SISTEMA INTERNAZIONALE IL SISTEMA INTERNAZIONALE CLASSIFICA LE GRANDEZZE E LE RISPETTIVE UNITA' DI MISURA LE GRANDEZZE VENGONO SUDDIVISE IN:

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1 SISTEMA INTERNAZIONALE IL SISTEMA INTERNAZIONALE CLASSIFICA LE GRANDEZZE E LE RISPETTIVE UNITA' DI MISURA LE GRANDEZZE VENGONO SUDDIVISE IN: GRANDEZZE FONDAMENTALI GRANDEZZE DERIVATE Grandezza Unità di misura Grandezza Unità di misura Massa Kg (chilogrammo) Area m 2 (metro quadro) Tempo S (secondo) Volume m 3 (metro cubo) Lunghezza m (metro) Densità Kg/m 3 (chilogrammo su metro cubo) Quantità di materia mol (moli) GRANDEZZE INTENSIVE NON dipendono dalle dimensioni del campione GRANDEZZE ESTENSIVE Dipendono dalla dimensioni del campione ESEMPIO DI GRANDEZZA INTENSIVA E' LA DENSITA' ESEMPIO DI GRANDEZZA ESTENSIVA E' IL VOLUME LA DENSITA' La densità si definisce come il numero di particelle di composto contenute in un determinato volume. questo significa che più è alto il numero di particelle maggiore è la densità Se prendo due contenitori in cui metto in uno 100 ml di olio e nell'altro 100 ml d'acqua io avrò una situazione del genere: molecola d'acqua 1 molecole d'olio

2 come si può vedere le molecole d'acqua sono un numero maggiore di quelle d'olio questo significa che l'olio è meno denso dell'acqua La densità di una sostanza può essere determinata mediante una formula: d = densità m = massa V =volume esempio: Una sostanza ha una massa di 12 Kg e occupa un volume di 10 l (litri) calcola la densità di tale sostanza per risolvere questo problema devi seguire i seguenti passaggi: 1) scrivere la formula per calcolare la densità 2) individuare nei dati del problema quanto vale la massa e quanto il volume m = 12 Kg V = 10 l (litri) 3) sostituire nella formula per calcolare la densità al posto di m e V i valori corrispondenti = 1,2 Kg/l (chilogrammo su litro) ESERCIZI 1) SCRIVI LA DEFINIZIONE DI SISTEMA INTERNAZIONALE 2) FAI DUE ESEMPI DI GRANDEZZE FONDAMENTALI E DUE DI GRANDEZZE DERIVATE E SCRIVI ACCANTO LA RISPETTIVA UNITA' DI MISURA 3) SCRIVI LA DEFINIZIONE DI DENSITA' 4) CALCOLA LA DENSITA' DI UNA SOSTANZA CHE HA MASSA DI 50 Kg E OCCUPA UN VOLUME DI 20 l (LITRI) 5) CALCOLA LA DENSITA' DI UNA SOSTANZA CHE HA MASSA DI Kg E OCCUPA UN VOLUME DI 23.1 l (LITRI) 2

3 LA MATERIA La materia è tutto ciò che ci circonda che ha una massa e occupa uno spazio. Gli stati fisici della materia sono tre SOLIDO, LIQUIDO E GASSOSO. PASSAGGI DI STATO In chimica la materia si definisce anche sostanza e si divide in: SOSTANZA PURA: cioè costituita da un solo tipo di elemento chimico MISCUGLI: sostanza formata da più tipi di elementi chimici i miscugli a loro volta sono suddivisi in: MISCUGLI ETEROGENEI: cioè costituiti da due o più sostanze messe insieme ma che non si mischiano tra di loro (Esempio: ACQUA E OLIO; ACQUA E SABBIA) si dice formati da due o più FASI MISCUGLI OMOGENEI: cioè costituiti da due o più sostanze messe insieme che si mischiano tra loro (Esempio: ACQUA E SALE; ACQUA E ZUCCHERO; VINO) si dice formati da una sola FASE La FASE in chimica individua UNA PORZIONE DI MATERIA FISICAMENTE DISTINGUIBILE CHE HA UN VOLUME DEFINITO, LE CUI MOLECOLE O ATOMI CHE LA COSTITUISCONO HANNO LE STESSE PROPRIETA'. FASE FASE 3

