Teoria ondulatoria dell'atomo
Ragazzi, spero che qualcuno possa aiutarmi. Ho dei dubbi riguardo la teoria ondulatoria dell'atomo e nonostante abbia letto decine e decine di libri, i miei dubbi non sono stati risolti dal momento che tali libri affrontano la questione superficialmente. Spero che qualche fisico, professore o persona preparata possa aiutarmi oppure darmi il suo contatto in modo tale da poterne discutere qui sul forum oppure via email. Grazie mille, ciao
Risposte
Ma questi libri che hai letto di che parlavano? Di che livello erano? Sei uno studente, se si di che facoltà, o studi per diletto? A che livello sei?
Aiutarti è un piacere ma così la cosa è un po' troppo generica....cerca di esporre i tuoi dubbi in maniera precisa così da aiutare chi abbia voglia di risponderti.
Aiutarti è un piacere ma così la cosa è un po' troppo generica....cerca di esporre i tuoi dubbi in maniera precisa così da aiutare chi abbia voglia di risponderti.
alle ha ragione. poni qui le tue domande (poche alla volta e possibilmente su argomeni simili) e sicuramente qualcuno sara' lieto di spiegarti. Mi raccomando, scrivi il tuo livello di studio, non perche' ci piace discriminare la gente, ma perche' almeno chi ti risponde sa quali parole/concetti/matematica usare e quali no.
Ciao, frequento il primo anno di ingegneria meccanica e sto frequentando il corso di chimica. Avevo già trattato la teoria ondulatoria dell'atomo al liceo, però i libri che avevo erano poco esaurienti sull'argomento che dunque non ho compreso a fondo. Ora, sfogliando il libro di chimica dell'università, la questione viene liquidata in fretta. Siccome è fondamentale comprendere la teoria ondulatoria dell'atomo per comprendere come si deve la chimica, vorrei che qualcuno esperto in materia mi aiutasse.
Allora, prima di esporvi le mie domande sulla questione, faccio un breve riassunto della situazione della teoria atomica.
Rutherford paragonava l'atomo al sistema planetario, con un nucleo centrale (protoni+neutroni) e gli elettroni che orbitavano intorno. La teoria di Rutherford, tuttavia, contrastava con le leggi dell'elettromagnetismo, poichè l'elettrone che girava intorno al nucleo (consideriamo l'atomo di H) avrebbe dovuto perdere energia e ricadere su di esso. Allora interviene Bohr il quale corregge la teoria di Rutherford affermando che ci sono delle orbite (stati stazionari) in cui l'elettrone conserva la sua energia e dunque rimane in equilibrio senza ricadere sul nucleo e distruggere l'atomo: non tutte le orbite sono di questo tipo, MA SOLO ALCUNE, quindi l'elettrone può percorrere solo determinate orbite. Di conseguenza, l'elettrone può passare solo da una ben determinata orbita ad un'altra, e l'energia irradiata sotto forma di onde elettromagnetiche è quantizzata. Fin qui tutto bene. Poi (sinteticamente), arriva De Broglie che dice che all'elettrone si può associare un'onda: che significa precisamente? L'onda è elettromagnetica o di altro tipo? Perchè l'onda deve essere STAZIONARIA? Qual è il collegamento tra gli esperimenti sul fascio di elettroni di Davisson e Germer e la teoria ondulatoria di de Broglie? L'elettrone compie un'orbita intorno al nucleo dell'atomo o "gira" in un altro modo? Queste sono alcune domande, spero che qualcuno possa chiarirmi il tutto, grazie mille
Rutherford paragonava l'atomo al sistema planetario, con un nucleo centrale (protoni+neutroni) e gli elettroni che orbitavano intorno. La teoria di Rutherford, tuttavia, contrastava con le leggi dell'elettromagnetismo, poichè l'elettrone che girava intorno al nucleo (consideriamo l'atomo di H) avrebbe dovuto perdere energia e ricadere su di esso. Allora interviene Bohr il quale corregge la teoria di Rutherford affermando che ci sono delle orbite (stati stazionari) in cui l'elettrone conserva la sua energia e dunque rimane in equilibrio senza ricadere sul nucleo e distruggere l'atomo: non tutte le orbite sono di questo tipo, MA SOLO ALCUNE, quindi l'elettrone può percorrere solo