Il Dualismo Onda-Particella e l’Orbitale


LA RADIAZIONE ELETTRICA

Prima dell’esperimento sull’effetto fotoelettrico, la radiazione elettrica era considerata esclusivamente come onda, la cui velocità dipendeva dal tipo di onda e dal mezzo su cui si propagava.

La velocità della luce nel vuoto fu calcolata:

c=2,99×108m/s

Maxwell scoprì che, a parità di frequenza e di lunghezza d’onda, le radiazioni hanno stessa velocità.

L’EFFETTO FOTOELETTRICO – EINSTEIN

Irradiando la superficie di un metallo, A. Einstein notò che alcuni elettroni venivano emessi da tale metallo; ciò avveniva solo se le radiazioni avevano una precisa frequenza, detta frequenza soglia o frequenza minima: importava solo la frequenza, nessun’altra grandezza o caratteristica.

Allora suggerì che un fascio di luce è anche un fascio di particelle, dette FOTONI; un tale comportamento infatti non sarebbe dimostrabile dalla sola teoria ondulatoria della luce, dunque: LA LUCE HA ANCHE NATURA PARTICELLARE. (per il momento rimase solo una SUPPOSIZIONE)

Gli elettroni verranno emessi solo se l’energia della radiazione che colpisce il metallo è maggiore o uguale a E=vh (equazione di Planck)

DUALISMO ONDA-PARTICELLA

La supposizione di Einstein trovò conferma grazie a De Broglie.

Egli affermò che l’elettrone e le particelle atomiche possono essere descritte sia come onda che come particella. Il loro comportamento ondulatorio è dettato dalla loro massa e dalla loro velocità. All’elettrone deve essere associata un’onda stazionaria che si propaga lungo una circonferenza avente per centro il nucleo dell’atomo.

>>L’elettrone si muove attorno al nucleo, e deve avere lunghezza d’onda tale da entrare un numero intero di volte in quella circonferenza>>

PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEISEMBERG

Afferma l’impossibilità di conoscere contemporaneamente i valori precisi della velocità e della posizione delle particelle subatomiche; in pratica, le caratteristiche del loro movimento.

MAX BORN e l’ORBITALE

“L’elettrone, che è sia onda che particella, si muove attorno al nucleo con un moto indefinibile. Le sue diverse posizioni vanno a creare una sorta di nube, che non ha quindi contorni definiti. Tuttavia possiamo definire una porzione che all’interno comprenda il 90% della nube: l’ORBITALE“.

L’ORBITALE

E’ la regione di spazio, del tutto immaginaria e ricavata matematicamente, in cui vi è il 90% di probabilità di trovare l’elettrone. E’ detto anche funzione d’onda orbitale.

Un’ulteriore definizione è che l’orbitale è la regione di spazio intorno al nucleo in cui l’elettrone passa più del 90% del suo tempo.

La funzione d’onda al quadrato rappresenta la probabilità di trovare l’elettrone. Lo spazio vuoto è detto NODO RADIALE.

I NUMERI QUANTICI

I Numeri Quantici servono a descrivere l’orbitale sotto ogni suo aspetto.

NUMERO QUANTICO PRINCIPALE “n”

Indica l’energia/il livello energetico, quindi le dimensioni dell’orbitale. Esso può assumere tutti i valori da +1 a infinito.

NUMERO QUANTICO SECONDARIO “l” / AZIMUTALE / ANGOLARE

Indica la forma dell’orbitale, in quanto rappresenta l’eccentricità dell’orbita. Esso può assumere tutti i valori compresi da 0 a n-1.

NUMERO QUANTICO MAGNETICO “m”

Indica verso dove sono orientate le orbite dell’elettrone e verso dove è orientato il suo campo magnetico. Può assumere i valori tra -l e +l.

NUMERO QUANTICO DI SPIN ms

Indica il verso di rotazione dell’elettrone attorno al proprio asse. Può assumere i valori +1/2 e -1/2 che indicano, rispettivamente, una rotazione oraria o antioraria.

TIPI DI ORBITALI

l = 0 Orbitale s : sferico

l = 1 Orbitali p

l = 2 Orbitali d

l = 3 Orbitali f

 

GUSCI E SOTTOGUSCI

Considerati degli orbitali nello stesso n si dice che sono nello stesso GUSCIO ELETTRONICO. Gli orbitali in uno stesso guscio possono essere classificati in SOTTOGUSCI, ciascuno caratterizzato da un differente “l”.

L’ENERGIA DEGLI ORBITALI – PRINCIPIO DI AUFBAU

Gli elettroni si dispongono a partire dagli orbitali ad energia minore. L’energia dipende solo da n e da l. A parità di l, dipende solo da n. A parità di n, l’energia cresce col crescere di l: s<p<d<f.

PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI

Due elettroni in un atomo non possono essere descritti dalla stessa sequenza dei quattro numeri quantici (n, l, m, ms).

Non possono esistere in uno stesso orbitale degli elettroni con numeri quantici uguali; almeno il numero di spin deve essere differente (segno opposto).

REGOLA DI HUND

Quando si riempie un sottoguscio, gli elettroni riempiono dapprima gli orbitali vuoti – con spin parallelo – poi quando non sono più disponibili orbitali, si appaiano.