4 I miscugli omogenei sono chiamati SOLUZIONI. Le SOLUZIONI sono formate da una parte chiamata SOLUTO e dall'altra chiamata SOLVENTE. Il SOLUTO è la sostanza che si trova in minore quantità all'interno della soluzione Il SOLVENTE è la sostanza che si trova in maggiore quantità all'interno della soluzione Il solvente scioglie il soluto Le soluzioni quindi sono formate da un soluto e un solvente. La quantità di soluto che si trova all'interno di una soluzione è definita CONCENTRAZIONE DELLA SOLUZIONE. Vi sono più formule matematiche per determinare la concentrazione di una soluzione, quella che prenderemo in considerazione è la formula che ci permette di determinare il volume di soluto presente all'interno di una soluzione che viene chiamato PERCENTO IN VOLUME: V(soluto) = volume di soluto in millilitri (ml) V(solvente) = volume di solvente in millilitri (ml) esempio Una soluzione è preparata sciogliendo 80 ml di alcool etilico in sufficiente acqua per avere 250 ml di soluzione. Quale è il percento in volume di alcool nella soluzione? 1) Si individuano nel testo il volume del soluto e quello della soluzione. Il volume del soluto è sempre quello più piccolo, in questo caso 24 ml, il volume della soluzione è sempre quello più grande, in questo caso 250 ml. 2) si sostituiscono nella formula per calcolare il percento in volume, in questo caso si ha: ESERCIZI 1) COSA E' UN MISCUGLIO OMOGENEO? 2) COSA SI INTENDE PER FASE? 3) DA COSA SONO COSTITUITE LE SOLUZIONI? 4) DAI LA DEFINIZIONE DI MATERIA 5)UNA SOLUZIONE E' PREPARATRA AGGIUNGENDO 40 ml DI ALCCOL ETILICO A SUFFICIENTE ACQUA PER AVERE 150 ml DI SOLUZIONE. QUALE E' IL PERCENTO IN VOLUME DI ALCOOL ETILICO NELLA SOLUZIONE? 4

5 ELEMENTI, MOLECOLE E COMPOSTI ELEMENTI : sono la parte più piccola della materia chimica (sostanza), ciascun elemento è formato da un atomo con determinate caratteristiche chimiche. Gli elementi sono tutti classificati nella TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI e sono indicati con l'iniziale del proprio nome latino. il nome in latino del potassio è KALIUM e il simbolo nella tavola periodica è K MOLECOLE: derivano dall'unione di due o più atomi dello stesso tipo, ad esempio l'ossigeno (che viene indicato con la lettera O) in natura non si trova come singolo atomo ma unito con un'altro atomo di ossigeno (O-O) cioè due atomi di ossigeno legati insieme o ancora più precisamente una molecola di ossigeno e si indica mettendo un numerino in basso a destra del simbolo dell'elemento che indica quanti elementi uguali sono uniti tra loro per formare la molecola. Es. La molecola di ossigeno è formata da due atomi di ossigeno legati insieme e si indica O 2 La molecola dell'azoto (che nella tavola periodica è indicato con la lettera N) è formata da due atomi di azoto legati insieme e si indica N 2 La molecola dell'ozono è formata da tre atomi di ossigeno legati insieme e si indica con O 3 COMPOSTI: derivano dall'unione di due o più elementi diversi. Nel linguaggio scientifico anche i composti si chiamano molecole (non si dice un composto d'acqua ma una molecola d'acqua). 5

6 Es. L'acqua è un composto perché e formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno H 2 O (il numerino in basso a destra del simbolo dell'elemento chimico indica quanti atomi di quell'elemento sono presenti, se in basso a desta del simbolo chimico non viene indicato nessun numero significa che è presente solo un atomo di quell'elemento). H 2 O due atomi di idrogeno un atomo di ossigeno RAPPRESENTAZIONE DEGLI ELEMENTI MOLECOLE E COMPOSTI Gli elementi si rappresentano con il simbolo corrispondente al nome (tutti i simboli degli elementi con i rispettivi nomi sono scritti nella tavola periodica degli elementi) Le molecole sono indicate con il simbolo dell'elemento da cui sono formate e in basso a destra del simbolo dell'elemento si indica il numero di atomi dell'elemento che forma la molecola. Tale numero prende il nome di INDICE STECHIOMETRICO. O 2 simbolo dell'elemento che costituisce la molecola indice stechiometrico L' indice stechiometrico indica il numero di atomi dell'elemento che costituiscono la molecola I composti sono indicati con i simboli degli elementi che le compongono e i rispettivi indici stechiometrici (come nelle molecole ma in questo caso i simboli degli elementi sono più di uno in quanto i composti sono costituiti da elementi diversi). Se ci sono più composti dello stesso tipo questi si indicano mettendo un numero davanti alla formula. Es. Se sono presenti due molecole d'acqua si scrive 2H 2 O se sono presenti 3 molecole di anidride carbonica si scrive 3CO 2 Il numeri scritto davanti alla formula del composto si chiama COEFFICIENTE STECHIOMETRICO coefficiente stechiometrico 3CO 2 QUESTE RAPPRESENTAZIONI PRENDONO IL NOME DI FORMULE CHIMICHE 6

