Energia degli orbitali

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1 Energia degli orbitali Il valore dell energia di un orbitale è, in modulo, il valore dell energia necessaria a portare l ele8rone a distanza infinita rispe8o al nucleo. Ha quindi valori sempre nega>vi. E 0 per d Per l atomo di idrogeno questo valore dipende solo dal numero quan>co principale n, per cui tub gli orbitali dello stesso guscio hanno la stessa energia Ad esempio: 3s, 3p, 3d Stessa energia

2 Energia degli orbitali Quando in un atomo sono presen> più ele8roni, ogni ele8rone risente, oltre che dell a8razione del nucleo, anche della repulsione ele8rosta>ca di tub gli ele8roni Sistema con mol> ele8roni L equazione d onda è più complicata e la sua soluzione esa8a è impossibile Studi teorici, in par>colare spe8roscopici e magne>ci, hanno permesso di stabilire che gli orbitali degli atomi con più ele1roni, corrispondono approssima4vamente per 4po, forma e dimensioni agli orbitali dell atomo di idrogeno.

3 Energia degli orbitali Unica sostanziale differenza con l atomo di idrogeno per gli atomi con più ele8roni che a causa delle interazioni tra diversi ele8roni l energia degli orbitali appartenen> a uno stesso guscio (stesso n) non è la stessa Energia dell obitale dipende da n e da l

4 Energia degli orbitali La sequenza degli orbitali in ordine crescente di energia è: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f 5d < 6s Orbitali con lo stesso valore di n e l hanno la stessa energia e si dicono DEGENERI Per ciascuna specie chimica sono sta0 determina0 i valori delle energie dei diversi orbitali, tali valori differiscono per le diverse specie atomiche anche per ele8roni con stessi valori di n e l e ciò è comprensibile dato che in atomo diversi la carica del nucleo è diversa. Si osserva però che l ordine degli orbitali secondo le energie crescen0 è simile e si può dire che è uguale per tu8e le specie atomiche fino all orbitale 4s mentre per gli orbitali successivi si hanno delle irregolarità

5 Energia degli orbitali La più elevata differenza di energia fra orbitali successivi si ha fra gli orbitali n = 1 e n = 2

6 Configurazione ele8ronica La configurazione ele8ronica rappresenta la distribuzione degli ele8roni nei vari orbitali per un dato atomo. Dal punto di vista chimico è di grande interesse conoscere la configurazione per un dato atomo in quanto condiziona la formazione dei legami chimici fra gli atomi per formare le molecole.

7 Configurazione ele8ronica Questa è possibile costruirla considerando i seguen0 principi: 1. Gli orbitali vengono riempi> in ordine crescente, a par>re da quelli a energia più bassa 2. Principio di esclusione di Pauli: due ele8roni dello stesso atomo non possono avere i qua8ro numeri quan>ci uguali. Ogni orbitale definito da un valore di n, l, m può ospitare al massimo due ele8roni ma con m s opposto (±½) 3. Principio di Hund o della massima molteplicità: nel riempimento progressivo di orbitali degeneri gli ele8roni si dispongono prima singolarmente ed a spin paralleli ( stesso valore di m s )

8 Rappresentazione degli orbitali: Configurazione ele8ronica vuoto Parzialmente occupato Completamente occupato Vediamo come esempio la costruzione della configurazione ele8ronica (o au:au) di un atomo di ossigeno ( Z = 8 quindi 8 ele8roni). La configurazione sarà: 1s 2s 2p oppure 1s 2 2s 2 2p 4

9 Configurazione ele8ronica L analisi della configurazione ele8ronica ha mostrato che si possono dis0nguere due categorie di ele8roni: Ele8roni interni che occupano i livelli a minore energia di un atomo (che appartengono al gas nobile precedente) Ele8roni esterni o di valenza che si trovano nei livelli energe>ci a più alta energia e intervengono nella formazione dei legami chimici tra gli atomi

10 Periodicità La configurazione ele8ronica esterna si ripete periodicamente al crescere di Z. Esempio per ns 1 n = 1 H Z = 1 (1s 1 ) n = 2 Li Z = 3 (2s 1 ) n = 3 Na Z = 11 (3s 1 ) n = 4 K Z = 19 (4s 1 ) n = 5 Rb Z = 37 (5s 1 ) n = 6 Cs Z = 55 (6s 1 ) n = 7 Fr Z = 87 (7s 1 ) : 2 elemen> : 8 elemen> : 8 elemen> : 18 elemen> : 18 elemen> : 32 elemen> 2, 8, 8, 18, 18, 32 rappresentano i so8ogusci da riempire per rio8enere un orbitale esterno dello stesso >po.

11 Questa periodicità delle configurazioni ele8roniche è alla base della periodicità ricorrente del comportamento degli elemen> e trova una sintesi geniale nella TAVOLA PERIODICA

12 Alcune proprietà chimiche e fisiche degli elemen> sono dire8amente legate alla configurazione ele8ronica e variano in modo ricorrente al variare del numero atomico Dimensioni atomiche e ioniche Energia di ionizzazione Affinità ele8ronica Ele8ronega>vità

13 Dimensioni degli atomi e di alcuni ioni nella tavola periodica

14 M (gas) M+ + e-

15

16 χ (A) χ (B) = K Δ Dove: Δ = E (A- B) ½[E (A- A) + E (B- B) ]