Gli orbitali atomici. Il modo più semplice di visualizzare un atomo. TUTTAVIA NON POSSO DIRE CON PRECISIONE DOVE SI TROVA OGNI e -

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1 Gli orbitali atomici Il modo più semplice di visualizzare un atomo TUTTAVIA NON POSSO DIRE CON PRECISIONE DOVE SI TROVA OGNI e - ORBITALI ATOMICI: regione di spazio (con forma tipica) dove c è una elevata probabilità di trovare gli e -

2 Caratteristiche degli orbitali i numeri quantici Numero quantico principale (n)=1, 2, (definisce il livello energetico o il guscio) Numero quantico secondario (l)= da 0 a (n-1) (definisce la forma) Numero quantico magnetico (m)= da l a +l (definisce l orientazione nello spazio)

3 Numero quantico secondario l = 0 orbitale s (sfera) l=1 orbitale p (lobo) l= 2 orbitale d l=3 orbitale f

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5 Primo guscio: n =1 l= o m= 0 Al primo guscio (n=1) esiste un solo orbitale s 1s 1s

6 Secondo guscio: n=2 l= 0 (s) l=1 (p) m= 0 m=0 m=-1 m=+1 Nel secondo guscio ci sono un orbitale s e tre orbitali p 2s 2p

7 Terzo guscio: n=3 l= 0 (s) l=1 (p) l= 2 (d) m= 0 m=-1 m=-2 m=0 m=-1 m=+1 m=0 m=+1 m=+2 Un orbitale s, 3 orbitali p, 5 orbitali d 3s 3p 3d

8 Quarto guscio: n=4 l= 0 (s) l=1 (p) l= 2 (d) l= 3 (f) m= 0 m=-1 m=-2 m=-3 m=0 m=-1 m=-2 m=+1 m=0 m=-1 m=+1 m= 0 m=+2 m=+1 m= +2 m=+3 Un orbitale s, 3 orbitali p, 5 orbitali d, 7 orbitali f 4s 4p 4d 4f

9 Visualizzazione d insieme Gli orbitali atomici di uno stesso atomo penetrano l uno nell altro, cioè hanno delle regioni comuni

10 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d I tre numeri quantici (n, l, m) definiscono ciascun orbitale, sede di elettroni Per descrivere completamente un elettrone ènecessario conoscere un ulteriore numero quantico (magnetico di spin)

11 Quanti elettroni ci sono in ogni orbitale? Numero di spin Principio di esclusione In un atomo non possono coesistere due o più elettroni con i 4 numeri quantici uguali Intorno al 1920: l elettrone è dotato di movimento rotatorio su se stesso

12 Configurazione elettronica Come si distribuiscono gli elettroni negli orbitali disponibili? TRE REGOLE IMPORTANTI 1) Gli elettroni occupano gli orbitali a partire da quelli con energia più bassa (guscio più interno) 2) Principio di esclusione di Pauli: in un orbitale non possono stare più di due elettroni 3) Regola di Hund: gli elettroni occupano il maggior numero di orbitali con la stessa energia

13 Esempio : idrogeno H, Z= 1 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d..

14 Esempio: Elio He, Z= 2 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d..

15 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d..

16 Calcio (Ca) Z= 20 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

17 Arsenico (As) Z=33 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3

18 Configurazione elettronica esterna 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Indicata anche come (Ar) 4s 2 Elettroni esterni o di valenza: intervengono nella formazione dei legami Si trovano negli orbitali a più alta energia

19 Il sistema periodico di Mendeleev Mendeleev ( ) ordinò (assegnando dei numeri d ordine) gli elementi secondo la massa atomica crescente, andando a capo (cioè iniziando una nuova riga) ogni volta che certe caratteristiche tornavano a presentrasi, in modo da disporre in una stessa colonna,l uno sotto l altro, gli elementi con comportamenti simili. periodico : a intervalli regolari si ritrovano elementi con caratteristiche simili Nel 1913 venne introdotto il numero atomico Il numero atomico di un elemento coincide con il numero d ordine stabilito da Mendeleev Nel sistema periodico gli elementi sono ordinati secondo il numero atomico crescente