7 GLI ELEMENTI NELLA TAVOLA PERIODICA Tutti gli elementi chimici che si trovano in natura sono rappresentati nella tavola periodica degli elementi. La struttura della tavola periodica, cioè la posizione che occupano gli elementi nella tavola periodica, è ben precisa in funzione delle loro caratteristiche. Una prima divisione viene fatta tra METALLI, NON METALLI E SEMIMETALLI. TUTTI QUELLI CHE SI TROVANO NELLA PARTE SINISTRA DELLA TAVOLA PERIODICA SONO METALLI GLI ELEMENTI CHE SI TROVANO A CAVALLO DELLA LINEA GIALLA SONO SEMIMETALLI GLI ELEMENTI CHE SI TROVANO NELLA PARTE DESTRA DELLA TAVOLA PERIODICA SONO NON METALLI CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI (METALLI, NON METALLI E SEMIMETALLI) METALLI SEMIMETALLI NON METALLI Si trovano tutti allo stato solido tranne il mercurio che è liquido Sono ottimi conduttori sia di calore che di elettricità Sono duttili (resistenti a forze come trazione e compressione) e malleabili (si possono lavorare senza provocarne la rottura) Si trovano tutti allo stato solido Sono conduttori sia di calore che di elettricità solo in alcune condizioni Sono poco duttili (resistenti a forze come trazione e compressione) e poco malleabili (si possono lavorare senza provocarne la rottura) Si trovano per la maggior parte allo stato solido e gassoso tranne il bromo che è liquido Non sono conduttori ne di calore ne di elettricità Non sono duttili (resistenti a forze come trazione e compressione) ne malleabili (si possono lavorare senza provocarne la rottura) 7

8 LE REAZIONI CHIMICHE Le reazioni chimiche o trasformazioni chimiche cambiamo la conformazione atomico-molecolare della materia. Questo vuol dire, in linea generale, che si parte da una materia formata da alcune molecole e dopo che è avvenuta la reazione chimica si arriva a una materia formata da molecole completamente differenti. La reazione chimica in generale può essere schematizzata in questo mode: A + B C +D materia di partenza formata da due diverse molecole A e B (le lettere indicano due molecole qualsiasi) materia di arrivo formata da due diverse molecole C e D (le lettere indicano due molecole qualsiasi) le molecole di partenza sono chiamate REAGENTI le molecole di arrivo sono chiamate PRODOTTI Possiamo quindi concludere che una reazione chimica parte dai REAGENTI per formare i PRODOTTI. Inoltre i REAGENTI e i PRODOTTI sono formati da molecole con struttura completamente diversa e con proprietà completamente diverse. STRUTTURA DELL'ATOMO L'atomo è formato da tre tipi di particelle: PROTONO, NEUTRONI ed ELETTRONI, queste tre particelle prendono il nome do particelle subatomiche cioè più piccole dell'atomo. PROTONI NEUTRONI ELETTRONI Protoni e neutroni hanno masse simili e si trovano in una zona molto piccola e molto densa al centro dell'atomo chiamata NUCLEO Gli elettroni hanno una massa molto piccola tanto da poter essere considerata trascurabile rispetto a quelle dei protoni e neutroni. Gli elettroni si muovono intorno al nucleo con orbite ben definite I protoni sono carichi positivamente (+) I neutroni non hanno carica, si dice quindi che sono neutri Gli elettroni hanno carica negativa (-) 8

