Struttura atomica 5

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LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI di FIRENZE

CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi

STRUTTURA ATOMICA 5

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L’ORBITALE (1926)

E. Schrödinger (1887 – 1961)

Il fisico austriaco Erwin Schrödinger, basandosi sugli studi di de Broglie, elabora una funzione matematica con cui si può calcolare la probabilità di trovare un elettrone di energia nota in una certa regione di spazio intorno al nucleo

Dal modello deterministico, ove si riteneva possibile conoscere con dettaglio il moto dell’elettrone in ogni momento, in base alla conoscenza delle forze fisiche che lo determinano, ad un modello probabilistico, basato sulla probabilità di trovare l’elettrone in un dato volume di spazio intorno al nucleo

I lavori di Schrödinger ed Heisemberg, segnano il definitivo superamento della meccanica classica riguarda la descrizione del mondo atomico. La nuova fisica che prenderà il suo posto, verrà chiamata meccanica quantistica.

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Il moto dell’elettrone è incessante e casuale e disegna intorno al nucleo una nube di densità elettronica, ove l’intensità del colore segna la probabilità di incontrare l’elettrone

Orbitale: regione di spazio nella quale un certo elettrone trascorre il 90% del proprio tempo

Le caratteristiche degli orbitali sono definite da tre numeri, chiamati numeri quantici

Numero quantico principale n

Può assumere tutti i valori interi compresi tra 1 e 7

2° livello

nucleo

1° livello

3° livello

Da indicazioni sulle dimensioni e l’energia degli orbitali

Gli orbitali sono raccolti in livelli energetici

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Numero quantico secondario l

Varia al variare di n, assumendo tutti i valori interi compresi tra 0 e n -1

Da indicazioni sulla forma degli orbitali

l = 0 orbitali sferici (s)

l = 1 orbitali a farfalla (p)

l = 2 orbitali di forma complessa (d)

l = 3 orbitali di forma complessa (f)

Orbitale s

Orbitale p

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Numero quantico magnetico m

Varia al variare di l, assumendo tutti i valori interi compresi tra – l…0 e…+l

Da indicazioni sull’orientamento ed il numero degli orbitali di una data forma (per ogni orientamento deve esserci un orbitale)

Numero quantico di spin ms

Assume solo due valori: + ½ e – ½

E’ riferito all’elettrone, non agli orbitali, ed indica il suo senso di rotazione su se stesso.

Principio di esclusione di Pauli

In ogni orbitale possono stare al massimo due elettroni che debbono avere spin opposto

W. Pauli

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Quadro riassuntivo sui numeri quantici

Nome Simbolo Valori Significato

Principale n 1…..7 Dimensioni ed energia dell’orbitale

Angolare l 0….n-1 Forma dell’orbitale

Magnetico m -l…0…+l Orientamento e numero degli orbitali

Spin ms + ½; – ½ Senso di rotazione dell’elettrone

1° livello energetico n = 1

n = 1 l = 0 m = 0 Un orbitale sferico

1S2Numero di elettroni presenti nell’orbitale

Tipo di orbitale

Livello energetico

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2° livello energetico n = 2

n = 2

l = 0 m = 0 Un orbitale sferico

2S

l = 1 m = 0 Tre orbitali a farfalla

m = 1

m = -1

2P6

Regola di Hund

Avendo a disposizione orbitali con la stessa energia, di cui qualcuno semiriempito e qualcuno vuoto, un elettrone va ad occupare uno di quelli vuoti, disponendosi con spin parallelo a quello dell’elettrone o degli elettroni già presenti

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3° livello energetico n = 3

n = 3

l = 0 m = 0 Un orbitale sferico

l = 1 m = 0 Tre orbitali a farfalla

m = 1

m = -1

3P6

3S2

l = 2 m = 0 cinque orbitali d

m = 1

m = -1

m = -2

m = 2

3d10

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4° livello energetico n = 4

n = 4

l = 0 m = 0 Un orbitale sferico

l = 1 m = 0Tre orbitali a farfallam = 1

m = -1

4P6

4S2

l = 2 m = 0

cinque orbitali d

m = 1

m = -1

m = -2

m = 2

4d10

l = 3 m = 0

sette orbitali f

m = 1

m = -1

m = -2

m = 2

4f14

m = -3

m = 3

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Orbitali d

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Quadro riassuntivo sui livelli energetici e sugli orbitali

Livello energetico n l m Tipo N° nome

Primo 1 0 0 S 1 1S

Secondo 20 0 S 1 2S

1 -1,0,+1 p 3 2p

Terzo 3

0 0 S 1 3S

1 -2,-1,0,+1,2 p 3 3p

2 -1,0,+1 d 5 3d

Quarto 4

0 0 S 1 4S

1 -1,0,+1 p 3 4p

-2,-1,0,+1,2 d 5 4d

-3,-2,-1,0,+1,2,3 f 7 4f

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IL RIEMPIMENTO DEGLI ORBITALI

Inizia dagli orbitali più vicini al nucleo, che sono anche quelli con minore energia

Deve rispettare il principio di Pauli e la regola di Hund

Entro uno stesso livello energetico si riempiono prima gli orbitali con l minore

Tuttavia da un certo punto in poi le cose si complicano……

1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 4S, 3d; 4P, 5S, 4d, 5P, 6S, 4f, 5d, 6P, 7S, 5f, 6d

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LA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

ovvero il modo in cui gli elettroni si dispongono negli orbitali

La configurazione elettronica di un atomo si ottiene facendone il riempimento col numero di elettroni che gli competono in base al numero atomico

Ogni atomo si caratterizza per il proprio numero atomico Z (numero dei protoni e degli elettroni)

Configurazione elettronica esterna: configurazione dell’ultimo livello energetico (il più esterno)

Configurazione elettronica interna: configurazione dei livelli energetici che stanno sotto all’ultimo livello (più all’interno di questo)

La configurazione elettronica esterna è molto più importante di quella interna, perché gli atomi interagiscono tra di loro solo attraverso gli elettroni più esterni

Dalla configurazione elettronica esterna di un atomo dipende il suo comportamento chimico: con chi reagisce, come reagisce, quali composti forma

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Nome Simbolo Z Configurazione elettronica

1° livello energetico

Idrogeno H 1 1S1

Elio He 2 1S2

2° livello energetico

Litio Li 3 1S2 2S1

Berillio Be 4 1S2 2S2

Boro B 5 1S2 2S2 2p1

Carbonio C 6 1S2 2S2 2p2

Azoto N 7 1S2 2S2 2p3

Ossigeno O 8 1S2 2S2 2p4

Fluoro F 9 1S2 2S2 2p5

Neon Ne 10 1S2 2S2 2p6

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I SIMBOLI DEGLI ELEMENTI

Ogni sostanza elementare, o elemento, viene rappresentato con un simbolo di valenza universale

H FZn C Cl Fe

Le lettere corrispondono alle iniziali del nome dell'elemento in greco o in latino

elemento Simbolo nome

Sodio Na Natrium

Potassio K Kalium

Antimonio Sb Stibium

Rame Cu Cuprum

Oro Au Aurum

Mercurio Hg Hydrargyrum

Azoto N Nitrogenum

Zolfo S Sulfur

Fosforo P Phosphorus

Vedi tabella pag. 23 e 24

LE FORMULE DEI COMPOSTI

OH2 SCu O4

Anche le formule dei composti hanno valenza universale

O

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