Energia degli orbitali Il valore dell energia di un orbitale è, in modulo, il valore dell energia necessaria a portare l ele8rone a distanza infinita rispe8o al nucleo. Ha quindi valori sempre nega>vi. E 0 per d Per l atomo di idrogeno questo valore dipende solo dal numero quan>co principale n, per cui tub gli orbitali dello stesso guscio hanno la stessa energia Ad esempio: 3s, 3p, 3d Stessa energia
Energia degli orbitali Quando in un atomo sono presen> più ele8roni, ogni ele8rone risente, oltre che dell a8razione del nucleo, anche della repulsione ele8rosta>ca di tub gli ele8roni Sistema con mol> ele8roni L equazione d onda è più complicata e la sua soluzione esa8a è impossibile Studi teorici, in par>colare spe8roscopici e magne>ci, hanno permesso di stabilire che gli orbitali degli atomi con più ele1roni, corrispondono approssima4vamente per 4po, forma e dimensioni agli orbitali dell atomo di idrogeno.
Energia degli orbitali Unica sostanziale differenza con l atomo di idrogeno per gli atomi con più ele8roni che a causa delle interazioni tra diversi ele8roni l energia degli orbitali appartenen> a uno stesso guscio (stesso n) non è la stessa Energia dell obitale dipende da n e da l
Energia degli orbitali La sequenza degli orbitali in ordine crescente di energia è: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f 5d < 6s Orbitali con lo stesso valore di n e l hanno la stessa energia e si dicono DEGENERI Per ciascuna specie chimica sono sta0 determina0 i valori delle energie dei diversi orbitali, tali valori differiscono per le diverse specie atomiche anche per ele8roni con stessi valori di n e l e ciò è comprensibile dato che in atomo diversi la carica del nucleo è diversa. Si osserva però che l ordine degli orbitali secondo le energie crescen0 è simile e si può dire che è uguale per tu8e le specie atomiche fino all orbitale 4s mentre per gli orbitali successivi si hanno delle irregolarità
Energia degli orbitali La più elevata differenza di energia fra orbitali successivi si ha fra gli orbitali n = 1 e n = 2
Configurazione ele8ronica La configurazione ele8ronica rappresenta la distribuzione degli ele8roni nei vari orbitali per un dato atomo. Dal punto di vista chimico è di grande interesse conoscere la configurazione per un dato atomo in quanto condiziona la formazione dei legami chimici fra gli atomi per formare le molecole.
Configurazione ele8ronica Questa è possibile costruirla considerando i seguen0 principi: 1. Gli orbitali vengono riempi> in ordine crescente, a par>re da quelli a energia più bassa 2. Principio di esclusione di Pauli: due ele8roni dello stesso atomo non possono avere i qua8ro numeri quan>ci uguali. Ogni orbitale definito da un valore di n, l, m può ospitare al massimo due ele8roni ma con m s opposto (±½) 3. Principio di Hund o della massima molteplicità: nel riempimento progressivo di orbitali degeneri gli ele8roni si dispongono prima singolarmente ed a spin paralleli ( stesso valore di m s )
Rappresentazione degli orbitali: Configurazione ele8ronica vuoto Parzialmente occupato Completamente occupato Vediamo come esempio la costruzione della configurazione ele8ronica (o au:au) di un atomo di ossigeno ( Z = 8 quindi 8 ele8roni). La configurazione sarà: 1s 2s 2p oppure 1s 2 2s 2 2p 4
Configurazione ele8ronica L analisi della configurazione ele8ronica ha mostrato che si possono dis0nguere due categorie di ele8roni: Ele8roni interni che occupano i livelli a minore energia di un atomo (che appartengono al gas nobile precedente) Ele8roni esterni o di valenza che si trovano nei livelli energe>ci a più alta energia e intervengono nella formazione dei legami chimici tra gli atomi
Periodicità La configurazione ele8ronica esterna si ripete periodicamente al crescere di Z. Esempio per ns 1 n = 1 H Z = 1 (1s 1 ) n = 2 Li Z = 3 (2s 1 ) n = 3 Na Z = 11 (3s 1 ) n = 4 K Z = 19 (4s 1 ) n = 5 Rb Z = 37 (5s 1 ) n = 6 Cs Z = 55 (6s 1 ) n = 7 Fr Z = 87 (7s 1 ) : 2 elemen> : 8 elemen> : 8 elemen> : 18 elemen> : 18 elemen> : 32 elemen> 2, 8, 8, 18, 18, 32 rappresentano i so8ogusci da riempire per rio8enere un orbitale esterno dello stesso >po.
Questa periodicità delle configurazioni ele8roniche è alla base della periodicità ricorrente del comportamento degli elemen> e trova una sintesi geniale nella TAVOLA PERIODICA
Alcune proprietà chimiche e fisiche degli elemen> sono dire8amente legate alla configurazione ele8ronica e variano in modo ricorrente al variare del numero atomico Dimensioni atomiche e ioniche Energia di ionizzazione Affinità ele8ronica Ele8ronega>vità
Dimensioni degli atomi e di alcuni ioni nella tavola periodica
M (gas) M+ + e-
χ (A) χ (B) = K Δ Dove: Δ = E (A- B) ½[E (A- A) + E (B- B) ]