La teoria atomica moderna: il modello planetario€¦ · è detto anche numero quantico azimutale e...
Transcript of La teoria atomica moderna: il modello planetario€¦ · è detto anche numero quantico azimutale e...
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