determinate orbite. Di conseguenza, l'elettrone può passare solo da una ben determinata orbita ad un'altra, e l'energia irradiata sotto forma di onde elettromagnetiche è quantizzata. Fin qui tutto bene. Poi (sinteticamente), arriva De Broglie che dice che all'elettrone si può associare un'onda: che significa precisamente? L'onda è elettromagnetica o di altro tipo? Perchè l'onda deve essere STAZIONARIA? Qual è il collegamento tra gli esperimenti sul fascio di elettroni di Davisson e Germer e la teoria ondulatoria di de Broglie? L'elettrone compie un'orbita intorno al nucleo dell'atomo o "gira" in un altro modo? Queste sono alcune domande, spero che qualcuno possa chiarirmi il tutto, grazie mille
Il discorso delle orbite va bene ma fino ad un certo punto. In meccanica quantistica non ha senso attribuire una traiettoria ad una particella, perchè è impossibile determinare contemporaneamente posizione e velocità (principio di indeterminazione di Heisenberg, che non è un principio ma un teorema...). Quindi quando parli delle "orbite" di Bohr ti stai in realtà riferendo agli "stati" quantistici del sistema che, pur non essendo spazialmente definiti da una traiettoria (ma piuttosto da una regione di spazio, vedi orbitali), sono precisamente definiti dalla loro energia (cioè l'energia di legame tra elettrone e nucleo). Viene fuori che questi livelli di energia sono discretizzati quindi solo certi "salti" e solo certi fotoni. Fin qui tutto bene.
La cosa da imparare dalla meccanica quantistica è che il pensare alle particelle come a delle pallette in moto va bene ma non sempre. Il mondo quantistico funziona con regole tutte sue e quindi la materia da spettacolo quando la si guarda su scala quantistica. Uno di questi effetti speciali è l'interferenza (vedi esperimenti di Davisson e Germer) che è un effetto peculiare delle onde...però lo fanno pure gli elettroni...'azz...nessuno si sarebbe mai aspettato che le pallette potessero interferire tra loro...e quindi? Gli elettroni cosa sono davvero? Sono pallette o onde? Entrambe o nessuna delle due fa poca differenza, quello che conta è che a seconda dell'esperimento a cui li sottoponi cambia il loro comportamento. A volte onde, a volte pallette. A questo punto tu giustamente chiedi "ma quando sono onde, che onde sono?". Non sono onde elettromagnetiche. Di solito ci si riferisce a loro come "onde di probabilità" ma questo solo perchè la funzione che descrive la probabilità di trovare un elettrone in una certa zona soddisfa una specie di equazione delle onde.
Si sa che le onde sono caratterizzate da una certa quantità detta lunghezza d'onda e nel caso degli elettroni questa dipende inversamente dalla quantità di moto (cioè dall'energia cinetica), come a dire che tanto più l'elettrone è veloce tanto più piccola sarà la scala di lunghezze a cui presenta fenomeni ondulatori (interferenza, diffrazione).
Spero di non averti incasinato...
La cosa da imparare dalla meccanica quantistica è che il pensare alle particelle come a delle pallette in moto va bene ma non sempre. Il mondo quantistico funziona con regole tutte sue e quindi la materia da spettacolo quando la si guarda su scala quantistica. Uno di questi effetti speciali è l'interferenza (vedi esperimenti di Davisson e Germer) che è un effetto peculiare delle onde...però lo fanno pure gli elettroni...'azz...nessuno si sarebbe mai aspettato che le pallette potessero interferire tra loro...e quindi? Gli elettroni cosa sono davvero? Sono pallette o onde? Entrambe o nessuna delle due fa poca differenza, quello che conta è che a seconda dell'esperimento a cui li sottoponi cambia il loro comportamento. A volte onde, a volte pallette. A questo punto tu giustamente chiedi "ma quando sono onde, che onde sono?". Non sono onde elettromagnetiche. Di solito ci si riferisce a loro come "onde di probabilità" ma questo solo perchè la funzione che descrive la probabilità di trovare un elettrone in una certa zona soddisfa una specie di equazione delle onde.
Si sa che le onde sono caratterizzate da una certa quantità detta lunghezza d'onda e nel caso degli elettroni questa dipende inversamente dalla quantità di moto (cioè dall'energia cinetica), come a dire che tanto più l'elettrone è veloce tanto più piccola sarà la scala di lunghezze a cui presenta fenomeni ondulatori (interferenza, diffrazione).
Spero di non averti incasinato...
Ciao, allora, in base a quello che ho capito, alla base della teoria ondulatoria dell'atomo vi è il principio di indeterminazione di Heisenberger; il mio libro riassume questo principio con questo semplice concetto: per vedere l'atomo bisogna utilizzare il microscopio, ma quest'ultimo eccita ed interferisce con l'atomo, dunque noi non potremmo sapere dove si trova esattamente l'elettrone perchè perturbiamo il suo moto. Da queste considerazioni, deduco che l'elettrone compie comunque traiettorie ben definite, però noi non abbiamo gli strumenti necessari per osservarlo nel suo reale andamento e quindi possiamo solo ipotizzare dove si trovi usando l'equazione di schrodinger (detto molto semplicemente!). Quindi all'elettrone è associata un'onda di probabilità, in quanto noi possiamo dire solo in che punto dell'atomo è più probabile che si trovi l'elettrone, ma non la sua esatta traiettoria. Se quello che ho detto fin'ora è giusto, mi rimangono ancora dei punti oscuri:
1) Perchè l'esperimento di Davisson e Germer giustifica la teoria ondulatoria dell'atomo? (sempre supponendo che quello che ho detto sia giusto, l'elettrone in sè compie traiettorie ben definite, ma noi non possiamo sapere quali solo: quindi, se proietto un fascio di elettroni contro una fenditura, questi dovrebbero comunque percorrere una traiettoria ben definita...e allora perchè si forma quella strana figura di diffrazione?).
2) Perchè l'onda di probabilità associata all'elettrone DEVE ESSERE STAZIONARIA?
Grazie per l'aiuto
1) Perchè l'esperimento di Davisson e Germer giustifica la teoria ondulatoria dell'atomo? (sempre supponendo che quello che ho detto sia giusto, l'elettrone in sè compie traiettorie ben definite, ma noi non possiamo sapere quali solo: quindi, se proietto un fascio di elettroni contro una fenditura, questi dovrebbero comunque percorrere una traiettoria ben definita...e allora perchè si forma quella strana figura di diffrazione?).
2) Perchè l'onda di probabilità associata all'elettrone DEVE ESSERE STAZIONARIA?
Grazie per l'aiuto
Scusate le mie domande, ma io mi rifiuto di imparare le cose a memoria senza comprenderle a fondo...
Quello che dice il tuo libro sul principio di indeterminazione non è del tutto vero, anzi. Il non conoscere con arbitraria precisione sia posizione che velocità di una particellao non è un nostro limite da poveri esseri macroscopi, è un limite intrinseco della particella. Nemmeno lei lo sa. Si può solo dire in ogni istante che l'indeterminazione sulla posizione, moltiplicata per l'indeterminazione della velocità, deve essere maggiore di una certa costante universale. Questo sempre, sia che noi osserivamo (e perturbiamo) sia che no. Un po' come dire che indipendentemente da quello che facciamo noi, la coperta è piccola.. più tiri da una parte, più scopri dall'altra. Questa cosa sembra così sorprendente, ma in realtà non lo è troppo, se si assume per buono che la materia può comportarsi come le onde. Il principio di indeterminazione infatti è un fenomeno tipico di qualsiasi onda, dalle onde del mare, alle vibrazioni nelle corde.
1) la risposta è semplice: le onde interferiscono, le particelle no.. se 2 sassi si scontrano, urtano. se 2 onde si scontrano, si sommano e si sottraggono dove ci sono i massimi e i minimi, e danno luogo all'interferenza... beh, se gli elettroni fanno interferenza vuol dire che un po' di natura ondulatoria ce la devono avere anche loro no?
