Comunicazioni Docente - Studenti

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Ottaviano Visconti
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Comunicazioni Docente - Studenti 1. Lista di distribuzione: francesco.musiani.chimgenbiotech 2. Scrivere (moderatamente) a: francesco.musiani@unibo.it 3.

1 Comunicazioni Docente - Studenti 1. Lista di distribuzione: francesco.musiani.chimgenbiotech 2. Scrivere (moderatamente) a: francesco.musiani@unibo.it 3. Avvisi sul sito del docente: 4. Materiale didattico e archivio esami disponibile (per ora) al sito:

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3 Avvisi

4 La Teoria dell Atomo di Bohr L atomo di idrogeno r v

5 La Teoria dell Atomo di Bohr Modello di Bohr dell atomo di idrogeno: Vedi documento Atomo di Bohr.pdf sul materiale didattico per la derivazione di queste equazioni

6 Livelli Energetici dell Atomo di Idrogeno

7 La Teoria dell Atomo di Bohr Modello di Bohr vale anche per atomi idrogenoidi: 1 solo elettrone, numero di protoni >1 Modello di Bohr non vale per atomi polielettronici (non riesce a tener conto delle interazioni fra elettroni). Modello di Bohr-Sommerfeld: considera orbite ellittiche invece che circolari. Vale solo per atomo di elio (2p + 2e).

8 La Teoria Probabilistica dell Atomo Concetto di probabilità(p) Probabilità che l elettrone si trovi in una certa regione di spazio (orbitale) Si definisce una funzione matematica, ψ, che descrive gli orbitali, tale per cui: ψ 2 = densità di probabilità = P/ dv

9 La Teoria Quantistica dell Atomo Le ψ(x,y,z) che soddisfano l equazione di Schroedingere le condizioni sopra descritte dipendono matematicamente da una serie di quattro numeri interi detti numeri quantici: n= 1, 2,, l= 0, 1,, (n-1) m= (-l), (-l+1), (-l+2),, 0,, (+l) s= +½, -½ n = numero quantico principale, indica l energia; l = numero quantico secondario, descrive la forma dell orbitale; m = numero quantico magnetico, descrive la orientazione dell orbitale; s= numero quantico di spin, indica il senso di rotazione dell elettrone.

10 La Teoria Quantistica dell Atomo

11 La Teoria Quantistica dell Atomo

12 La Teoria Quantistica dell Atomo

13 La Teoria Quantistica dell Atomo Un piano nodale (o regione nodale) è una regione dello spazio in cui ψ(x,y,z) = 0 Passando per un piano nodale ψ(x,y,z) cambia di segno.

14 La Teoria Quantistica dell Atomo Per l atomo di idrogeno è possibile dimostrare che ψ(r,ϑ,ϕ,n,l,m) è divisibile in due componenti: ψ(r,ϑ,ϕ,n,l,m) = R(r,n,l) Θ(ϑ,l,m) Φ(ϕ,m) Τ(ϑ,ϕ,l,m) Componente radiale Componente angolare

15 «Probabilità» dalla «Densità di Probabilità» Per ottenere la probabilità(p) di trovare l elettrone ad ogni distanza rdal nucleo, dobbiamo moltiplicare la densità di probabilità ψ 2 per il volume di un guscio sferico di spessore infinitamente piccolo, : dv(h)=4πr 2 +8πhr+4πh 2 Per uno spessore infinitamente piccolo, vale che

16 La Funzione d Onda 1s Moltiplicando il quadrato della funzione per 4πr 2 otteniamo la probabilità di trovare l elettrone in un guscio sferico di raggio dr

17 La Funzione d Onda 2s l numero dei piani nodali è uguale a(n 1). Nell orbitale 2s esiste una superficie nodale costituito da una sfera a distanza ca. 2a 0 dove la funzione cambia segno.

18 La Funzione d Onda 2p Per gli orbitali p(l= 1) la probabilità di trovare l elettrone è zero sul nucleo ed ha un andamento simmetrico nelle due direzioni dell asse, cambiando segno.

19 Energie degli Orbitali negli Atomi Idrogenoidi 3s 3p x 3p y 3p z 3d xy 3d xz 3d yz 3d z 2 3d x 2 -y 2 2s 2p x 2p y 2p z 1s

20 Effetto Schermo degli Elettroni

21 Energie degli Orbitali A causa dell effetto schermo, sottoguscielettronici caratterizzati dallo stesso numero quantico principale (ma diverso numero quantico secondario) hanno energie diverse: < < < ( ) L energia dipende non solo da nma anche da l. L energia di un orbitale con lo stesso ned ldipende dal numero di cariche sul nucleo.

22 Energie degli Orbitali

23 Energie degli Orbitali

24 Struttura Elettronica degli Atomi Polielettronici La configurazione elettronica di un atomo mostra il numero di elettroni in ogni orbitale atomico. Principio di minima energia. Il Principio di esclusione di Pauli stabilisce che: Due elettroni in un atomo non possono avere gli stessi quattro numeri quantici. La conseguenza è che ogni orbitale può essere occupato da un massimo di due elettroni. Regola di Hund: quando due o più elettroni occupano orbitali degeneri, essi si dispongono nel numero massimo possibile di orbitali mantenendo gli spin paralleli.

