L atomo di Bohr Per spiegare il mistero delle righe spettrali, Bohr propose un Modello Atomico dell Atomo di Idrogeno (1913)
L atomo di Bohr L atomo di idrogeno presenta un solo elettrone 1. L elettrone può ruotare attorno al nucleo solo su determinate orbite circolari dette orbite stazionarie 2. Se l elettrone rimane su un orbita stazionaria l atomo non emette energia 3. All elettrone sono permesse solo un limitato numero di orbite, che posseggono determinate energie. Si dice cioè che le orbite sono quantizzate
L atomo di Bohr 4. Per saltare da un orbita a un altra di livello energetico superiore, l elettrone deve assorbire energia. Tale energia può essere fornita per mezzo del calore o di una scarica elettrica E 2 E 1 E 1 L'atomo è nello stato di energia più basso Stato Fondamentale L'atomo assorbe energia dal fotone passa nello Stato Eccitato
L atomo di Bohr 5. 6. L Atomo Quando l elettrone non gradisce cade un su eccesso un livello di energia di energia e tende inferiore, a perderla l atomo per ritornare emette una allo luce Stato caratteristica; fondamentale La luce emessa compare come riga colorata nello spettro a righe E 2 E 2 E 1 E 1 E 1 E 1 L'atomo è nello stato di energia più basso Stato Fondamentale L'atomo assorbe energia dal fotone passa nello Stato Eccitato Questo stato ha un eccesso di energia L'atomo deve perderla e ritornare di nuovo allo Stato Fondamentale L'atomo emette un fotone ritorna allo Stato Iniziale!!
L atomo di Bohr 6. L energia della luce assorbita o emessa è uguale alla differenza fra le energie delle due orbite E 2 E 2 E 1 E 1 E 1 E 1 E = E 1 E 2 Per l assorbimento E = E 2 E 1 Per l emissione
L atomo di Bohr n=5 E 5 n=4 n=3 n=2 n=1 + E 4 E 3 E 2 E 1 Il livello di energia più basso è Ogni quello orbita con n=1. appartiene a un livello di energia, denominato anche Tale livello viene chiamato Stato guscio o strato. Fondamentale e ha un energia I livelli di energia delle orbite pari a E dipendono 1 dal numero n chiamato numero I livelli di quantico energia principale. superiore E 2 E 3 n E 4.. può assumere sono chiamati solo valori Stati interi Eccitati positivi: poiché l elettrone li raggiunge n=1,2,3. soltanto se possiede una sufficiente quantità di energia
L atomo di Bohr Interpretazione dello Spettro A Righe n=5 E 5 n=4 n=3 n=2 n=1 + E 4 E 3 E 2 E 1 l elettrone dell atomo, eccitato alla fiamma o in altro modo, salta su livelli di energia più elevati assumendo valori energetici diversi
L atomo di Bohr Interpretazione dello Spettro A Righe n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 + L elettrone dell atomo eccitato, attratto dal nucleo ritorna nello stato fondamentale direttamente emettendo un fotone avente energia pari a: E = E5 E1 = hν O scendendo gradino per gradino cioè passando per i livelli inferiori di energia
L atomo di Bohr Interpretazione dello Spettro A Righe Serie di Balmer Nello spettro si osservano n=6 tante righe quanti sono i salti dagli n=5 stati eccitati allo stato fondamentale n=4 n=3 n=6 n=5 n=4 n=2 n=1 + n=3 n=2
n=6
Il modello di Bohr si poteva applicare solo all atomo di idrogeno Non riusciva a spiegare lo spettro degli altri elementi
Modello atomico a strati Il modello atomico a strati spiega la natura degli spettri atomici di tutti gli elementi Gli elettroni negli atomi sono legati al nucleo dall attrazione elettrostatica che si instaura tra le cariche positive ( i protoni nel nucleo) e le cariche negative (gli elettroni che si muovono nel nucleo)
