Gli studi sulla struttura elettronica degli atomi sono stati possibili analizzando la luce emessa o assorbita dalle sostanze.
Quindi è importante prima di effettuare altri studi considerare la doppia natura della luce e cioè ondulatoria e corpuscolare.
La teoria ondulatoria che permette di spiegare la natura della luce e i fenomeni ad essa associati come rifrazione, diffrazione e interferenza, è stata formulata dal fisico inglese James Maxwell nel 1873.
Secondo la teoria ondulatoria la luce si propaga nello spazio per mezzo di radiazioni elettromagnetiche. Queste radiazioni sono formate da un campo elettrico ed un campo magnetico oscillanti ed associati. Sono oscillanti perchè i loro valori sono costanti, ma cambiano in modo periodico, variando tra un valore massimo e uno minimo. Tipico comportamento delle onde, infatti per questo le radiazioni elettromagnetiche sono anche chiamate onde elettromagnetiche.
Le grandezze che caratterizzano un’onda elettromagnetica sono l’ampiezza, la lunghezza d’onda e la frequenza.
- L’ampiezza (A) è la distanza tra il massimo di una cresta e la direzione di propagazione dell’onda e determina l’intensità delle radiazioni elettromagnetiche.
- La lunghezza d’onda (λ) è la distanza tra due crete consecutive, nel SI la sua unità di misura è il metro, ma spesso si può usare un suo sottomultiplo(nanometro) oppure l’angstrom( 1A°=
m). - La frequenza (v) è il numero di oscillazioni che la radiazione elettromagnetica compie in un secondo. La sua unità di misura è l’hertz.
La lunghezza d’onda e la frequenza sono grandezze inversamente proporzionali, il loro prodotto quindi è costante ed è uguale alla velocità della luce. Quindi λ • v =c (velocità della luce) dove c= 300 000 km\s.
Abbiamo detto che importanti sono i tre fenomeni e cioè rifrazione, diffrazione e interferenza.
La rifrazione si ha quando un fascio di luce bianca che attraversa un prisma di vetro o di quarzo , viene scomposto nei colori dell’iride: rosso, arancione, giallo, verde, azzurro, indaco e violetto. Questo dimostra che la luce bianca è policromatica cioè formata da radiazioni monocromatiche. Possiamo quindi definire la rifrazione come la deviazione che subisce un raggio luminoso passando da una sostanza trasparente come l’aria con una data densità a un’altra anch’essa trasparente, come l’acqua, ma con differente densità. L’angolo di rifrazione dipende dalla lunghezza d’onda, maggiore è quest’ultima minore è la deviazione.
La diffrazione si ha quando un fascio di luce giunge su una fenditura, un foro molto piccoli; il fascio non si propaga più in linea retta ma dopo l’ostacolo si allarga formando zone chiare o scure , chiamate frange d’interferenza.
I colori, cioè le radiazioni elettromagnetiche che formano la luce visibile, hanno una lunghezza d’onda compresa tra 400 nm(violetto) e 700 nm (rosso). L’insieme delle radiazioni elettromagnetiche che costituiscono la luce visibile è lo spettro visibile..
Per lunghezze d’onda maggiori del rosso e minori del violetto si hanno altre radiazioni elettromagnetiche.
Per quanto riguarda la natura corpuscolare della luce, essa viene messa in evidenza se proiettiamo un fascio di luce ultravioletto su una lastrina di zinco, si noterà l’espulsione di elettroni dal metallo, esso si chiama effetto fotoelettrico.
Gli elettroni riescono ad uscire dal metallo perchè acquistano l’energia necessaria a vincere la forza attrattiva che li tiene legati al metallo. Se i pacchetti di energia che arrivano al metallo sono troppo deboli, non si stacca nulla, se invece sono molto grandi, una parte servirà per far allontanare l’elettrone dal metallo e un’altra parte per acquistare velocità.
Quindi è venuta fuori la natura corpuscolare della luce, infatti la luce e ogni radiazione elettromagnetica, la possiamo considerare formata da particelle , chiamate fotoni o quanti, che trasportano energia e sono responsabili dell’espulsione degli elettroni dalla superficie metallica.
I fotoni è importante sottolineare che sono privi di massa.
Ogni fotone ha una determinata energia:
E = h • v ma noi sappiamo che la frequenza ; andando a sostituire la frequenza nella formula dell’energia otteniamo:
dove h ha un valore di 6,63 • J •s che è la costante di Planck.
