Modello di Bohr e righe spettrali

Nella modalità Modello, l’atomo appare in due modi affiancati: il modello di Bohr, con gli strati K, L, M…, e la scala di energia per sottolivelli (s, p, d). Quando l’elettrone salta da un livello più alto a uno più basso, emette un fotone il cui colore dipende dalla differenza di energia tra i livelli. Nella modalità Esperimento, la luce di un tubo a scarica passa attraverso una fenditura e un prisma e forma, sulla lastra fotografica, le righe spettrali dell’elemento: un "codice a barre" di luce che identifica ogni atomo. Con lo spettro di assorbimento, luce bianca attraversa l’atomo (nell’Esperimento, una lampada illumina il gas del tubo, senza scarica): esso assorbe solo i colori con l’energia esatta di un salto a partire dal livello fondamentale, che diventano righe scure. Per questo lo spettro di assorbimento ha meno righe di quello di emissione. Molti gas, come l’idrogeno e l’elio, assorbono solo ultravioletto: sulla lastra fotografica, che mostra solo il visibile, non compaiono righe scure. Nella modalità Costruire, l’atomo si costruisce trascinando protoni, neutroni ed elettroni (o scegliendo l’elemento nella tavola periodica), fino all’oganesson (Z = 118), con la configurazione data dalla regola della diagonale: il numero di protoni definisce l’elemento, elettroni in più o in meno formano uno ione e i neutroni cambiano la massa (gli isotopi). Con l’atomo neutro, il pulsante "Vedi lo spettro" porta alla modalità Modello con quell’elemento (il simulatore ha solo le righe degli atomi neutri).

I livelli di energia e le righe sono valori misurati, presi dal database degli spettri atomici del NIST. Il colore di ogni riga deriva dalla differenza di energia tra due livelli, $\lambda = hc/\Delta E$. Solo per l’idrogeno il modello di Bohr dà esattamente questi valori ($E_n = -13{,}6/n^2$ eV); per gli altri atomi, i raggi degli strati sono solo illustrativi. Righe molto vicine appaiono come una sola. Nell’assorbimento, la probabilità che ogni salto assorba deriva dalla forza dell’oscillatore calcolata con i coefficienti di Einstein del NIST; la luce bianca della simulazione invia più fotoni alle energie di questi salti di una lampada reale, perché le righe compaiano in pochi secondi.

Marco P. M. de Souza