La teoria atomica moderna: il modello planetario

L’ELETTRONE SI MUOVE LUNGO UN’ORBITA INTORNO AL NUCLEO

La luce

La frequenza (indicata con ν) è il numero di onde che passano per un punto nell'unità di tempo

La lunghezza d'onda (λ) è la distanza tra due creste

λ=1

ν

La LUCE è una forma di energia detta radiazione elettromagnetica che si propaga nello spazio sotto forma di onde oscillanti

Maggiore è la frequenza minore è la

lunghezza d’onda e maggiore è l’energia

La luce

Aumento della lunghezza d’onda (nm)

Aumento della frequenza (hertz, Hz), ENERGIA

La luce viene assorbita dalla

materia

Assorbe tutta la luce nello spettro visibile

Non assorbe luce nello spettro visibile

Gli atomi assorbono luce

Quando l’elettrone torna al suo stato fondamentale emette una radiazione elettromagnetica con una precisa quantità di energia

1. L’elettrone percorre soltanto orbite di determinato raggio e determinata energia

2. L’emissione e l’assorbimento di radiazione comporta il salto dell’elettrone da un’orbita all’altra

3. L’energia della radiazione emessa o assorbita corrisponde alla differenza di energia tra le due orbite

4. l’energia posseduta dall’elettrone è quantizzata, cioè può assumere solo determinati valori mentre altri sono proibiti

Heisenberg 1927

Principio di indeterminazione: è impossibile determinare con assoluta precisione la posizione dell’elettrone, è solamente possibile stabilire la probabilità che un elettrone si trovi in un certo spazio intorno al nucleo

I postulati di Bohr

Orbitali atomici e numeri quantici

Ogni elettrone in un atomo è descritto da una funzione d'onda (x,y,z) che dà la probabilità di trovare l'elettrone nei vari punti nello spazio.

Una funzione d'onda di un elettrone in un atomo è chiamata orbitale atomico e può essere descritto qualitativamente

come la regione dello spazio attorno al nucleo dove è maggiore la probabilità di trovare l'elettrone.

Schrodinger

Gli elettroni si comportano sia come particelle che come onde

Un orbitale atomico è definito da tre numeri quantici (n, , m ) che formalmente sono una conseguenza matematica della soluzione dell'equazione di Schrodinger.

L'elettrone è poi caratterizzato da un quarto numero quantico ms legato al moto di spin dell'elettrone (rotazione attorno all'asse)

Orbitali atomici e numeri quantici

determina l'energia dell'elettrone e può assumere qualsiasi valore intero positivo:

E - 1/n2 n = 1, 2, 3 ....

Più grande è n maggiore è l'energia

Il numero quantico n determina anche la dimensione dell'orbitale: più grande è n più grande è l'orbitale.

Orbitali atomici e numeri quantici

Numero quantico principale n:

è detto anche numero quantico azimutale e distingue la forma di orbitali con lo stesso n.

Per ogni dato n, può assumere tutti i valori interi compresi tra 0 e n-1

n=3 n-1=3-1=2 =0,1,2

Ad esempio con n=3 si possono avere tre tipi di orbitali distinti dai valori di

= 0,1,2,3,.....,n-1

ciascuno dei quali ha una diversa forma cioè una diversa distribuzione di probabilità nello spazio

I diversi orbitali sono indicati con le seguenti lettere: lettera s p d f g

0 1 2 3 4

Orbitali atomici e numeri quantici

Numero quantico del momento angolare

Gli orbitali vengono indicati scrivendo prima il numero principale n (1,2,3,....) e poi la lettera corrispondente al numero quantico (s, p, d, f, ....). Esempi:

Per n=1 si può avere =0 cioè l'orbitale 1s

Per n=2 si può avere =0 cioè l'orbitale 2s =1 cioè l'orbitale 2p

Per n=3 si può avere =0 cioè l'orbitale 3s =1 cioè l'orbitale 3p =2 cioè l'orbitale 3d

Per n=4 si può avere =0 cioè l'orbitale 4s =1 cioè l'orbitale 4p =2 cioè l'orbitale 4d =3 cioè l'orbitale 4f

Orbitali atomici e numeri quantici

determina l'orientamento spaziale di orbitali con n e definiti, cioè con dimensione e forma definite.

Per ogni dato m può assumere tutti i valori interi compresi

tra - e +, cioè m= -,-+1,....,0,1, .....,-1,

Ad esempio

=0 s m=0 1 orbitale s

=1 p m=-1,0,+1 3 orbitali p

=2 d m=-2,-1,0,+1,+2 5 orbitali d

=3 f m=-3,-2,-1,0,+1,+2,+3 7 orbitali f

Orbitali con lo stesso ma diverso m hanno la stessa forma ma diversa orientazione nello spazio.

Numero quantico del momento magnetico m:

Orbitali atomici e numeri quantici

determina le due possibili orientazioni dell'asse di spin di un elettrone e può assumere i valori ms=+1/2 e ms=-1/2 Un elettrone si comporta come la terra ruotando intorno ad un asse e il valore di ms determina il verso di rotazione.