Come sono sistemati gli elettroni che ruotano attorno al nucleo? n=7 n=6 n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 Gli elettroni sono sistemati in livelli di energia crescenti Tali livelli di energia sono denominati anche strati o gusci elettronici dell atomo I livelli di energia sono numerati dal più basso al più alto Questi sette principali livelli di energia sono in grado di descrivere la struttura elettronica di tutti gli elementi della tavola periodica
Ciascun livello di energia è suddiviso in uno o più sottolivelli La teoria prevede sottolivelli g,h,i,l,m ma per scrivere le strutture elettroniche di tutti gli elementi della tavola periodica sono sufficienti i primi 4 sottolivelli s p d f Tali lettere furono inventate dagli spettroscopisti per descrivere la serie di righe dei metalli alcalini s (Sharp) = riga netta p (Principal) = principale d (Diffuse) = diffusa f (Fundamental) = fondamentale I sottolivelli di un livello energetico hanno valori di energia crescenti secondo l ordine: s<p<d<f
Ciascun livello di energia è suddiviso in uno o più sottolivelli n=4 n=3 n=2 4f 4d 4p 4s 3d 3p 3s 2p 2s n=4 4 sottolivelli n=3 3 sottolivelli n=2 2 sottolivelli n=1 1s n=1 1 sottolivello
l = 0 nessun piano nodale
l = 1 un piano nodale
Orbitali f Appaiono col numero quantico n = 4 e corrispondono a l = 3 ml = 0, ±1, ±2, ± 3
n=4 n=3 Quanti elettroni può contenere un livello principale di energia n? Può essere ricavato dalla 4f 4d 4p 4s 3d 3p 3s seguente relazione: n o max di elettroni =2 x n 2 n=1 2 elettroni n=2 8 elettroni n=3 18 elettroni n=4 32 elettroni n=2 n=1 2p 2s 1s Distribuiti nei sottolivelli s = 2 elettroni p = 6 elettroni d = 10 elettroni f = 14 elettroni
Configurazione elettronica La rappresentazione completa dei sottolivelli occupati da tutti gli elettroni in un atomo oppure in uno ione Per rappresentare il numero di elettroni che occupa un determinato sottolivello si Numero massimo di elettroni 4s 2 usano gli esponenti: livello sottolivello
Configurazione elettronica Per scrivere la disposizione degli elettroni di un atomo o di uno ione si applica la seguente regola: Ogni atomo, nel suo stato fondamentale, avrà gli elettroni sui livelli a più bassa energia possibile, cioè più vicini al nucleo
Configurazione elettronica Gli elettroni iniziano a disporsi, uno alla volta sul sottolivello a più bassa energia fino al numero massimo consentito n=3 n=2 3s 2p 2s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 n=1 1s
Configurazione elettronica dei primi 18 elementi Il numero di elettroni in un atomo neutro è uguale al numero atomico (Z) dell'elemento La somma degli esponenti corrisponde al numero di elettroni posseduto da ciascun atomo neutro nello stato fondamentale è uguale al numero atomico dell elemento Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 atomo H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar Configirazione elettronica 1s 1 1s 2 1s 2 2s 1 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
Configurazione elettronica: anomalia Perché questa anomalia? n=4 n=3 n=2 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 n=1 1s
Supponiamo di avere due palazzine, costruite lungo il fianco della montagna Palazzina A è stata costruita in basso Quota 3 Il piano terra (4s) si trova più in basso rispetto al terzo piano (3d) Palazzina B è stata costruita più in alto Quota 4
Regola della diagonale Schema che ci consente di stabilire l ordine di riempimento per tutti gli elementi del sistema periodico 7s 6s 5s 4s 7p 6p 5p 4p 6d 5d 4d 5f 4f 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 3s 2s 3p 2p 3d 1s
Configurazione Elettronica Esterna
Strato di valenza Lo strato più esterno di un atomo viene chiamato strato di valenza: Gli elettroni contenuti nello strato di valenza sono detti Elettroni di valenza 3p 3s 2p 2s 1s 6e - 2e - 6e - 2e - 2e - 2 o strato 1 o strato 3 o strato nucleo