arbitrariamente imposti, nel secondo caso è conseguenza logica della natura dell’equazione e delle condizioni che devono essere soddisfate affinché Psi abbia significato fisico valido.

22
Q

Cosa sono le funzioni d’onda?

A

Le funzioni d’onda sono funzioni matematiche in tre variabili o coordinate spaziali; contengono obbligatoriamente tre numeri quantici. Ogni funzione Psi associata a una terna di questi valori viene chiamata orbitale.

23
Q

Quali sono i numeri quantici?

A
  1. n = numero quantico principale, i suoi possibili valori : (n = 1,2,3,…infinito), definisce in particolare l’energia dell’orbitale (quanto l’elettrone è lontano dal nucleo)
  2. l = numero quantico secondario, i suoi possibili valori (l = 0,1,2,… n-1), definisce la forma dell’orbitale.
  3. m_l = numero quantico magnetico, valori possibili (m_l = -l, -(l-1),…, 0 ,… (l-1), l), definisce l’orientamento nello spazio dell’orbitale.
  4. m_s = numero quantico di spin, definisce il senso di rotazione dell’elettrone, ha come valori possibili (-1/2(verso il basso), 1/2(verso l’alto)), viene associato al momento intrinseco della quantità di moto dell’elettrone, NON é PRESENTE NELL’EQUAZIONE DI SCHROEDINGER.
24
Q

spiegami il collegamento tra numeri quantici e orbitali (cioè come un numero quantico incide sull’orbitale, come vengono distribuiti gli elettroni, etc..)

A

Secondo il principio di esclusione di Pauli, gli elettroni devono occupare orbitali ognuno con numeri quantici tutti diversi.
Dunque per esempio il numero quantico n=1 implica che l= 0, che implica a sua volta m_l = 0, dunque esiste un solo orbitale che può contenere al massimo due elettroni con m_s opposti.
Altro es. n=2 –> l = 0, 1 –> m_l = -1, 0 , 1, il che implica che esistono 4 orbitali che possono contenere al massimo 8 elettroni, 2 nell’orbitale 2s, 6 nell’orbitale 2p.
Inoltre secondo la regola di Hund o della massima molteplicità, gli elettroni occuperanno prima tutti gli orbitali possibili con lo stesso numero di spin, per poi iniziare a occupare quelli con numero di spin opposto.
inoltre gli elettroni tendono ad occupare l’orbitale con energia inferiore. (ricorda schema (frecce partono dal basso)

25
Q

che simmetria hanno gli orbitali s (l=0)?

A

hanno simmetria sferica

26
Q

come si possono rappresentare gli orbitali atomici (o meglio il loro modulo al quadrato)?

A

si posso rappresentare con sfumature la cui intensità dipende dalla probabilità di trovare l’elettrone.

27
Q

Qual è il problema dell’equazione di Schroedinger per atomi polielettronici?(cioè diversi dall’atomo di idrogeno)

A

l’EDO di secondo grado di Schroedinger è risolvibile solo per atomi mono-elettronici, dunque per tutti gli altri atomi si è ricorsi a soluzioni approssimate. Mentre per l’H i valori energetici dipendono solo da n, (dunque tutti gli orbitali successi al 1s sono DEGENERI perché caratterizzati dallo stesso livello energetico), si è considerato che per gli atomi polielettroni l’energia degli stessi orbitali ottenuti per l’H variassero anche al variare del numero quantico l.

28
Q

Enuncia il principio di esclusione di Pauli

A

il principio di esclusione di Pauli afferma che in un atomo, due elettroni che gli appartengono non possono avere lo stesso insieme di quattro numeri quantici.

29
Q

in cosa consiste il principio di Hund o di massima molteplicità?

A

il principio di Hund afferma che gli elettroni si distribuiscono negli orbitali degeneri in modo da massimizzare il numero di elettroni con lo stesso m_s.

30
Q

perche le configurazioni elettroniche sono utili?

A

sono utili perchè ci permettono di ricavare la valenza di un certo elemento.

31
Q

quanti tipi di valenza esistono?

