La Doppia Natura della Luce e la Struttura Elettronica dell'Atomo

Flashcards di vocabolario sui concetti chiave della natura ondulatoria e corpuscolare della luce, lo spettro elettromagnetico, il modello atomico di Bohr, l'ipotesi di de Broglie, il principio di indeterminazione di Heisenberg e i fondamenti della meccanica quantistica.

Frequenza ($\nu$)

Grandezza ondulatoria che indica il numero di oscillazioni complete compiute da un'onda in un secondo; si misura in hertz ($1\,\text{Hz} = 1\,\text{s}^{-1}$).

Lunghezza d'onda ($\lambda$)

La distanza dopo la quale un'onda si riproduce uguale a se stessa (o la distanza tra una cresta e la successiva); si misura in metri, nanometri ($1\,\text{nm} = 1 \times 10^{-9}\,\text{m}$) o ångström ($1\,\text{\AA} = 1 \times 10^{-10}\,\text{m}$).

Velocità della luce ($c$)

La velocità di propagazione delle radiazioni elettromagnetiche nel vuoto, pari a $3{,}00 \times 10^8\,\text{m}\,\text{s}^{-1}$, correlata alla lunghezza d'onda e alla frequenza dalla relazione $c = \lambda \nu$.

Ampiezza dell'onda

L'altezza di una cresta determinata dall'oscillazione della carica elettrica, da cui dipende l'intensità o la luminosità della radiazione.

Spettro elettromagnetico

L'insieme continuo di tutte le radiazioni generate dalla rapida oscillazione di cariche elettriche, comprendente raggi $\gamma$, raggi X, ultravioletto, visibile, infrarossi, microonde e onde radio.

Spettro del visibile

La porzione ristretta dello spettro elettromagnetico percepibile dall'occhio umano, compresa nell'intervallo tra circa $400\,\text{nm}$ (violetto) e $700\,\text{nm}$ (rosso).

Luce policromatica

Radiazione luminosa, come la luce bianca del Sole, formata dalla sovrapposizione di tutte le frequenze dello spettro visibile, scindibile da un prisma di vetro in uno spettro continuo.

Diffrazione

Fenomeno tipicamente ondulatorio che si manifesta quando un fascio di luce attraversa una fenditura o aggira un ostacolo di dimensioni confrontabili con la sua lunghezza d'onda, allargandosi e deviando dalla traiettoria rettilinea.

Frange di interferenza

Alternanza di zone chiare (interferenza positiva prodotta da onde in fase le cui ampiezze si sommano) e zone scure (interferenza negativa prodotta da onde in opposizione di fase che si annullano) generate dalla diffrazione.

Effetto fotoelettrico

L'espulsione di elettroni dalla superficie di un metallo (come lo zinco) provocata dall'assorbimento di radiazioni luminose aventi frequenza pari o superiore a una specifica frequenza di soglia.

Fotone

«Pacchetto di energia» o quanto di luce privo di massa materiale ma dotato di un contenuto energetico discontinuo, capace di cedere energia agli elettroni con cui interagisce secondo la formula $E = h \nu$.

Costante di Planck ($h$)

Costante fisica fondamentale con un valore pari a $6{,}63 \times 10^{-34}\,\text{J}\,\text{s}$, che mette in relazione l'energia del fotone con la frequenza ($E = h \nu$) o la lunghezza d'onda ($E = \frac{h c}{\lambda}$).

Spettro a righe

Spettro discontinuo formato da righe colorate ben distinte emesso da gas rarefatti ad alta temperatura; è univoco e caratteristico per ogni elemento chimico, agendo come una sorta di «impronta digitale».

Modello planetario di Rutherford

Rappresentazione atomica con elettroni orbitanti attorno a un nucleo centrale positivo, superata perché le leggi dell'elettromagnetismo classico avrebbero previsto l'emissione continua di radiazione con conseguente caduta a spirale dell'elettrone sul nucleo.

Numero quantico principale ($n$)

Parametro che assume solo valori interi positivi ($n = 1, 2, 3, \dots$), introdotto da Niels Bohr per calcolare l'energia delle orbite permesse dell'elettrone tramite l'equazione $E = -\frac{K}{n^2}$, con $K = 2{,}18 \times 10^{-18}\,\text{J}$.

Orbite stazionarie

Determinate traiettorie circolari quantizzate percorse dall'elettrone nel modello di Bohr, lungo le quali esso si muove senza emettere né assorbire energia.

Stato fondamentale

Il livello energetico più basso e stabile raggiungibile dall'elettrone nell'atomo, corrispondente al numero quantico $n = 1$ e a energia $E_1$.

Stato eccitato

Qualsiasi livello energetico superiore allo stato fondamentale ($n = 2, 3, 4, \dots$), occupato dall'elettrone quando riceve l'esatto quantitativo energetico necessario per la transizione.

Salto quantico

La transizione istantanea dell'elettrone tra due livelli energetici quantizzati, accompagnata dall'assorbimento o dall'emissione di un fotone di energia pari alla differenza tra i due livelli.

Onde di materia

Comportamento ondulatorio associato a ogni corpo o particella in movimento teorizzato da Louis de Broglie nel 1924, con lunghezza d'onda pari a $\lambda = \frac{h}{m v}$.

Principio di indeterminazione di Heisenberg

Principio formulato nel 1927 da Werner Heisenberg secondo cui è impossibile conoscere simultaneamente e con precisione assoluta la posizione e la velocità di un elettrone: $\Delta x \cdot m \cdot \Delta v \ge \frac{h}{4\pi}$.

Esperimento di Davisson e Germer

Esperimento condotto nel 1927 che confermò l'ipotesi di de Broglie mostrando che un fascio di elettroni scagliato contro un bersaglio metallico produce figure di diffrazione analoghe a quelle delle onde.

Meccanica quantistica

Branca della chimica-fisica che descrive il comportamento di particelle microscopiche (elettroni, fotoni) per mezzo di leggi statistiche e probabilistiche, rinunciando alla descrizione deterministica di orbite fisse.