9 NUMERO ATOMICO E NUMERO DI MASSA NUMERO ATOMICO: si indica con la lettera Z ed esprime il numero di protoni presenti nell'atomo Il numero atomico, cioè il numero di protoni presenti nell'atomo, si scrive in basso a sinistra del simbolo dell'elemento. Es. 6C indica che l'atomo di carbonio ha numero atomico 6 cioè ha 6 protoni. Quando gli elementi sono neutri cioè il numero di protoni e quello degli elettroni sono uguali il numero atomico oltre ad indicare il numero di protoni esprime anche quello degli elettroni presenti nell'atomo. Quindi 6C indica che il carbonio ha 6 protoni e 6 elettroni. NB. Nella tavola periodica degli elementi è indicato il numero atomico di ogni elemento in alto a sinistra del quadratino dove è scritto il simbolo dell'elemento. numero atomico Come si può vedere osservando la tavola periodica tutti gli elementi sono ordinati orizzontalmente in base al numero atomico crescente. Quindi si può concludere che gli elementi nella tavola periodica sono ordinati in base: 9

10 1. alle proprie caratteristiche di metalli, semimetalli e non metalli 2. al loro numero atomico cioè al numero di protoni presenti nell'atomo. NUMERO DI MASSA: si indica con la lettera A ed esprime il risultato della somma del numero dei neutroni e dei protoni presenti nell'atomo. Il numero di massa, cioè il risultato della somma dei protoni e dei neutroni, si scrive in alto a sinistra del simbolo dell'elemento. Es. 12 C indica che la somma tra il numero dei protoni e quella dei neutroni presenti nell'atomo di carbonio (C) è 12. Per determinare il numero di neutroni (il numero di neutroni si indica con la lettera N) presenti nell'atomo di un elemento chimico basta fare la differenza tra il numero di massa e il numero atomico: Es. Determinare il numero di neutroni che si trovano nel seguente elemento numero di massa ( protoni + neutroni) A numero atomico (protoni) Z il numero di neutroni (N) si ricava dalla differenza tra il numero di massa e il numero atomico: N = A - Z =63-29 =34 il numero di neutroni presenti nell'atomo di rame (Cu) è 34 GLI ISOTOPI Gli ISOTOPI sono atomi dello stesso elemento che hanno un numero differente di neutroni Es. L'atomo di idrogeno (H) può avere nel nucleo solo un protone, un protone e un neutrone oppure un protone e due neutroni. Questi tre atomi sono isotopi dello stesso elemento cioè dell'idrogeno e si chiamano Deuterio e Trizio. 10

11 IDROGENO DEUTERIO TRIZIO IL NUCLEO DELL'ATOMO E' FORMATO SOLO DA UN PROTONE IL NUMEO ATOMICO E IL NUMERO DI MASSA SONO UGUALI A 1 A=1 Z=1 N= A-Z = 1-1 =0 Significa che nel nucleo non sono presenti neutroni IL NUCLEO DELL'ATOMO E' FORMATO DA UN PROTONE E UN NEUTRONE IL NUMERO ATOMICO VALE 1 MA IL NUMERO DI MASSA VALE 2 A=2 Z=1 N= A-Z = 2-1 =1 Significa che nel nucleo è presente un solo neutrone IL NUCLEO DELL'ATOMO E' FORMATO DA UN PROTONE E DUE NEUTRONI IL NUMERO ATOMICO VALE 1 MA IL NUMERO DI MASSA VALE 3 A=3 Z=1 N= A-Z = 3-1 =2 Significa che nel nucleo sono presenti due neutroni P =protoni e = elettroni P =protoni n = neutroni e = elettroni P =protoni n = neutroni e = elettroni MASSA ATOMICA (M.A.) La massa di ogni singolo elemento chimico viene chiamata massa atomica e si abbrevia con M.A., essa è riportata nella tavola periodica degli elementi ed è calcolata facendo la media delle masse di tutti gli isotopi dell'elemento preso in considerazione. 11

