Basic HTML Version
Sezione D
Dall’atomo ai composti inorganici e organici
16
È quindi possibile riconoscere qualsiasi elemento chimico esaminando il suo
spettro e confrontandolo con spettri campione ottenuti in laboratorio. Per
questo motivo gli spettri di emissione si rivelarono, all’inizio del XX secolo,
un importante mezzo per indagare la struttura degli atomi.
5.4
La natura corpuscolare della luce:
i quanti di energia
La vittoria del modello ondulatorio della luce non fu definitiva. Nel 1900
il fisico tedesco Max Planck, per giustificare le caratteristiche degli spettri
emessi da corpi sottoposti a riscaldamento (i cosiddetti “corpi neri”), ipotizzò
che la luce non venisse assorbita o emessa in modo continuo come si era cre-
duto sino ad allora, ma per unità separate, “pacchetti” o “granuli” di energia,
cui venne dato il nome di
quanti
(o
fotoni
): nasceva così la
teoria quantisti-
ca
, che introdusse il rivoluzionario concetto di
quantizzazione dell’energia
.
Chiariamo con un esempio. L’acqua che esce dal rubinetto è un esempio
di flusso continuo; centinaia di bottiglie di acqua minerale che scorrono su
di un nastro trasportatore rappresentano invece un flusso d’acqua discon-
tinuo (ossia quantizzato), perché costituito da entità minime, le bottiglie,
che non possono essere ulteriormente suddivise. Analogamente, secondo la
teoria ondulatoria la luce è un flusso continuo di energia, mentre secondo
la teoria quantistica essa viene assorbita o emessa dalla materia in modo
discontinuo.
I quanti non sono tutti uguali tra loro, perché possono contenere diverse
quantità di energia. L’energia
E
f
di un fotone, infatti, dipende dalla frequen-
za
f
dell’onda elettromagnetica corrispondente, secondo la relazione
costante di Planck
(6,6 10
34
J s)
E
f
h f
quanto di energia (J)
frequenza (Hz)
dove la costante
h
6,6 10
34
J s, il cui valore è stato ricavato sperimen-
talmente, è chiamata
costante di Planck
.
L’interazione tra la materia e una radiazione elettromagnetica di data
frequenza
f
avviene solo mediante l’emissione o l’assorbimento di quantità
discrete di energia,
E
n h f
, multiple dell’energia
E
f
h f
del singolo foto-
ne secondo numeri interi
n
.
A questo punto è naturale chiedersi quale sia la teoria corretta: quella on-
dulatoria o quella quantistica? La risposta può sembrare sconcertante: sono
giuste tutte e due!
Esistono prove sperimentali inconfutabili a sostegno della teoria quan-
tistica, come pure della teoria ondulatoria. Dobbiamo quindi arrenderci
all’evidenza sperimentale: la luce, così come tutte le radiazioni che compon-
gono lo spettro elettromagnetico, ha un comportamento dualistico, ossia si
rivela all’osservatore come un’onda quando si propaga e come un flusso di
particelle quando interagisce con la materia, ma è sempre, contemporanea-
mente, di natura ondulatoria e corpuscolare: è il
dualismo onda-particella
.
8
Che tipo di onda è la luce?
9
Quali sono i parametri che definiscono le onde
elettromagnetiche?
10
Su quali prove si basa la teoria ondulatoria?
Facciamo il punto
Ha più energia un raggio infrarosso o uno ultra-
violetto?
Determiniamo l’energia di un fotone di luce ultravioletta con fre-
quenza uguale a 4,8 10
15
Hz e di un fotone di luce infrarossa con
frequenza uguale a 4,8 10
13
Hz.
Dati e incognite
Luce ultravioletta: f
1
4,8 10
15
Hz; E
1
?
Luce infrarossa: f
2
4,8 10
13
Hz; E
2
?
Soluzione
E
1
h f
1
(6,6 10
34
J s) (4,8 10
15
Hz) 3,2 10
18
J
E
2
h f
2
(6,6 10
34
J s) (4,8 10
13
Hz) 3,2 10
20
J
Riflettiamo sul risultato
Il risultato evidenzia che ha più energia il raggio ultravioletto, com’è
ovvio, essendo l’energia della radiazione (del fotone) direttamente
proporzionale alla sua frequenza.
Risolviamo insieme
D9_chimica_impa.indd 16
03/02/12 0