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21 IA VIII A IIA Gruppi B IIIA IVA VA VI A VII A

22 La tavola periodica: gruppi e periodi gruppi: colonne verticali della tavola periodica congeneri: membri del gruppo(stessa configurazione elettronica esterna!) NB: IA (1 elettrone), IIA (2 elettroni) VIIIA( 8 elettroni) metalli alcalini (primo gruppo IA) metalli alcalino-terrosi (secondo gruppo IIA) gas nobili (VIIIA) alogeni (VIIA) metalli di transizione periodi: righe orizzontali della tavola periodica (gli atomi di un periodo hanno lo stesso numero di gusci)

23 Suddivisione in blocchi Scendendo lungo un gruppo aumenta il numero quantico principale n (aumenta il numero di gusci) Avanzando lungo un periodo aumenta il numero di elettroni sul guscio di valenza (guscio esterno)

24 Blocco s Gli atomi di questo blocco hanno configurazione elettronica esterna ns x n=numero di gusci X= numero di elettroni contenuti nell orbitale s

25 Blocco p Gli atomi di questo blocco hanno configurazione elettronica esterna ns 2 np x n=numero di gusci X= numero di elettroni contenuti negli orbitali p

26 Blocco d (metalli di transizione) La loro comparsa nella tavola periodica coincide con il riempimento progressivo degli orbitali d Hanno configurazione elettronica del tipo (n-1)d z ns x n= periodo;z=da 1 a 10; x=2(in genere)

27 Cromo (Z=24) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 n=periodo=4 (n-1)d z ns x 3d 5 4s 2

28 Blocco f (n-2) f x (n-1)d y ns 2

29 Suddivisione della tavola periodica che useremo di più: in base al comportamento chimico (v.oltre)

30 Grandezze che variano periodicamente 1) dimensione degli atomi 2) energia di ionizzazione 3) affinità elettronica

31 Dimensione(raggio) degli atomi Lungo un gruppo dall alto in basso la dimensione degli atomi AUMENTA Il numero dei gusci aumenta scendendo lungo un gruppo 3 gusci 2 gusci 1 guscio

32 Dimensione(raggio) degli atomi Lungo un periodo, da sin a dx, DIMINUISCE é 3+ é 6+ é é é Secondo guscio litio Secondo guscio In generale si può concludere che: carbonio La carica nucleare aumenta, lungo un periodo, e quindi gli elettroni del livello esterno vengono attratti più fortemente dal nucleo: di conseguenza, si verifica una contrazione delle dimensioni dell atomo

33 Tuttavia dal gruppo VIA al gruppo VIIIA Si può assistere ad un LEGGERO aumento delle dimensioni atomiche in seguito alla repulsione degli elettroni presenti del guscio più esterno.. Esempio cfr: Ossigeno, Fluoro e Neon O= 6 elettroni esterni; F= 7 elettroni esterni; Ne= 8 elettroni esterni L affollamento degli elettroni nel guscio più esterno prevale sull aumento della carica nucleare; di conseguenza, per gli ultimi due elementi la tendenza si inverte!!!!! Si noti che il Ne è comunque più piccolo del Litio (primo elemento del secondo periodo) O F Ne

34 Energia di ionizzazione Energia richiesta per rimuovere un elettrone dallo stato fondamentale di un atomo (si forma un catione)

35 Energia di ionizzazione, in generale Aumenta lungo un periodo (da sn a dx) (v. litio e carbonio) Gli elettroni del C sono tenuti più saldamente dal nucleo, avendo carica nucleare maggiore Diminuisce lungo un gruppo(dall alto in basso)

36 Energia di PRIMA ionizzazione: necessaria togliere un elettrone Energia di seconda e terza ionizzazione: necessaria per rimuovere altri elettroni (il secondo ed il terzo rispettivamente)

37 Affinità elettronica

38 Affinità elettronica E la variazione di Energia che si verifica quando un atomo neutro isolato allo stato gassoso quando acquista un elettrone trasformandosi in uno ione negativo (anione) Lungo un periodo: AUMENTA Lungo un gruppo: DIMINUISCE a causa della maggiore distanza dell elettrone aggiunto dal nucleo

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