Problema: Determinare quale dei seguenti gruppi di numeri quantici è possibile per un elettrone in un atomo n=1 =1 m=0 ms=+1/2 NO

n=3 =1 m=-2 ms=-1/2

SI

NO

n=2 =1 m=0 ms=+1/2

n=2 =0 m=0 ms=+1 NO n=0 =1 m=0 ms=-1/2 NO n=2 =3 m=0 ms=-1/2 NO

n=3 =2 m=2 ms=0 NO

In ogni orbitale possono collocarsi solo 2 elettroni

Numero quantico di spin ms:

p

• da 0 a n-1 • da -l a +l

Orbitali atomici e numeri quantici

Numero e forma degli orbitali

p

• da 0 a n-1 • da -l a +l

p

Orbitali atomici e numeri quantici

Numero e forma degli orbitali

f

COME SI DISPONGONO GLI ELETTRONI ALL’INTERNO

DEGLI ORBITALI?

Orbitali atomici e numeri quantici

Configurazione elettronica Orbitali atomici e numeri quantici

1. Un orbitale può contenere un numero massimo di due elettroni (principio di esclusione di Pauli). Se vi sono due elettroni nell’orbitale devono avere n°quantico di spin ms opposto (+1/2 o –1/2). Un orbitale può anche essere vuoto o contenere un solo elettrone spaiato.

2. Nel progressivo riempimento degli orbitali l’elettrone va ad

occupare l’orbitale disponibile avente più bassa energia. 3. Se vi sono più orbitali con uguale energia (degeneri; ad es. px,

py, pz) la configurazione più stabile (cioè a più bassa energia) è quella che porta alla massima molteplicità, cioè in cui gli elettroni si dispongono con spin parallelo (sempre + 1/2 o sempre –1/2) e quindi in orbitali diversi!

REGOLE DELL’AUFBAU

ORDINE DI RIEMPIMENTO DEGLI ORBITALI

REGOLA DELLA DIAGONALE

Orbitali atomici e numeri quantici

Configurazione elettronica del silicio (Si) Z=14

1s22s22p63s23p2

numero di elettroni nell’orbitale

Configurazione elettronica dello Zolfo (S) Z=16

1s22s22p63s23p4

ESERCIZI

1) Qual è la configurazione elettronica completa del fosforo P (z=15) ?

Soluzione

P ha 15 protoni quindi ha 15 elettroni

1s22s22p63s23p3

2) Qual è la configurazione elettronica completa del Calcio Ca (z=20) ?

Soluzione

Ca ha 20 protoni quindi ha 20 elettroni

1s22s22p63s23p64s2

Orbitale

elettrone

ES: 8O→ Z = 8 8 elettroni

carbonio (C, Z=6) neon (Ne, Z=10) fosforo (P, Z = 15)

Orbitali atomici e numeri quantici

elettrone

ELETTRONI DI VALENZA Elettroni del livello energetico più esterno

-GLI ELETTRONI DI VALENZA DI UN ATOMO NE DETERMINANO ALCUNE PRORIETA’ CHIMICHE

-ATOMI CON LA STESSA CONFIGURAZIONE DEGLI ELETTRONI DI VALENZA HANNO SIMILI PROPRIETA’ CHIMICHE

LA REGOLA DELL’OTTETTO

Questa configurazione elletronica degli orbitali s e p più esterni è chiamata OTTETTO Rappresenta la configurazione più stabile in assoluto

I gas nobili (He, Ne, Ar…), hanno raggiunto l’ ottetto e vengono considerati inerti

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

Non metalli possiedono orbitali p incompleti diversamente dai metalli non sono duttili e non sono buoni conduttori

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

E’ costituito da elementi che hanno gli elettroni esterni

nello stesso livello energetico PERIODO

GRUPPO E’ costituito da elementi che hanno la stessa

configurazione elettronica esterna

Ottetto completo Livelli s e p pieni

He 1s2

Ne 1s22s22p6

1 elettrone di

valenza orbitale s

Na 1s22s22p63s1

2 elettroni di

valenza orbitale s

Mg 1s22s22p63s2

[Ne]3s2

Mg2+ = [Ne]

7 elettroni di

valenza

F 1s22s22p5

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

RAGGIO ATOMICO

PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: IL RAGGIO ATOMICO

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

ENERGIA DI IONIZZAZIONE →è l'energia che serve per allontanare l'elettrone più esterno o quello a minor energia tra quelli esterni

X→X++ e-

Gli elettroni di valenza

sono più vicini al nucleo

Aumenta la carica

positiva del nucleo

Energia di prima

ionizzazione

Energia di seconda

ionizzazione X+→X2++ e-

MAGGIORE

PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: L’ENERGIA DI IONIZZAZIONE

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

X+ e-→X-

PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: L’AFFINITA’ ELETTRONICA

LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI