Classe terza, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Legare ogni cambiamento di modello a una prova distinta.
Prima di iniziare
- Carica elettrica
- Particelle subatomiche
L'idea centrale
I modelli atomici cambiano quando una nuova evidenza rende insufficiente la rappresentazione precedente. Gli esperimenti di diffusione di particelle alfa mostrarono che la carica positiva e gran parte della massa sono concentrate in una regione molto piccola: il modello a carica diffusa non lo spiegava. Gli spettri a righe motivarono livelli energetici quantizzati. Il modello degli orbitali descrive probabilità di presenza elettronica, non piccole orbite planetarie esatte.
Un modello atomico nasce per spiegare osservazioni e può perdere validità quando non riesce a rendere conto di dati nuovi. Nella diffusione di particelle alfa su una lamina sottile, la maggioranza attraversa quasi senza deviazione, mentre poche subiscono deviazioni ampie. Questa combinazione sostiene l'idea di un volume atomico in gran parte non occupato da massa concentrata e di un nucleo piccolo, denso e positivo. Non significa che gli elettroni siano assenti, né che il nucleo occupi quasi tutto il volume. È importante separare ciò che il rivelatore osserva dalla struttura che il modello propone per interpretarlo.
Lo spettro a righe dell'idrogeno costituisce un altro tipo di vincolo: la luce emessa assume solo alcune energie, invece di un continuo. Il modello di Bohr introduce livelli energetici discreti e collega una riga alla differenza fra due livelli. Questa spiegazione ha un ambito di efficacia, ma le orbite disegnate come cerchi non vanno scambiate per fotografie di traiettorie elettroniche; per atomi con più elettroni servono descrizioni ulteriori. Nel confronto fra modelli, chiedi sempre quale osservazione ciascuno spiega, quale previsione aggiunge e quale limite conserva.
- Criterio
- Una nuova osservazione restringe i modelli compatibili, senza trasformare il disegno in una fotografia dell'atomo.
Come procedere
- Nomina il dato realmente osservato.
- Indica quale modello lo spiega, quale non lo spiega e il limite dell'inferenza.
Esempio svolto
In una prova ipotetica 9.990 particelle alfa su 10.000 passano quasi dritte e 10 deviano molto. Quali due caratteristiche dell'atomo sono compatibili con questi dati?
- Distinguo i dati: il transito quasi rettilineo è molto più frequente delle grandi deviazioni.
- Il primo dato è compatibile con molto spazio attraversabile; il secondo richiede una regione capace di esercitare forte repulsione su poche traiettorie.
- Formulo l'interpretazione come modello, senza dedurre dimensioni esatte da questo solo conteggio.
Gran parte del volume è attraversabile; una piccola regione centrale positiva può causare forti deviazioni.
Errore da evitare
Presentare Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr come disegni tutti equivalenti, senza distinguere limiti ed evidenze.
Controllo e limiti
- Le figure atomiche sono rappresentazioni, non fotografie.
- La ripartizione tra terza e quarta è una scelta editoriale.
Prova subito
Se in una prova sulla lamina d'oro quasi tutte le particelle alfa passano senza deviazione, quel solo dato basta a escludere un modello con carica positiva diffusa? Quale dato aggiuntivo è decisivo?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No; servono le rare deviazioni a grande angolo.
Il passaggio della maggioranza non discrimina da solo i modelli, mentre i grandi angoli richiedono una regione positiva concentrata.
Risposta: No; servono le rare deviazioni a grande angolo.
Il passaggio della maggioranza non discrimina da solo i modelli, mentre i grandi angoli richiedono una regione positiva concentrata.
Che cosa mostrano gli spettri atomici a righe?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: Transizioni fra livelli energetici discreti.
Le righe corrispondono a differenze di energia definite.
Risposta: Transizioni fra livelli energetici discreti.
Le righe corrispondono a differenze di energia definite.
Un orbitale è una traiettoria esatta dell'elettrone?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No.
Rappresenta una descrizione probabilistica dello stato elettronico.
Risposta: No.
Rappresenta una descrizione probabilistica dello stato elettronico.
Un elettrone passa da un livello di energia 5 unità a uno di 2. Qual è l'energia della luce emessa nel modello a livelli?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 3 unità di energia.
La differenza 5 − 2 è l'energia del fotone emesso nel modello semplificato.
Risposta: 3 unità di energia.
La differenza 5 − 2 è l'energia del fotone emesso nel modello semplificato.
Le orbite circolari del modello di Bohr descrivono con la stessa precisione gli spettri di tutti gli atomi con più elettroni? Indica un limite del modello.
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: No: il modello spiega bene aspetti dello spettro dell'idrogeno, ma non descrive in generale con la stessa precisione gli atomi multielettronici.
Un modello utile per un dato sistema non è una fotografia di traiettorie né una spiegazione universale di tutti gli spettri.
Risposta: No: il modello spiega bene aspetti dello spettro dell'idrogeno, ma non descrive in generale con la stessa precisione gli atomi multielettronici.
Un modello utile per un dato sistema non è una fotografia di traiettorie né una spiegazione universale di tutti gli spettri.
Allineamento curricolare e fonti
- SCIENZE NATURALI · DM 211/2010, Allegato F, Liceo scientifico ordinario, parte 1 · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · obiettivi delle discipline
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Esercitarsi su questo: Modelli atomici: quale evidenza spiega ogni modello