La teoria atomica moderna: il modello planetario L ELETTRONE SI MUOVE LUNGO UN ORBITA INTORNO AL NUCLEO

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1 La teoria atomica moderna: il modello planetario L ELETTRONE SI MUOVE LUNGO UN ORBITA INTORNO AL NUCLEO

2 La luce La LUCE è una forma di energia detta radiazione elettromagnetica che si propaga nello spazio sotto forma di onde oscillanti La lunghezza d'onda (λ) è la distanza tra due creste λ= 1 ν La frequenza (indicata con ν) è il numero di onde che passano per un punto nell'unità di tempo Maggiore è la frequenza minore è la lunghezza d onda e maggiore è l energia

3 La luce La luce viene assorbita dalla materia Non assorbe luce nello spettro visibile Aumento della lunghezza d onda (nm) Aumento della frequenza (hertz, Hz), ENERGIA Assorbe tutta la luce nello spettro visibile

4 Quando l elettrone torna al suo stato fondamentale emette una radiazione elettromagnetica con una precisa quantità di energia Gli atomi assorbono luce

5 I postulati di Bohr 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

6 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. Schrodinger Gli elettroni si comportano sia come particelle che come onde 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.

7 Orbitali atomici e numeri quantici 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 m s legato al moto di spin dell'elettrone (rotazione attorno all'asse)

8 Orbitali atomici e numeri quantici Numero quantico principale n: determina l'energia dell'elettrone e può assumere qualsiasi valore intero positivo: E - 1/n 2 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.

9 Numero quantico del momento angolare 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 = 0,1,2,3,...,n-1 Ad esempio con n=3 si possono avere tre tipi di orbitali distinti dai valori di n=3 n-1=3-1=2 =0,1,2 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 Orbitali atomici e numeri quantici

10 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: Orbitali atomici e numeri quantici 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

11 Orbitali atomici e numeri quantici Numero quantico del momento magnetico m : 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 Ad esempio m = -,- +1,...,0,1,..., -1, =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.

12 Numero quantico di spin m s : determina le due possibili orientazioni dell'asse di spin di un elettrone e può assumere i valori m s =+1/2 e m s =-1/2 Un elettrone si comporta come la terra ruotando intorno ad un asse e il valore di m s determina il verso di rotazione. In ogni orbitale possono collocarsi solo 2 elettroni Problema: Determinare quale dei seguenti gruppi di numeri quantici è possibile per un elettrone in un atomo n=1 =1 m =0 m s =+1/2 NO n=3 =1 m =-2 m s =-1/2 n=2 =1 m =0 m s =+1/2 NO SI n=2 =0 m =0 m s =+1 NO n=0 =1 m =0 m s =-1/2 NO n=2 =3 m =0 m s =-1/2 NO n=3 =2 m =2 m s =0 NO

13 Orbitali atomici e numeri quantici da 0 a n-1 da -l a +l Numero e forma degli orbitali p

14 Orbitali atomici e numeri quantici da 0 a n-1 da -l a +l Numero e forma degli orbitali p p f

15 Orbitali atomici e numeri quantici COME SI DISPONGONO GLI ELETTRONI ALL INTERNO DEGLI ORBITALI?

16 Orbitali atomici e numeri quantici Configurazione elettronica REGOLE DELL AUFBAU 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!

17 Orbitali atomici e numeri quantici ORDINE DI RIEMPIMENTO DEGLI ORBITALI REGOLA DELLA DIAGONALE

18 Configurazione elettronica del silicio (Si) Z=14 numero di elettroni nell orbitale 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2

19 Configurazione elettronica dello Zolfo (S) Z=16 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

20 ESERCIZI 1) Qual è la configurazione elettronica completa del fosforo P (z=15)? Soluzione P ha 15 protoni quindi ha 15 elettroni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 2) Qual è la configurazione elettronica completa del Calcio Ca (z=20)? Soluzione Ca ha 20 protoni quindi ha 20 elettroni 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

21 Orbitali atomici e numeri quantici elettrone Orbitale elettrone ES: 8O Z = 8 8 elettroni carbonio (C, Z=6) neon (Ne, Z=10) fosforo (P, Z = 15) 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

22 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

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24 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI Non metalli possiedono orbitali p incompleti diversamente dai metalli non sono duttili e non sono buoni conduttori

25 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI

26 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI PERIODO 1 elettrone di valenza orbitale s E costituito da elementi che hanno gli elettroni esterni nello stesso livello energetico 7 elettroni di valenza F 1s 2 2s 2 2p 5 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 2 elettroni di valenza orbitale s Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 [Ne]3s 2 Mg 2+ = [Ne] Ottetto completo Livelli s e p pieni He 1s 2 Ne 1s 2 2s 2 2p 6 GRUPPO E costituito da elementi che hanno la stessa configurazione elettronica esterna

27 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: IL RAGGIO ATOMICO RAGGIO ATOMICO

28 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: L ENERGIA DI IONIZZAZIONE 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 - Energia di prima ionizzazione X + X 2+ + e - Energia di seconda ionizzazione MAGGIORE Gli elettroni di valenza sono più vicini al nucleo Aumenta la carica positiva del nucleo

29 LA TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI PROPRIETA PERIODICHE DEGLI ELEMENTI: L AFFINITA ELETTRONICA X+ e - X -