12 massa atomica La massa atomica è troppo piccola per essere espressa in grammi (g), quindi si adopera un'altra unità di misura: UNITA' DI MASSA ATOMICA (SI ESPRIME CON IL SIMBOLO u). Quindi possiamo dire che il Litio (Li) ha una massa atomica di u, l'idrogeno ha una massa atomica di u e così via. MASSA MOLECOLARE (M.M.) La massa molecolare è la somma delle masse di tutti gli elementi che costituiscono una molecola o un composto e si abbrevia con M.M. Es. la massa molecolare dell'acqua che ha formula chimica H 2 O si calcola seguendo questo procedimento: 1. Dalla formula chimica della molecola si determinano gli elementi che la compongono, nel caso dell'acqua sono idrogeno (H) e ossigeno (O) 2. Si ricavano le masse atomiche di ogni singolo elemento dalla tavola periodica M.A. (H) = u M.A. (O) = u 3. Si moltiplica la massa di ogni elemento per l'indice stechiometrico indicato nella formula chimica, in questo caso l'indice stechiometrico dell' H è 2 mentre quello dell'o è 1 poi si sommano. (H) = x 2 = u (O) = x 1 = u M.M. (H 2 O) = = u (questa è la massa molecolare dell'acqua) GLI IONI Gli atomi degli elementi sono formati come abbiamo detto da tre particelle: protoni, neutroni ed elettroni. I protoni sono carichi positivamente (+), gli elettroni sono carichi negativamente (-) mentre i neutroni non hanno carica. 12

13 Tutti gli atomi degli elementi che si trovano in natura, se non soggetti a trasformazione chimica, hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni, e siccome queste due particelle hanno cariche opposte (cioè i protoni ( +) e i neutroni ( -)) se si sommano tutte le cariche all'interno dell'atomo il risultato è uguale a zero, si dice allora che l'atomo è NEUTRO. Nel caso in cui il numero di elettroni e protoni sono diversi, si dice che l'atomo è in forma ionica o meglio è uno IONE. Gli ioni si dividono in: ANIONI nel caso in cui gli elettroni sono in numero maggiore rispetto ai protoni, quindi se si sommano le cariche positive e quelle negative presenti nell'atomo si avrà un valore negativo o meglio uno IONE NEGATIVO CATIONI nel caso in cui gli elettroni sono in numero minore rispetto ai protoni quindi se si sommano le cariche positive e quelle negative presenti nell'atomo si avrà un valore positivo o meglio uno IONE POSITIVO Possiamo riassumere gli ioni con questo schema: IONE CARICO NEGATIVAMENTE CARICO POSITIVAMENTE ANIONE CATIONE Per determinare il numero di protoni (P), neutroni (N) ed elettroni (e - ) di un anione o di un catione si deve ragionare in questo modo: Una volta noto l'elemento chimico es. Na (sodio) si determina il numero atomico (dalla tavola periodica) e il numero di massa che è un dato dell'esercizio. Per determinare il numero dei protoni e neutroni si procede come nel caso dell'esercizio precedente, quando cioè l'atomo è neutro. Per determinare il numero di elettroni si procede in questo modo: Nel caso dell'anione si aggiunge al numero atomico tante unità quanti sono i meno scritti in alto a destra del simbolo dell'elemento chimico. Nel caso di un CATIONE si sottraggono al numero atomico tante unità quanti sono i più scritti in alto a destra del simbolo dell'elemento chimico. 13

14 ANIONE S 2- Z=16 A=32 P = 16 N =32-16 = 16 e - = 16-2=18 CATIONE Na + Z=11 A=23 P = 11 N =23-11 = 12 e - = 11-1=10 ESERCIZI : 1) QUALE E' LA DIFFERENZA TRA ELEMENTI, MOLECOLE E COMPOSTI? 2) DOVE SONO CLASSIFICATI TUTTI GLI ELEMENTI ESISTENTI IN NATURA? 3) COME VENGONO SUDDIVISI GLI ELEMENTI NELLA TAVOLA PERIODICA? 4) DOVE SI TROVANO NELLA TAVOLA PERIODICA I METALLI, I SEMIMETALLI E I NON METALLI? 5) QUALI SONO LE PARTICELLE CHE COSTITUISCI L'ATOMO? 6) QUALI SONO LE CARICHE DELLE PARTICELLE CHE COSTITUISCONO L'ATOMO? 7) QUALE PATICELLE CHE COSTITUISCONO L'ATOMO HANNO MASSE SIMILI? 8) DOVE SI TROVANO NELL'ATOMO I PROTONI E I NEUTRONI? 9) DOVE SI TROVANO NELL'ATOMO GLI ELETTRONI? 10) COSA INDICA IL NUMERO DI MASSA? 11) COSA INDICA IL NUMERO ATOMICO? 12) SCRIVI AFFIANCO AD OGNI ELEMENTO CHIMICO SOTTO INDICATO IL NUMERO DI PROTONI, DI NEUTRONI E IL NOME DEL COPMPOSTO (USA LA TAVOLA PERIODICA) 13) COSA SONO GLI IONI? 14) COSA INDICA L'INDICE STECHIOMETRICO? 15) COSA INDICA IL COEFFICIENTE STECHIOMETRICO? 16) QUALE E' LA DIFFERENZA TRA ANIONI E CATIONI? 14

