7. L�Atomo• Le Caratteristiche della Luce• Quanti e Fotoni• Spettri Atomici e Livelli Energetici• L’Atomo di Bohr• I Modelli dell’Atomo

- Orbitali atomici- I numeri quantici e gli orbitali atomici- Lo spin elettronico

• Atomi Multielettronici- L’energia degli orbitali- La costruzione a strati e la configurazione elettronica

• Il Carattere Periodico delle Proprietà Atomiche- Raggio atomico, energia di ionizzazione, affinità

elettronica

Le Caratteristiche della Luce

Ca BaLi K CuNa Sr

righespettrali

La LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA

c = 3.00x108 m·s-1

Le Caratteristiche della LuceLa LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA

c = 3.00x108 m·s-1

campo elettrico

Def. La FREQUENZA, νννν, èil numero di cicli, ovvero di

inversioni complete al secondo[1 Hz = 1 s-1]

Lunghezza d�onda λλλλ

Def. La LUNGHEZZA D�ONDA, λλλλ, èla distanza tra un massimo/minimo

e quello successivo

λλλλ x νννν = c

Quanti e Fotoni

Max Planck

FOTONE

ELETTRONE

METALLO

Intensità da dipende NON elettroni cinetica En.incidenteraggio Intensitàelettroni Numero ∝∝∝∝

L�ENERGIA non è solo un�onda che si propaga in modo continuo e in tutte le direzione, ma è emanata a proiettili, ovvero QUANTI predefiniti dello stesso valore.La LUCE si comporta sia come ONDA, quindi soggetta a fenomeni dirifrazione, che come PARTICELLA. La particella di luce è chiamata FOTONE.

E = h·νννν h = costante di PlanckEnergia a fotone/10-19 JFrequenza/1014 Hz

2.03.0Infrarosso5.78.6Ultravioletto

Spettri Atomici e Livelli Energetici

Atomo di H

L�ATOMO DI H, ESISTE IN UNA SERIE DISCONTINUA DI STATI, DETTI LIVELLI ENERGETICI

E

L�Atomo di Bohr•Rutherford 1908: nucleo “massivo” con cariche positive.•Bohr 1913: l’elettrone dell’atomo di H ruota intorno al nucleo, descrivendo un’orbita circolare.

r F = maForza

CoulombianaAccelerazione

Centripeta

2

2

re =

rvm

2

2

2

mver ====

mrev ====

Energia Totale = Energia Cinetica + Energia Potenziale

re

21

re

re

21

remv

21E

22222 −−−−====−−−−====−−−−====

POSTULATO DELLA QUANTIZZAZIONE DELLA QUANTITÀ DI MOTO∞∞∞∞====

ππππ====⋅⋅⋅⋅ 1,2,3,...,n

2hnrmv

mrev ====

mr1

2hnv ⋅⋅⋅⋅ππππ

⋅⋅⋅⋅==== mr1

2hn

mre

ππππ====

22

2

me4hr

ππππ====

2

42

2

2

hme2

n1

re

21E ππππ−−−−====−−−−====

L�Atomo di Bohr22

2

me4hr

ππππ==== 2

42

2

2

hme2

n1

re

21E ππππ−−−−====−−−−====

n = numero quantico STATO QUANTICO

2^ POSTULATO

L�ATOMO EMETTE O ASSORBE ENERGIA SOTO FORMA DI RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE SOLO QUANDO SI VERIFICANO DELLE TRANSIZIONI, CIOÈPASSAGGI TRA STATI QUANTICI DIVERSI, E L�ENERGIA CORRISPONDENTE ALLA DIFFERENZA TRA I LIVELLI ENERGETICI PROPRI DEGLI STATI QUANTICI TRA I QUALI AVVIENE LA TRANSIZIONE CONSIDERATA È EMESSA O ASSORBITA SOTTO FORMA DI UN UNICO FOTONE.

hEE

hEEE

'nn

'nn

−−−−====νννν

νννν====−−−−====∆∆∆∆LEGGE

DI BOHR

I Modelli dell�Atomo•Bohr 1913: l’elettrone dell’atomo di H ruota intorno al nucleo, descrivendo un’orbita circolare.•Heisenberg 1927: principio di indeterminazione.

The more precisely the position is determined, the less precisely the momentum isknown in this instant, and vice versa. Heisenberg, uncertainty paper, 1927

r

PROBABILITÀ

•de Broglie 1924: anche gli elettroni sono caratterizzati da dualismo onda-particella.

