L'ATOMO QUANTIZZATO DI BOHR
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Come Planck,per superare i problemi legati al fenomeno dell'irradiamento del corpo nero,formulò un'ipotesi "estranea" ai concetti della fisica classica,così Bohr introdusse un'altra ipotesi altrettanto "conflittuale" per ovviare alle difficoltà del modello "planetario" dell'atomo di Rutherford: la quantizzazione della materia.
L'idea di fondo è molto semplice: assumiamo che,in contrasto con la visione classica,tutti i moti "planetari" degli elettroni non siano possibili e che esistano alcune orbite "privilegiate",le sole che possono essere percorse da un elettrone.
Tale ipotesi,quindi,nega,allo stesso modo di quella di Planck,la naturale continuità di un processo fisico: un elettrone,al fine di costituire un legame atomico,dovrà essere "catturato" in una di quelle condizioni che risulta compatibile con la formazione di un legame coerente.
Ciò implica il fatto che solo alcune orbite siano possibili e che a queste orbite "discrete" corrispondono valori ben determinati di energia,che risulterà anch'essa una variabile "quantizzata".
Si spiega così la "regolarità" degli atomi e la loro insensibilità ai disturbi esterni: in un legame atomico,un elettrone "ricadrà" sempre su un'orbita permessa e non su una arbitraria.
Inoltre Bohr,avvalendosi del principio di conservazione dell'energia,dà anche una spiegazione del perché un atomo emette e assorbe solo radiazioni di frequenze ben precise.
Il ragionamento è molto semplice. Abbiamo detto che un atomo può stare solo in uno stato ben definito di energia; allora esso potrà emettere o assorbire radiazioni elettromagnetiche solo passando da uno stato all'altro.
In tale passaggio,emetterà un fotone la cui energia deve essere tale da garantire la conservazione dell'energia totale.
Ossia l'energia che un elettrone perde,nel passaggio da un'orbita di energia E(2) ad una di energia minore E(1),verrà trasferita al fotone ed essendo l'energia di quest'ultimo proporzionale alla sua frequenza f,avremo: E(2)-E(1) = h*f (in base alla legge di Planck).
Sulla base,quindi,di una sola ipotesi che coinvolge un'unica regola per la determinazione delle orbite permesse,Bohr fu in grado di rendere conto di una grande quantità di dati sui cosiddetti "spettri a righe" di emissione e assorbimento dei vari elementi chimici.
Mentre la luce bianca proveniente dal Sole dà luogo al cosiddetto "spettro dell'arcobaleno" (che è continuo perché contiene tutti i colori visibili),la luce emessa da un atomo,analizzata tramite uno spettroscopio (strumento simile ad un prisma ma più sofisticato),contiene solo alcune lunghezze d'onda ben precise e il suo spettro è composto da una serie di righe (righe spettrali).
C'è da evidenziare,però,che il modello atomico di Bohr è inconsistente: egli utilizza,infatti,la fisica classica per determinare le orbite degli elettroni ma ipotizza che non tutte le orbite sono permesse,in palese contrasto con i concetti "classici".
Inoltre viola anche l'elettromagnetismo classico in quanto assume che gli elettroni,pur possedendo una accelerazione (per il fatto che si muovono su orbite circolari), non irradiano quando si trovano su una delle orbite privilegiate.
L'IPOTESI DI DE BROGLIE
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Se le onde hanno comportamenti corpuscolari,è possibile che anche le particelle possano presentare dei comportamenti ondulatori ?
Nel 1924,De Broglie formulò,nella sua tesi di Dottorato,un'ipotesi che dimostrava che ad una particella di massa m e dotata di una velocità v è associata un'onda di lunghezza d'onda pari a: l = h/(m*v),in cui h è la costante di Planck.
In pratica,propose il concetto di dualità onda-particella per i corpi materiali,similmente a quanto già fatto nel caso della luce.
Ciò equivale a dire che,considerando il processo stazionario,cioè non variabile nel tempo,un numero intero di lunghezze d'onda deve "richiudersi" perfettamente lungo la circonferenza "orbitale" percorsa da un elettrone a quella determinata velocità.
La lunghezza 2*pigreco*r dell'orbita,quindi,deve essere un multiplo della lunghezza d'onda dell'elettrone: 2*pigreco*r = n*l.
Ma come mai,negli esperimenti,non sono mai emersi aspetti ondulatori dei corpi materiali ?
Dato che la lunghezza d'onda è inversamente proporzionale alla quantità di moto (m*v) di un corpo e h è una costante molto piccola,alla scala di grandezza di un oggetto macroscopico corrisponde una lunghezza d'onda praticamente nulla e quindi non si avranno effetti tangibili mentre,a livello subatomico,la lunghezza d'onda di De Broglie sarà molto grande rispetto alle dimensioni atomiche,determinando comportamenti fisici sicuramente più "osservabili".
In sintesi,ci sono molte analogie tra il modo di comportarsi delle radiazioni elettromagnetiche e quello delle particelle materiali.
Nel 1927 il modello di De Broglie venne definitivamente confermato dai due fisici americani Davisson (premio Nobel nel 1937) e Germer,i quali lo dimostrarono sperimentalmente.
La portata dell'ipotesi di De Broglie fu talmente vasta che Schrodinger,in meno di un anno,giunse ad elaborare la meccanica "ondulatoria",una delle due formulazioni della teoria quantistica (l'altra si deve a Heisenberg).
Ma questo lo vedremo in seguito.
Buona lettura
P.S. Approfondimenti: https://it.wikipedia.org/wiki/Louis-Victor...mond_de_Broglie
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