Modelli Atomici e Configurazione Elettronica: Fondamenti di Fisica e Chimica

Il Modello Atomico di Bohr

Secondo il modello di Bohr, l'elettrone può compiere un movimento nell'atomo solo in determinate orbite attorno al nucleo; il livello di energia più bassa corrisponde all'orbita più vicina al nucleo. Man mano che le orbite si distanziano dal nucleo, le loro energie crescono.

Spiegazione dello spettro dell'idrogeno

L'energia viene assorbita dall'elettrone per spostarsi da un'orbita a minore energia a una a maggiore energia; quando l'elettrone passa da una maggiore a una minore energia, questa viene emessa sotto forma di radiazione (fotoni). L'energia assorbita o il fotone emesso è pari alla differenza di energia tra i livelli. La frequenza della radiazione emessa o assorbita è data dalla formula specifica.

Modelli di Thomson e Rutherford

Modello di Thomson

Il modello di Thomson descrive l'atomo come una sfera con la massa e la carica positiva distribuita in modo uniforme, con gli elettroni inseriti all'interno (modello a panettone).

Modello nucleare di Rutherford

Il modello di Rutherford presuppone l'esistenza di un nucleo 10⁴ volte inferiore alla dimensione totale di un atomo, che concentra tutta la massa e la carica positiva dell'atomo, circondato da elettroni (carica negativa e massa trascurabile). Per spiegare perché gli elettroni non cadano sul nucleo, facendo collassare l'atomo, Rutherford propose un modello dinamico in cui gli elettroni si spostano descrivendo orbite intorno al nucleo, in modo che l'attrazione elettrostatica fornisca la forza centripeta necessaria per descrivere tali orbite circolari.

Proprietà dell'Atomo e Isotopi

• Il numero atomico (Z) di un elemento è il numero di protoni che possiede ogni atomo di tale elemento.
• Il numero di neutroni (N) può variare: gli isotopi sono atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni.
• Il numero di massa (A) è la somma di protoni e neutroni (A = Z + N).

Gli Orbitali Atomici

Un orbitale è una regione dello spazio in cui vi è un'alta probabilità di trovare un elettrone. La forma di un orbitale dipende dal sottolivello a cui appartiene:

• Un orbitale s ha forma sferica.
• Gli orbitali p hanno forma a manubrio e differiscono solo per l'orientamento nello spazio.

La dimensione dell'orbitale dipende dal valore di n: maggiore è il valore di n, maggiore sarà la dimensione dell'orbitale.

Configurazione Elettronica

La configurazione elettronica di un atomo viene scritta indicando i sottolivelli che contengono elettroni tramite un esponente, il quale rappresenta il numero di elettroni all'interno di ogni sottolivello:

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

Principi Fondamentali della Configurazione

• Principio di Aufbau: In un atomo allo stato fondamentale, gli elettroni occupano gli orbitali disponibili con la più bassa energia.
• Principio di esclusione di Pauli: In ogni orbitale possono risiedere al massimo 2 elettroni, ognuno con uno spin (rotazione) diverso.
• Regola di Hund: Quando più elettroni occupano orbitali della stessa energia (stesso sottolivello), si dispongono in modo che ci sia il massimo numero di elettroni spaiati (con lo stesso spin).