MECCANICACLASSICA

MECCANICAONDULATORIA

Gli Orbitali Atomici•Edwin Schrödinger 1926 EQUAZIONE di SCHRÖDINGER

NUMERI QUANTICIn, l, ml

FUNZIONE D�ONDA = ORBITALEL�orbitale atomico è associato alla regione di spazio nella quale è più

probabile rinvenire l�elettrone.

LIVELLOENERGETICO

SUPERFICIE DEICONTORNI

MECCANICACLASSICA

MECCANICAONDULATORIA

EQUAZIONE DISCHRÖDINGER ORBITALE

traiettoria probabilità

numeri quantici

Gli Orbitali AtomiciNumero quantico principale n = 1, 2, 3, �, ∞Numero quantico azimutale l = 0, 1, 2, �, n-1Numero quantico magnetico ml = -l, -l+1, �, 0, �, l-1, +l

n = 1 l = 0 s 0 1s

n = 2l = 0 s 0 2s

l = 1 p -1 2p0 +1

n = 3

l = 0 s 0 3s

l = 1 p -1 3p0 +1

l = 2 d -2 -1 0 +1 +2 3d

n l ml

s

strato sottostrato orbitale

Lo Spin Elettronico

Numero quanticodi spin ms

↑↑↑↑++++ 21 ↓↓↓↓−−−−

21

Samuel GoudsmitGeorge Uhlenbeck

Gli Atomi MultielettroniciATTRAZIONE

NUCLEO - ELETTRONEREPULSIONE

ELETTRONE - ELETTRONE

STRUTTURA ELETTRONICA

rcaricacaricaPOTENZIALE ENERGIA ××××∝∝∝∝ 2mv

21CINETICA ENERGIA ====

CINETICAENERGIA POTENZIALE ENERGIAETOT ++++====

+

-2p

3p

3dE↑

1s

2s

3s

4s

Li: 3e-

Il Principio della Costruzione a Stratin, l, ml, ms

STATO FONDAMENTALEconfigurazione corrispondente alla minima energia possibile.STATI ECCITATIconfigurazione corrispondente ad energia più elevata.

PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULI: IN UN ATOMO NON PUÒ ESISTERE PIÙ DI UN ELETTRONE IN UNO STATO DEFINITO DA UNA DATA QUATERNA DI NUMERI QUANTICI.

1. SE DUE ELETTRONI OCCUPANO UNO STESSO ORBITALE (n, l, ml sono uguali) I LORO SPIN DEVONO APPAIARSI.

2 e-

n, l, ml, ms

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

7p

3d

4d

5d

6d

4f

5f

2. NON CI POSSONO ESSERE PIÙ DI DUE ELETTRONI PER ORBITALE.

REGOLA DI HUND:ENTRO UN GRUPPO DI ORBITALI CON GLI STESSI VALORI DI n ED l, GLI ELETTRONI TENDONO A DISTRIBUIRSI IN ORBITALI DIVERSI CON SPIN PARALLELO.

Il Principio della Costruzione a Strati

La Configurazione Elettronica degli Atomi

La Configurazione Elettronica degli Ioni3p

3s

Na [Ne]3s1

[Ne]

3p

3s

Na+ [Ne]

[Ne]

4p

4s

3d

Fe [Ar]3d64s2

[Ar]

4p

4s

3d

Fe2+ [Ar]3d6

[Ar]

4p

4s

3d

Fe3+ [Ar]3d5

[Ar]

2p

2s

O [He]2s22p4

[He]

2p

2s

O2- [He]2s22p6

[He]

Struttura Elettronica e Tavola Periodica2 elettroni8 elettroni8 elettroni18 elettroni18 elettroni32 elettroni

Na

Raggio Atomico e Raggio IonicoDef. Il RAGGIO ATOMICO di un elemento è la metà della distanza che separa i centri di due atomi contigui.

Def. Il RAGGIO IONICO di un elemento èl�aliquota che gli spetta della distanza tra due ioni contigui in un solido ionico.

2r ran + rcat

crescente

decrescente

100 pm

Na+ Be Be2+

O2-O F-F

Energia di IonizzazioneDef. L�ENERGIA di IONIZZAZIONE è l�energia necessaria ad allontanare un elettrone da un atomo in fase gas.Primaria, I1: si parte dall�atomo neutro. Secondaria, I2: si parte dal catione a carica

unitaria.)g(e)g(Cu)g(Cu −−−−++++ ++++→→→→)g(e)g(Cu)g(Cu 2 −−−−++++++++ ++++→→→→

decrescentecrescente

Affinità ElettronicaDef. L�AFFINITÀ ELETTRONICA, Eae, è l�energia che si libera quando l�atomo in fase gas cattura un elettrone.

AffinitàElettronica (kJ·mol-1)