National Aeronautics and Space Administration (Italiano)

Atomi e Energia di Luce

Lo studio degli atomi e delle loro caratteristiche si sovrappongono diversi differentsciences. Chimici, fisici e astronomi devono tutti comprendere la scala microscopica in cui gran parte dell’Universo funziona per vedere un “quadro più ampio”.,

All’interno dell’atomo

Proprio come i mattoni sono gli elementi costitutivi di una casa, gli atomi sono gli elementi costitutivi della materia. La materia è tutto ciò che ha massae occupa spazio (volume). Tutta la materia è composta da atomi. Theatom ha un nucleo, che contiene particelle di carica positiva (protoni) e particelle di carica neutra (neutroni). Intorno al nucleo di un atomo ci sono gusci di elettroni – piccole particelle caricate negativamente., Questi gusci sono in realtà diversi livelli di energia eall’interno dei livelli di energia, gli elettroni orbitano attorno al nucleo dell’atomo.

Lo stato fondamentale di un elettrone, il livello di energia che occupa normalmente, è lo stato di energia più bassa per quell’elettrone.

C’è anche un’energia massima che ogni elettrone puòavere ed essere ancora parte del suo atomo. Oltre a questa energia, l’elettron non è più legato al nucleo dell’atomo ed è considerato ionizzato.,

Quando un elettrone temporaneamente ospitato in un stato di energia maggiore di itsground stato, si trova in uno stato eccitato.Un elettrone può diventare eccitato se si è dato un extra di energia, come se itabsorbs un fotone, o un pacchetto di luce, o si scontra con un vicino di atomo o particella.

Energia luminosa

Ogni orbitale ha un’energia specifica ad esso associata., Per un electronto essere potenziato ad un orbitale con un’energia più alta, deve superare la differenza di energia tra l’orbitale è in, e l’orbitale a cui sta andando. Ciò significa che deve assorbire un fotoche contiene esattamente quella quantità di energia, o prendere esattamente quella quantità di energia da un’altra particella in una collisione.

Le illustrazioni di questa pagina sono versioni semplificate di atomi reali,ovviamente. Gli atomi reali,anche quelli relativamente semplici come l’idrogeno, hanno molti orbitali diversi, e quindi ci sono molte energie possibili con diversi stati iniziali e finali., Quando un atomo è eccitatostato, l’elettrone può cadere fino allo stato fondamentale in una volta sola,o fermarsi sulla strada in un livello intermedio.

Gli elettroni non rimangono in stati eccitati per molto tempo – prestoritorno ai loro stati di terra, emettendo un fotone con la stessa energia di quella che è stata assorbita.,

Identificazione di singoli tipi di atomi

Le transizioni tra i vari orbitali sono uniche per ogni elemento perché i livelli di energia sono determinati in modo univoco dai protoni e dai neutroni nel nucleo. Sappiamo che diversi elementi hanno numeri diversi diprotoni e neutroni nei loro nuclei. Quando gli elettroni di un certo atomo ritornano a orbitali inferiori da stati eccitati, i fotoni che emettono hanno energie che sono caratteristiche di quel tipo di atomo., Ciò conferisce a ciascun elemento un’impronta digitale unica, che consente di identificare gli elementi presenti in un contenitore di gas o persino in una stella.

Possiamo usare strumenti come la tavola periodica degli elementi per capire esattamente quanti protoni, e quindi elettroni, ha un atomo. Prima di tutto, sappiamo che affinché un atomo abbia una carica neutra, deve avere lo stesso numero diprotoni ed elettroni. Se un atomo perde o guadagna elettroni, diventasionizzato o caricato. La tavola periodica ci darà il numero atomico diun elemento. Il numero atomico ci dice quanti protoni un atomohas., Ad esempio, l’idrogeno ha un numero atomico di uno – il che significa che haun protone, e quindi un elettrone-e in realtà non ha neutroni.

Per lo studente

In base alla precedente descrizione dell’atomo, disegnare un modello dell’atomo di idrogeno. Il modello” standard ” di un atomo è notocome il modello di Bohr.

Diverse forme dello stesso elemento chimico che differiscono solo per il numerodi neutroni nel loro nucleo sono chiamati isotopi. La maggior parte degli elementi havemore di un isotopo naturale., Molti altri isotopi sono statiprodotti nei reattori nucleari e nei laboratori scientifici. Gli isotopi di solito non sono molto stabili e tendono a subire il decadimento radioattivo fino a quando non si forma qualcosa di più stabile. Potresti avere familiarità con l’elementuranio – ha diversi isotopi instabili, U-235 è uno dei piùcomuni conosciuti. Il 235 significa che questa forma di uranio ha 235 neutroni e protoni combinati. Se cercassimo il numero atomico dell’uranio e lo sottraessimo da 235, potremmo calcolare il numero di neutroni che ha l’isotopo.,

Ecco un altro esempio: il carbonio di solito si presenta sotto forma di C – 12 (carbonio-12), cioè 6 protoni e 6 neutroni, sebbene un isotopo sia C-13, con 6protoni e 7 neutroni.

Per lo Studente

Usa la tavola periodica e i nomi degli elementi indicati di seguito per capire quanti protoni, neutroni ed elettroni hanno.Disegna un modello di un atomo del seguente elemento: silicio-28, magnesio-24, zolfo-32, ossigeno-16 ed elio-4.,

Per lo Studente

Utilizzando il testo, definire i seguenti termini: livelli di energia, assorbimento, emissione, stato eccitato, stato fondamentale, ionizzazione,atomo, elemento, massa atomica, numero atomico, isotopo.

Una nota facoltativa sulla natura meccanica quantistica degli atomi Mentre l’atomo di Bohr descritto sopra è un bel modo per conoscere la struttura degli atomi, non è il modo più accurato per modellarli., Sebbene ogni orbitale abbia un’energia precisa, l’elettrone è ora immaginato come spalmato in una “nube di elettroni”che circonda il nucleo. È comune parlare della distanza media dalcloud come il raggio dell’elettrone orbit.So basta ricordare, manterremo le parole “orbita” e “orbitale”, anche se noi arenow li usa per descrivere non un piano orbitale piatto, ma aregion dove un elettrone ha una probabilità di essere. Gli elettroni sono tenuti vicino alucleo dall’attrazione elettrica tra il nucleo e gli elettroni.,Tenuto lì nello stesso modo in cui i nove pianeti rimangono vicino al Sole invece diradando la galassia. A differenza del sistema solare, dove tutte le orbite dei pianetisono sullo stesso piano, le orbite degli elettroni sono più tridimensionali. Ciascunolivello energetico su un atomo ha una forma diversa. Ci sono equazioni matematiche che ti diranno la probabilità della posizione dell’elettrone all’interno di quell’orbita. Consideriamo l’atomo di idrogeno, di cui abbiamo già disegnato un modello di Bohr., Probabili posizioni dell’elettrone nello stato terrestre dell’atomo di idrogeno. Quello che stai guardando in queste immagini sono grafici della probabilità della posizione dell’elettrone. Il nucleo è al centro di ciascuno di questi grafici, e dove il grafico è più leggero è dove l’elettrone è più probabile che si trovi. Quello che vedete qui è una sorta di sezione trasversale. Cioè, devi immaginare l’immagine ruotata intornol’asse verticale., Quindi la regione abitata daquesto elettrone sembra un disco, ma in realtà dovrebbe essereuna sfera. Questo grafico è per un elettrone nel suo più basso possibilestato energetico, o ” stato fondamentale.” A destra c’è uno stato eccitato di idrogeno. Si noti che al centro, dove si trova il nucleo, l’immagineè scuro, indicando che è improbabile che l’elettrone sia lì. Le due lightregions, dove l’elettrone è più probabile che si trovi, sono in realtà solo una regione., Ricordate, avete tomentally ruotare questo attorno ad un asse verticale, in modo che in tre dimensionila regione di luce è davvero a forma di ciambella. Probabili posizioni dell’elettrone in uno stato eccitato dell’idrogeno. Il testo e le immagini di questa sezione sono stati adattati dalla pagina di Dave Slaven sull’Atomo (vedi Riferimenti sotto).