15 17) DETERMINA LA MASSA MOLECOLARE DEI SEGUENTI COMPOSTI E SCRIVI QUALE E' L'INDICE STECHIOMETRICO DI OGNI SINGOLO ELEMENTO CHE COSTITUISCE IL COMPOSTO H 2 O, NO 3, HBr, H 2 SO 4, HNO 3 18) COME E' STATA CALCOLA LA MASSA ATOMICA DEGLI ELEMENTI INDICATA NELLA TAVOLA PERIODICA? CONFIGURAZIONE ELETTRONICA In generale la configurazione elettronica indica come sono posizionati gli elettroni intorno al nucleo di un atomo. ORBITA : Zona intorno al nucleo di diversa energia dove ruotano gli elettroni. L'energia delle varie orbite è riportata in un grafico energetico. I punti del grafico che indicano l'energia delle orbite vengono chiamati LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI (ad ogni orbita è associato un livello energetico) E 4 n=4 LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI E 3 E 2 E 1 n=3 n=2 n=1 BOHR Studiò le orbite e la loro energia ed introdusse il numero quantico principale (n). Il numero quantico principale classifica le orbite. (prima orbita n=1, seconda orbita n=2; e così via) ORBITALE: zone dell'orbita dove è più probabile trovare gli elettroni. Si classificano con le lettere s,p,d,f e ciascuno ha una forma propria dalla quale deriva il numero di orientazioni che possiede ciascun orbitale. L'orientazione è la forma che un orbitale può assumere nello spazio in finzione della posizione. 15

16 ORBITALE NUMERO DI ORIENTAZIONI s 1 p 3 d 5 f 7 Ciascun orbitale appartenente ad una certa orbita possiede una propria energia che può essere indicata nel grafico energetico, usato precedentemente per indicare l'energia delle orbite. I punti che nel grafico indicano l'energia degli orbitali prendono il nome di SOTTOLIVELLI ENERGETICI. LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI SOTTOLIVELLI ENERGETICI 16

17 Per indicare in quale orbita è posizionato un determinato orbitale si usa scrivere davanti alla lettera che identifica l'orbitale il numero quantico dell'orbita in cui esso si trova. ESEMPIO 1s indica l'orbitale s che si trova nella prima orbita ( la prima orbita è caratterizzata dal numero quantico n=1) 2p indica l'orbitale p che si trova nella seconda orbita ( la seconda orbita è caratterizzata dal numero quantico n=2) Se si osserva il grafico energetico riportato a pag. 16 si nota che a ciascun livello energetico principale sono associati un certo numero di sottolivelli (equivale a dire che all'interno di ciascuna orbita ci sono un certo numero di orbitali). Se si osserva con attenzione si può vedere che il numero di orbitali che si trovano all'interno di ciascuna orbita corrisponde al valore del numero quantico principale che caratterizza quell'orbita. ESEMPIO La prima orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=1 questo significa che al suo interno ha un solo orbitale, cioè il primo (s). Che indicherò come 1s La seconda orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=2 questo significa che al suo interno ha due orbitali, cioè il primo (s) e il secondo (p). Che indicherò come 2s e 2p La terza orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=3 questo significa che al suo interno ha due orbitali, cioè il primo (s), il secondo (p) e il terzo (d). Che indicherò come 3s, 3p e 3d Possiamo concludere che il numero quantico principale oltre a classificare le orbite indica il numero di orbitali presenti all'interno di ciascuna orbita. Il grafico energetico può essere completato inserendo anche le varie orientazioni di ciascun orbitale mediante dei quadratini. Avremo un grafico dal quale si può ottenere un numero di informazioni maggiori con le quali è possibile completare la configurazione elettronica. Ogni orientazione di un orbitale viene rappresentata mediante un quadrato. Avremo quindi che l'orbitale s sarà sempre rappresentato da un quadrato, l'orbitale p da tre quadrati, l'orbitale d da cinque quadrati e quello f da sette quadrati. Il grafico risultante è il seguente: 17

