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Sintesi
47
Luce ed elettroni
UNITÀ
C2
E
i
5000
10000
15000
20000
25000
0
0 2 4 6 8 10
elettroni allontanati
Le energie di ionizzazione successive
Un atomo può essere ionizzato, cioè privato di uno o più elettroni, facendogli così assumere carica
positiva.
Misurando le energie necessarie per staccare gli elettroni dei diversi elementi (
energie di ionizzazione
)
si vede che negli atomi esistono livelli e sottolivelli di energia come già previsto dalle orbite elettroniche
quantizzate del modello di Bohr-Sommerfeld.
Per ogni livello di energia c’è un numero di sottolivelli uguale al suo numero quantico principale.
Possono stare in ogni livello energetico al massimo 2n
2
elettroni.
Gli spettri e l’atomo di Bohr
Ogni elemento eccitato emette le stesse frequenze che è in grado di assorbire: il suo spettro di assor-
bimento si può considerare una sorta di “negativo” dello spettro di emissione.
Bohr spiega la stabilità dell’atomo di Rutherford, ritenuto instabile dalla meccanica classica, affermando
l’esistenza di orbite circolari sulle quali l’elettrone può muoversi senza perdere energia (
orbite stazionarie
).
Le orbite stazionarie di un atomo hanno, secondo Bohr, raggi ed energia ben definiti e collegabili a un
numero intero (
numero quantico principale
).
Per spiegare gli spettri di emissione o di assorbimento, Bohr afferma che la transizione dell’elettrone da
un’orbita stazionaria a un’altra avviene solo per scambio di fotoni con quantità di energia esattamente
uguali alla differenza di energia tra le due orbite.
n
= 1
+
n
= 2
n
= 3
Sommerfeld e gli altri numeri quantici
Per spiegare in modo più completo lo spettro dell’atomo di idrogeno, Sommerfeld modifica l’atomo di Bohr.
L’elettrone può percorrere anche orbite ellittiche orientate in differenti modi: solo alcuni valori di ellit-
ticità e alcune orientazioni sono possibili e tali proprietà sono descritte da due nuovi numeri quantici
che, assieme al numero quantico principale, determinano l’energia di un’orbita.
Il modello di Bohr-Sommerfeld non riesce a spiegare completamente gli spettri di atomi con più elettroni.
Lunghezza d’onda
Intensità
Spettro
del Sole
6000 K
5000 K
4000 K
Il corpo nero e l’effetto fotoelettrico
L’insieme delle frequenze emesse da un solido riscaldato (
spettro del corpo nero
) varia con la tem-
peratura del corpo.
Per spiegarlo Planck afferma che l’energia luminosa di ogni frequenza viene emessa dai corpi solo sotto
forma di quantità ben definite (
quanti
) e che per ogni frequenza emessa esiste un differente pacchetto
responsabile dell’energia che viene liberata; esso è legato alla frequenza dalla relazione
E
=
h
n
.
La luce di frequenza superiore a un valore minimo (
frequenza di soglia
) causa l’emissione di elettroni
da parte degli atomi (
effetto fotoelettrico
) in contrasto con leggi note per le quali l’emissione doveva
essere legata all’intensità della luce incidente e non alla sua frequenza. Per spiegarlo Einstein ammette
che la luce sia fatta di particelle d’energia, i
fotoni
.
Le sorgenti luminose
I corpi solidi riscaldati emettono luce policromatica, cioè luce formata da più frequenze contempora-
neamente (
spettro continuo
).
I gas riscaldati emettono luce formata da un’unica o da poche frequenze isolate (
spettro a righe
).
Le onde e lo spettro elettromagnetico
Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate da frequenza,
n
, lunghezza d’onda,
l
, e velocità di pro-
pagazione che dipende dal mezzo in cui si propagano. Nel vuoto la velocità vale
c
=
3,00
?
10
8
m
?
s
-
1
.
Le interazioni delle onde elettromagnetiche con la materia dipendono dalla loro frequenza: sono ra-
diazioni ionizzanti quelle con frequenza maggiore di 3
?
10
15
Hz e non ionizzanti le altre.
La luce è costituita da onde elettromagnetiche e rappresenta solo una parte dello spettro elettromagnetico.
po
1 s
spazio
ampiezza
+
+
+
E
3
E
3
E
2
E
2
E
1
E
1
h
n
=
E
2
-
E
1
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