Caricare documenti e articoli online 
INFtub.com è un sito progettato per cercare i documenti in vari tipi di file e il caricamento di articoli online.


 
Non ricordi la password?  ››  Iscriviti gratis
 

Le particelle subatomiche - Elettrone

chimica



Le particelle subatomiche

Elettrone

Avvicinando tra loro i poli di una batteria, si nota nell'aria lo scoccare di una scarica elettrica. Disponendo invece di un tubo di gas munito di due placchette o filamenti metallici, con la possibilità di rarefare il gas all'interno con una pompa, si nota che:

·   &nb 535b12f sp;    Dopo aver collegato i poli + e - di una sorgente di elettricità con le placchette del tubo e immesso corrente elettrica, si assiste allo scoccare di una scarica elettrica simile a quella già notata nell'aria.

·   &nb 535b12f sp;    Diminuendo la pressione del gas nel tubo, la scarica perde le sue angolosità, si raddrizza, si allarga e la luce si diffonde in tutto il tubo (es. luce al neon).

·   &nb 535b12f sp;    Aumentando la rarefazione fino al massimo consentito, si nota che la luce scompare, ma le pareti interne del tubo diventano fluorescenti, soprattutto di fronte al catodo.



Ciò faceva pensare ad uno sciame di radiazioni provenienti dal catodo: raggi catodici.

Dalle esperienze eseguite risultò che questi raggi catodici erano costituiti da piccolissime particelle: elettroni, viaggianti in linea retta (infatti i corpi interposti davano ombra); queste particelle possedevano una certa massa (sono capaci di far ruotare una piccola ruota a pale), hanno una carica negativa (sono deviate e attratte dai poli positivi di un campo elettrico o di un campo magnetico), non dipendono né dal metallo che forma il catodo, né dal gas contenuto nei tubi. Poiché la natura di tali particelle era indipendente dal materiale usato, si dedusse che gli elettroni erano componenti comuni a tutta la materia. Il valore della carica elettrica posseduta da un elettrone risultò essere pari a 1,602 x 10-19 coulomb. Il rapporto carica/massa è molto elevato (1,759 x 108 coulomb/grammi) in quanto la massa è molto piccola: 9,109 x 10-28.

In pratica quando due conduttori, tra i quali esiste una sufficiente differenza di potenziale, sono sufficientemente vicini, si può avere il passaggio di cariche elettriche da uno all'altro. Distinguiamo tre casi:

1.   &nb 535b12f sp;  Attraverso l'aria o comunque un aeriforme. In questo caso la conduzione è dovuta a ioni, costituiti da molecole dell'aeriforme che hanno acquistato o perso uno o più elettroni. Nell'aria in condizioni normali esistono sempre ioni.

2.   &nb 535b12f sp;  In un aeriforme rarefatto la scarica elettrica avviene, a parità di differenza di potenziale, a distanza maggiore rispetto all'aria, in quanto gli ioni accelerati dalle forze elettriche possono percorrere spazi più lunghi e quindi acquistare maggiore velocità, prima di urtare qualche molecola dell'aeriforme, per cui l'urto quando avviene dà luogo alla formazione di nuovi ioni.

3.   &nb 535b12f sp;  Nel vuoto o comunque in un gas estremamente rarefatto, la conduzione è dovuta ad elettroni che si staccano dall'elettrodo negativo e sono proiettati in linea retta ad alta velocità (raggi catodici)

I protoni

Sono particelle con carica elettrica positiva in cui il rapporto carica/massa è molto più piccolo di quello determinato per gli elettroni (cioè hanno una massa molto grande rispetto a quella degli elettroni e rispetto alla carica positiva posseduta). Infatti tali particelle hanno una massa pari a 1,672 x 10-24 g e carica uguale a quella dell'elettrone ma di segno opposto, alla quale viene , per convenzione, attribuito il valore di +1. Tutti i protoni sono identici fra loro indipendentemente dall'atomo di cui fanno parte.

Il neutrone

Bombardando con particelle a sottili lamine di berillio, boro e litio, questi emettevano a loro volta dei raggi secondari che non risentivano né del campo elettrico né del campo magnetico. Inoltre facendo passare questi raggi attraverso sostanze composte, queste ultime emettevano protoni. Si pensò quindi che tale emissione fosse dovuta all'impatto con particelle, i neutroni, aventi una massa circa uguale a quella dei protoni e prive di carica elettrica.