25 Energie degli Elettroni

26 Configurazioni Elettroniche H: 1s 1

27 Configurazioni Elettroniche He: 1s 2

28 Configurazioni Elettroniche Li: 1s 2 2s 1 = [He]2s 1

29 Configurazioni Elettroniche Be: 1s 2 2s 2 = [He]2s 2

30 Configurazioni Elettroniche B: 1s 2 2s 2 2p 1 = [He]2s 2 2p 1

31 Configurazioni Elettroniche C: 1s 2 2s 2 2p 2 = [He]2s 2 2p 2

32 Configurazioni Elettroniche N: 1s 2 2s 2 2p 3 = [He]2s 2 2p 3

33 Configurazioni Elettroniche O: 1s 2 2s 2 2p 4 = [He]2s 2 2p 4

34 Configurazioni Elettroniche F: 1s 2 2s 2 2p 5 = [He]2s 2 2p 5

35 Configurazioni Elettroniche Ne: 1s 2 2s 2 2p 6

36 Configurazioni Elettroniche Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 = [Ne]3s 1

37 Configurazioni Elettroniche Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 = [Ne]3s 2

38 Configurazioni Elettroniche Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 = [Ne]3s 2 3p 1

39 Configurazioni Elettroniche Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = [Ne]3s 2 3p 2

40 Configurazioni Elettroniche P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 = [Ne]3s 2 3p 3

41 Configurazioni Elettroniche S: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 = [Ne]3s 2 3p 4

42 Configurazioni Elettroniche Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 = [Ne]3s 2 3p 5

43 Configurazioni Elettroniche Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6

44 Configurazioni Elettroniche K: [Ar]4s 1

45 Configurazioni Elettroniche Ca: [Ar]4s 2

46 Configurazioni Elettroniche Metalli di Transizione

47 Configurazioni Elettroniche Sc: [Ar]4s 2 3d 1

48 Configurazioni Elettroniche Ti: [Ar]4s 2 3d 2

49 Configurazioni Elettroniche V: [Ar]4s 2 3d 3

50 Configurazioni Elettroniche Cr: [Ar]4s 1 3d 5

51 Configurazioni Elettroniche Mn: [Ar]4s 2 3d 5

52 Configurazioni Elettroniche Fe: [Ar]4s 2 3d 6

53 Configurazioni Elettroniche Co: [Ar]4s 2 3d 7

54 Configurazioni Elettroniche Ni: [Ar]4s 2 3d 8

55 Configurazioni Elettroniche Cu: [Ar]4s 1 3d 10

56 Configurazioni Elettroniche Zn: [Ar]4s 2 3d 10

57 Configurazione Elettronica e Tavola Periodica La configurazione elettronica di un atomo può essere stimata usando la tavola periodica. La vera configurazione deve essere determinata sperimentalmente.

58 Configurazione Elettronica e Tavola Periodica La Tavola Periodica

59 Configurazione Elettronica e Tavola Periodica La Tavola Periodica (Mendeleev, 1869)

60 Configurazione Elettronica e Tavola Periodica La Tavola Periodica Proprietà dell'elemento Previsione di Mendeleev(1871) Verifica sperimentale (1886) Massa atomica relativa 72 72,3 Volume atomico (cm³/mol) Densità del metallo (g/cm³) 5,5 5,5 Punto di fusione del metallo Alto 937 C Aspetto del metallo Grigio Grigio Formula dell'ossido EO 2 GeO 2 Aspetto dell'ossido Bianco Bianco Formula del cloruro ECl 4 GeCl 4 Punto di ebollizione del clor. Inferiore a 100 C 84 C

61 Le Proprietà Periodiche degli Elementi Le proprietà chimiche degli elementi riflettono la loro struttura elettronica. La struttura elettronica è periodica. Le proprietà chimiche degli elementi sono periodiche. - Raggio atomico - Energia di ionizzazione - Affinità elettronica - Reattività

62 Raggio Atomico

63 Andamento Periodico del Raggio Atomico

64 Andamento Periodico del Raggio Atomico Rahm, M.; Hoffmann, R.; Ashcroft, N. W. (2016) Chem. Eur. J. 22:

65 Andamento Periodico del Raggio Atomico Il raggio atomico aumenta rispetto all elemento precedente!!!

66 Energia di Ionizzazione Energia necessaria per rimuovere un elettrone da un atomo nel suo stato fondamentale. Esempio: Idrogeno H (g) H + (g)+ e 0Energia I = ΔE = 1312 kjmol -1 Energia necessaria a rimuovere una mole di elettroni. 1s Una mole = 6,022 x 10 23

67 Andamento Periodico dell Energia di Ionizzazione

68 Affinità Elettronica Quantità di energia in gioco quando si aggiunge un elettrone ad un atomo gassoso neutro. A (g) + e A (g) ΔE = affinità elettronica Se l affinità elettronica è positivaallora il processo è favorito; l energia viene liberata nell ambiente esterno. Se l affinità elettronica è negativa, allora il processo è sfavorito; l energia viene assorbita dall ambiente esterno.

69 Andamento Periodico dell Affinità Elettronica

70 Andamento Periodico dell Affinità Elettronica

71 Metalli e Non-Metalli I metallisono caratterizzati da basse energie di ionizzazione e affinità elettroniche. I non-metalli sono caratterizzati da elevate energie di ionizzazione e affinità elettroniche.

72 Reattività Metallo + ossigeno ossido (basico) + Metallo + idrogeno idruro + Non metallo + ossigeno ossido (acido o anidride) + Non metallo + idrogeno idracido +

73 Reattività Ossido basico + acqua idrossido + Ossido acido + acqua ossiacido + Idrossido + ossiacido sale + acqua + + Idrossido + idracido sale + acqua + +

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