A

ci sono due tipi di valenza:
1. la valenza ionica: il numero di elettroni che l’atomo può perdere o acquistare (progredendo o regredendo alla configurazione del gaso nobile che lo segue o lo precede)
2.covalenza : numero di elettroni spaiati che un atomo può utilizzare per formare altrettanti legami covalenti.

32
Q

qual è lo stato di valenza normale per gli elementi del IV gruppo?

A

La valenza normale è la tetravalenza, dal momento che il salto energetico tra lo stato fondamentale e e lo stato di valenza è relativamente basso . Fa eccezione il Piombo, perchè metallo, il cui stato di valenza normale è la bivalenza.

32
Q

Qual è la valenza normale per gli elementi a partire dal terzo gruppo?

A

Il salto di energia ad un orbitale nd è molto alto, dunque le valenze superiori a (8-n.gruppo) si presentano solo con un legame molto forte(cioè con un elemento fortemente elettronegativo come ossigeno, fluoro, cloro). Altrimenti, se si legano a sè stessi, a metalli o ad elementi poco elettronegativi, mantengono la valenza corrispondente allo stato elementare.

33
Q

come si calcola il rendimento di una reazione?

A

Si calcola facendo il rapporto tra la quantità di prodotto L effettivamente formatasi e la quantità di prodotto K che si sarebbe teoricamente formata se tutto il reagente A avesse reagito.
dunque ETA = L / K.

34
Q

Cosa rappresenta la carica nucleare efficace Z?

A

rappresenta il numero di cariche positive sentite dall’ultimo elettrone.
Z = Z*(cariche positive nel nucleo o numero atomico) - S(effetto schermo degli elettroni più interni)

35
Q

Come varia la carica nucleare efficace Z?

A

Essa aumenta all’interno dello stesso periodo , diminuendo fortemente passando da un periodo al successivo.
Se consideriamo elementi appartenenti allo stesso gruppo, il valore rimane circa costante.

36
Q

Quali sono le proprietà periodiche?

A

Sono 5:
1. il raggio atomico
2. l’energia di prima ionizzazione
3. l’affinità elettronica
4. l’elettronegatività
5. il carattere metallico

37
Q

Cosa è il raggio atomico?

A

Il raggio atomico è la semi-distanza tra i due nuclei della molecola biatomica dell’elemento.

38
Q

Come varia nella tavola periodica il raggio atomico?

A

Diminuisce lungo il periodo a causa dell’aumento della carica nucleare efficace.
Aumenta lungo il gruppo a causa dell’aumento del numero di elettroni.

39
Q

Cosa è l’energia di prima ionizzazione?

A

Essa rappresenta l’energia necessaria per portare a distanza infinta dal nucleo l’elettrone più esterno.

40
Q

Come varia nella tavola periodica l’energia di prima ionizzazione?

A

Essa aumenta all’interno dello stesso periodo , diminuendo fortemente passando da un periodo al successivo.
Se consideriamo elementi appartenenti allo stesso gruppo, il valore diminuisce .

41
Q

Cosa è l’affinità elettronica?

A

Rappresenta l’energia coinvolta nella formazione di uno ione negativo a partire da un atomo isolato.

42
Q

perchè i valori dell’affinità elettronica possono essere negativi?

A

Perché il suo valore positivo o negativo dipende dall’energia che viene liberata a causa della maggiore stabilità dell’anione rispetto all’atomo neutro.
(es: è particolarmente negativa per gli elementi del VII e VI gruppo)

43
Q

Cosa è l’elettronegatività?

A

Rappresenta la tendenza di un atomo ad attrarre a sè gli elettroni di legame.

44
Q

Cosa favorisce un’elettronegatività elevata?

A
  1. elevati valori della carica nucleare efficace
  2. piccole dimensioni dell’atomo
    (il fluoro è l’elemento più elettronegativo della tavola periodica)
45
Q

Cosa è il carattere metallico?

A

Il carattere metallico è la forza di legame con gli elettroni più esterni dell’atomo; tanto più questo valore è piccolo tanto più è grande il carattere metallico di una sostanza.

46
Q

Cosa favorisce un carattere metallico elevato?

A
  1. basse energie di ionizzazione,
  2. valori positivi e/o bassi di affinità elettronica,
  3. bassa elettronegatività