2)non è che DEVE essere stazionaria. Però se sta su uno stato stazionario, per definizione di stazionario, ci rimane lì per sempre, o almeno finchè qualcosa non lo perturba. Quindi, siccome gli atomi vivono a lungo, vorrà dire che i suoi elettroni saranno su stati stazionari. questo non vuol dire che gli elettroni sono sempre in stati stazionari.. il periodo in cui l'elettrone salta da uno stato all'altro perchè è colpito da un fotone ad esempio, non è uno stato stazionario..
1) la risposta è semplice: le onde interferiscono, le particelle no.. se 2 sassi si scontrano, urtano. se 2 onde si scontrano, si sommano e si sottraggono dove ci sono i massimi e i minimi, e danno luogo all'interferenza... beh, se gli elettroni fanno interferenza vuol dire che un po' di natura ondulatoria ce la devono avere anche loro no?
2)non è che DEVE essere stazionaria. Però se sta su uno stato stazionario, per definizione di stazionario, ci rimane lì per sempre, o almeno finchè qualcosa non lo perturba. Quindi, siccome gli atomi vivono a lungo, vorrà dire che i suoi elettroni saranno su stati stazionari. questo non vuol dire che gli elettroni sono sempre in stati stazionari.. il periodo in cui l'elettrone salta da uno stato all'altro perchè è colpito da un fotone ad esempio, non è uno stato stazionario..
l'esperimento di David e Germel avvalora la teoria ondulatoria perchè la diffrazione è tipica delle onde e non è un insieme di traiettorie ma piuttosto un insieme di spazi . A priori non è possibile sapere in quale zona l'elettrone finirà ma solo la probabilità di dove finirà.
Se avessi un carico di grano sul solaio (solo natura corpuscolare) e facessi un foro questo cadrebbe come la sabbia nella clessidra e non formerebbe le frange di interferenza.
un 'onda stazionaria è un'onda chiusa in un volume come le onde sonore degli strumenti musicali. L'elettrone è un' onda stazionaria a causa dell'attrazione del nucleo . in altre situazioni fisiche l'elettrone non è un'onda stazionaria
il merito di david e germel è stato di aver trovato una fenditura piccola per la diffrazione non costruendola meccanicamente ma ragionando sulla struttura cristallina della fluorie.
il principio di indeterminazione trova completa giustificazione nella teoria ondulatoria perchè un'onda è distribuita in uno spazio in cui se è possibile leggere la lunghezza d'onda e quindi risalire alla quantita di moto mv non è locallizzata e se lo fosse (pacchetto d'onda) non sarebbe possibile leggerne la lunghezza d'onda ma solo individuarne la posizione nello spazio.
Spero di esserti stato di aiuto.
Silvio
Se avessi un carico di grano sul solaio (solo natura corpuscolare) e facessi un foro questo cadrebbe come la sabbia nella clessidra e non formerebbe le frange di interferenza.
un 'onda stazionaria è un'onda chiusa in un volume come le onde sonore degli strumenti musicali. L'elettrone è un' onda stazionaria a causa dell'attrazione del nucleo . in altre situazioni fisiche l'elettrone non è un'onda stazionaria
il merito di david e germel è stato di aver trovato una fenditura piccola per la diffrazione non costruendola meccanicamente ma ragionando sulla struttura cristallina della fluorie.
il principio di indeterminazione trova completa giustificazione nella teoria ondulatoria perchè un'onda è distribuita in uno spazio in cui se è possibile leggere la lunghezza d'onda e quindi risalire alla quantita di moto mv non è locallizzata e se lo fosse (pacchetto d'onda) non sarebbe possibile leggerne la lunghezza d'onda ma solo individuarne la posizione nello spazio.
Spero di esserti stato di aiuto.
Silvio
Ciao Soscia.
Sono 35 anni che quando capita un evento che mi fa pensare a Come o Cosa è davvero un Atomo o un Elettrone, come sempre mi vanno in conflitto i Neuroni...
Effettivamente ci sono molte 'cose' che dovrebbero essere riscritte, dall'Astronomia l'Archeologia, la Cosmologia, e la Fisica dei vecchi libri o studi.
Mi sono fatto un'Idea personale sulla struttura dell'Atomo e degli Elettroni in particolare. e visto che nel corso degli anni ho letto tante (pazzie), nel senso anche bello, vorrei aggiungere anche la Mia.