Struttura dell'atomo

L'atomo è un'entità formata da un nucleo in cui si trovano concentrate tutta la carica positiva e quasi tutta la massa. La carica positiva e dovuta ai protoni. La massa è dovuta ai protoni e ai neutroni. Attorno al nucleo girano gli elettroni caratterizzati dalla carica negativa e da una massa così piccola da poter essere trascurabile. Gli elettroni ruotano, senza perdere energia, attorno al proprio asse e  su particolari spazi attorno al nucleo detti orbitali che assumono forme e dimensioni diverse a seconda dell'energia posseduta dall'elettrone. L'energia posseduta dall'elettrone è quantizzata in altre parole può assumere solo determinati valori. Si definisce quanto la più piccola porzione che può essere ottenuta dalla suddivisione dell'energia. In tutti i processi fisici l'energia può essere emessa o assorbita solo in quanti o multipli di essi, mai in frazioni. Pertanto ogni elettrone andrà ad occupare degli spazi attorno al nucleo, prestabiliti a seconda dell'energia posseduta (livello energetico). Fornendo energia agli elettroni questi possono assumere quanti di energia che li fanno saltare su altri orbitali a più alto contenuto energetico (cioè a livelli energetici superiori), mentre non è possibile agli elettroni assumere valori di energia intermedi che li porterebbero ad occupare qualsiasi spazio attorno al nucleo.

Se tutti gli atomi sono costituiti da protoni, elettroni e neutroni, in cosa consiste la differenza tra un atomo e l'altro? Cambia il numero di particelle presenti. Ogni specie atomica è caratterizzata da un particolare numero di protoni uguale al numero di elettroni e tale numero viene detto numero atomico e indicato con la lettera Z. oltre che dal numero atomico l'atomo è caratterizzato dalla massa atomica che è la somma delle masse dei protoni e dei neutroni presenti nel nucleo.

Distribuzione degli elettroni negli orbitali e configurazione elettronica esterna

Come già detto in base all'energia posseduta gli elettroni possono occupare soltanto determinate zone dello spazio intorno ai nuclei. Dal momento che elettroni che si trovano alla stessa distanza dal nucleo hanno la stessa energia, le zone occupate o occupabili dagli elettroni appartengono ad un determinato livello di energia. Ogni livello di energia (sono 7) viene indicato da un numero progressivo n: 1, 2, 3, ...7. Per ogni livello di energia vi è un particolare numero di orbitali = a n2. Così esiste un solo orbitale per il primo livello di energia. Questo orbitale ha forma sferica  e viene indicato con la lettera s; nel secondo livello ci sono 4 orbitali: l'orbitale 2s che ha la stessa forma dell'orbitale 1s ma dimensioni maggiori e tre orbitali non più a forma sferica, ma formati da due lobi e diretti verso le tre direzioni dello spazio. La forma a due lobi viene indicata con la lettera p gli orbitali p del livello 2 verranno indicati con la sigla 2p e distinti ulteriormente in 2px, 2py e 2pz a seconda della direzione nello spazio.



Nel livello 3 ci sono 9 orbitali (n2 = 9) : un orbitale 3s, tre orbitali 3p (3px, 3py e 3pz) e sono presenti inoltre cinque orbitali chiamati 3d con forme più complesse dei precedenti e con 5 diverse direzioni nello spazio. Nel quarto livello compaiono 16 orbitali: un orbitale 4s, tre orbitali4p (4px, 4py e 4pz), 5 orbitali 4d e infine sette orbitali di tipo f di forma ancora più complessa.

In ogni orbitale non possono stare più di due elettroni che si distinguono fra loro per il senso di rotazione attorno al proprio asse (numero di spin). Quando in un livello ci sono più orbitali dello stesso tipo ( ad es. 3px, 3py e 3pz nel livello 3) gli elettroni vanno ad occupare prima gli orbitali vuoti e poi completeranno il loro riempimento (principio di Hund).

Per semplificare la complessa architettura degli orbitali si usa rappresentarli con dei quadratini con all'interno delle frecce.

La sequenza di riempimento degli orbitali è la seguente:

1s    2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7f 5f 6d













L'orbitale 4s pur trovandosi ad una distanza dal nucleo maggiore di quella dell'orbitale 3d, ha un contenuto energetico minore rispetto all'orbitale 3d. pertanto si riempie prima l'orbitale più esterno 4s e poi quello più interno 3d. Quindi l'orbitale 3d non si verrà mai a trovare all'esterno nella configurazione elettronica di un atomo.

Analogamente gli orbitali 5s e 4d e più avanti gli orbitali 6s, 4f, 5d. Questi non si troveranno mai all'esterno in quanto si riempie prima l'orbitale più esterno 6s e poi quelli più interni 4f e 5d che quindi non compariranno mai nella configurazione elettronica esterna di un atomo.

In generale: gli orbitali di tipo d e f non compaiono mai all'esterno in quanto si riempiono solo dopo che si sono già riempiti gli orbitali più esterni di tipo s o p.






Privacy




});

Articolo informazione


Hits: 1850
Apprezzato: scheda appunto

Commentare questo articolo:

Non sei registrato
Devi essere registrato per commentare

ISCRIVITI



Copiare il codice

nella pagina web del tuo sito.


Copyright InfTub.com 2024