18 PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULING Indica come si dispongono gli elettroni nei vari orbitali, possiamo riassumerlo con tre punti: 1) Gli elettroni occupano gli orbitali in ordine crescente di energia (questo vuol dire che prima occuperanno l'orbitale 1s poi il 2s, poi il 2p e così via) 2) In una orientazione di un orbitale non possono esserci più di due elettroni e questi devono avere SPIN opposto 3) Se gli elettroni hanno a disposizione più orientazioni dello stesso orbitale, si dispongono uno per ciascuna orientazione con SPIN orario, quindi gli elettroni successivi si accoppiano con quelli già presenti con SPIN antiorario. (Se un elettrone si trova da solo in una orientazione quest'ultimo avrà sempre SPIN orario) SPIN : Verso di rotazione dell'elettrone intorno al proprio asse. SPIN ORARIO O POSITIVO (+) SPIN ANTIORARIO O NEGATIVO (-) Quando due elettroni hanno lo stesso SPIN (cioè ruotano entrambi nello stesso verso: entrambi in senso orario e entrambi in senso antiorario) si dice che possiedono SPIN PARALLELO Quando due elettroni hanno diverso SPIN (cioè ruotano uno in senso orario e l'altro in senso antiorario) si dice che possiedono SPIN OPPOSTO. Per rappresentare nel grafico gli elettroni si usano delle frecce : Indica un elettrone che ha spin orario Indica un elettrone che ha spin antiorariorario 18

19 Si hanno ora tutte le informazioni per scrivere la configurazione elettronica degli elementi chimici mediante grafico energetico (a quadratini). Vediamo quali sono i passaggi da effettuare per scrivere la configurazione elettronica del Na (sodio). 1) Una volta noto l'elemento chimico di cui si deve scrivere la configurazione elettronica si deve determinare il numero atomica Z (dalla tavola periodica) Na Z=11 2) Osservare se si tratta di una atomo neutro, un anione o un catione. Se l'atomo è neutro il numero atomico indica sia il numero di protoni che quello degli elettroni, se è un catione significa che possiede meno elettroni rispetto ai protoni se invece è un anione significa che ha più elettroni rispetto ai protoni. 3) Nel nostro caso il Na è neutro quindi Z indica sia il numero di protoni che quello degli elettroni. A noi interessa in questo caso il numero degli elettroni cioè 11. 4) Per posizionare gli undici elettroni nei vari orbitali si deve seguire quanto detto dal principio di esclusione di Pauling si avrà: E 3 3s 2p E 2 E 1 2s 1s Un altro modo per scrivere la configurazione elettronica è la forma estesa (nello stesso modo in cui è riportata sulla tavola periodica. Prendiamo a esempio la configurazione elettronica del Na scritta sopra con il grafico energetico, per indicare i due elettroni che si trovano nell'orbitale 1s mettiamo un esponente alla lettera s che indica il numero di elettroni contenuti nell'orbitale cioè 1s 2. Si legge in questo modo: nell'orbitale s della prima orbita sono presenti due elettroni. In definitiva la configurazione elettronica scritta in forma estesa del Na (sodio) sarà quindi : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ESERCIZI 19

20 1) COSA SONO LE ORBITE? 2) COSA IMDICA IL NUMERO QUANTICO PRINCIPALE? 3) COSA SONO GLI ORBITALI? 4) COSA SONO I LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI? 5) COSA SONO I SOTTOLIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI? 6) DETERMINA IL NUMERO DI PROTONI, NEUTRONI ED ELETTRONI DEI SEGUENTI ELEMENTI O IONI: Cu + (A = 38) ; Be 2+ ( A=6); Br (A = 46); S 2- (A=26); Cl - (A=65); Cr (A=36) 7) SCRIVERE LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA DEGLI ELEMENTIO DELL'ESERCIZIO 6 SIA IN FORMA ESTESA CHE CON IL GRAFICO ENERGETICO 8) SCRIVERE IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULING 9) CHE COSA SI INTENDE PER SPIN? 10) COME VENGONO CLASSIFICATI GLI ORBITALI E QUANTE ORIENTAZIONI HANNO? 20