Il Quanto, o Fotone, o Elettrone, ne gira ne salta. VIVE, ..vive in simbiiosi con il nucleo, anch'esso però da cancellare come idea disegnata nei libri.
...VIVE ? cioè stai dicendo che in una certa maniera o a suo modo VIVE ?
Si, perchè se è vero che noi siamo Atomi, siamo energia allo stato 'Puro' eppure siamo Materia, allora l'elettrone VIVE. riportandolo al nostro Corpo il nucleo è il Cuore, e l'Elettrone è la Mente, non il cervello, la Mente, la consapevolezza di essere.
allora ? ..salta, gira ondeggia, che fa questo Quanto ?
Immagina di essere Solo su di un Pianeta, ed Egli (il Pianeta), è il Nucleo. Che faresti Te se Fossi Elettrone ? ti cingeresti ad aggrapparti su di una parete a strapiombo per scendere ? ..andresti in un arido deserto per cercare acqua ? .. rimaresti seduto 'fermo' aspettando che sia il tuo Pianeta a nutrirti ?
No, perchè in ogni cosa che faresti, faresti ogni cosa per dare il massimo della tua energia. cosi è, e fa l'Elettrone, è dove è giusto che sia, va dove è giusto che vada, ne gira, ne salta, ne ondeggia, (queste sono percezioni nostre) per cercare di capire l'invisibile.
Cancella ogni cosa Vista nei libri, chiudi gli occhi,, e pensa all'Elettrone come un'Armonica, probabilmente sentirai, stringere lo stomaco, e donare un sorriso, a quell'Elettrone che Tanto ti turba e ti stupisce.
perchè egli ha deciso di essere, è forse un giorno scopriremo che egli è cosciente di essere dove vuole essere, e nella sua )perfezione( ..esistiamo.
Sono 35 anni che quando capita un evento che mi fa pensare a Come o Cosa è davvero un Atomo o un Elettrone, come sempre mi vanno in conflitto i Neuroni...
Effettivamente ci sono molte 'cose' che dovrebbero essere riscritte, dall'Astronomia l'Archeologia, la Cosmologia, e la Fisica dei vecchi libri o studi.
Mi sono fatto un'Idea personale sulla struttura dell'Atomo e degli Elettroni in particolare. e visto che nel corso degli anni ho letto tante (pazzie), nel senso anche bello, vorrei aggiungere anche la Mia.
Il Quanto, o Fotone, o Elettrone, ne gira ne salta. VIVE, ..vive in simbiiosi con il nucleo, anch'esso però da cancellare come idea disegnata nei libri.
...VIVE ? cioè stai dicendo che in una certa maniera o a suo modo VIVE ?
Si, perchè se è vero che noi siamo Atomi, siamo energia allo stato 'Puro' eppure siamo Materia, allora l'elettrone VIVE. riportandolo al nostro Corpo il nucleo è il Cuore, e l'Elettrone è la Mente, non il cervello, la Mente, la consapevolezza di essere.
allora ? ..salta, gira ondeggia, che fa questo Quanto ?
Immagina di essere Solo su di un Pianeta, ed Egli (il Pianeta), è il Nucleo. Che faresti Te se Fossi Elettrone ? ti cingeresti ad aggrapparti su di una parete a strapiombo per scendere ? ..andresti in un arido deserto per cercare acqua ? .. rimaresti seduto 'fermo' aspettando che sia il tuo Pianeta a nutrirti ?
No, perchè in ogni cosa che faresti, faresti ogni cosa per dare il massimo della tua energia. cosi è, e fa l'Elettrone, è dove è giusto che sia, va dove è giusto che vada, ne gira, ne salta, ne ondeggia, (queste sono percezioni nostre) per cercare di capire l'invisibile.
Cancella ogni cosa Vista nei libri, chiudi gli occhi,, e pensa all'Elettrone come un'Armonica, probabilmente sentirai, stringere lo stomaco, e donare un sorriso, a quell'Elettrone che Tanto ti turba e ti stupisce.
perchè egli ha deciso di essere, è forse un giorno scopriremo che egli è cosciente di essere dove vuole essere, e nella sua )perfezione( ..esistiamo.
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