1. struttura dell`atomo, orbitali atomici e propriet+á periodiche

ac
ca
• descrivere la
struttura
dell’atomo, la
tavola periodica e
le sue
caratteristiche
• saper spiegare le
differenze tra i vari
tipi di legami,
descrivendoli e
interpretandoli alla
luce degli elettroni
di valenza e della
configurazione
elettronica.
• Comprendere ed
applicare analogie
relative ai concetti
presi in analisi.
Pr
of
.s
sa
St
sa
.s
Pr
of
a
COMPETENZE
St
• struttura
dell’atomo
• tavola periodica,
• numero atomico e
massa atomica
• orbitali atomici e
numeri quantici
• configurazione
elettronica
• elettroni di
valenza, Simbolo di
Lewis
• i legami chimici
(ionico, covalente,
metallico)
ABILITÀ
ac
c
CONOSCENZE
ac
ca
È la più piccola parte di un elemento che manifesta le proprietà
chimiche tipiche di quell’elemento.
Pr
of
una molecola è una particella
formata da atomi uguali o diversi
legati tra loro
a
sa
.s
Pr
of
Possono combinarsi tra loro dando origine
a molecole
St
.s
sa
Gli atomi restano integri
sia nei passaggi di stato
sia nelle trasformazioni chimiche
ac
c
St
È costituito da particelle più semplici chiamate
protoni, neutroni ed elettroni
(particelle subatomiche)
a
ac
c
St
.s
sa
St
ac
ca
LE PARTICELLE SUBATOMICHE
sa
Pr
of
Il PROTONE (p) è una particella elettricamente positiva e ha carica pari a +1
Pr
of
.s
L’ELETTRONE (e−) è una particella con carica elettrica negativa.
La carica dell’elettrone è uguale e contraria a quella di un protone, pari a -1
Il NEUTRONE (n) è una particella subatomica priva di carica elettrica
ac
ca
a
ac
c
sa
Numero di massa (A)
.s
Pr
of
è il numero di protoni presenti in un atomo. Tutti gli
atomi di uno stesso elemento hanno lo stesso
numero atomico.
St
.s
Numero atomico (Z)
sa
St
il numero di protoni è uguale al numero di elettroni
Pr
of
è il numero di protoni e neutroni presenti in un
atomo
ac
ca
Quando si conosce il numero di massa di un atomo
è possibile stabilire quanti neutroni possiede; basta
sottrarre il numero atomico al numero di massa
a
ac
c
St
Pr
of
.s
sa
St
Proviamo per esempio a calcolare il numero di neutroni di un atomo di Fe con
Z=26 e A=56:
.s
sa
Dal numero atomico deduciamo che in un atomo di ferro vi sono 26 p e 26 e−
Pr
of
Il numero di neutroni quindi risulta essere
A − Z = 56 − 26 = 30
Quando un atomo neutro acquista uno
o più elettroni, si forma un anione
Pr
of
.s
più elettroni, si forma un catione
sa
St
ac
c
a
ac
ca
St
sa
.s
Pr
of
Quando un atomo neutro perde uno o
Se l’atomo perde un elettrone avrà carica +1, se perde due elettroni la sua carica sarà
+2 e così via
Ogni ione negativo ha carica uguale al numero di elettroni aggiunti
Gli isotopi sono atomi con uguale numero di protoni (stesso numero
ac
ca
atomico) e diverso numero di neutroni (diverso numero di massa)
Differiscono per la massa poiché contengono un
a
ac
c
St
sa
.s
Pr
of
Pr
of
.s
sa
perché i loro nuclei hanno la medesima carica
(contengono lo stesso numero di protoni) e
attirano gli elettroni circostanti con la
medesima forza.
diverso numero di neutroni.
St
Hanno identiche proprietà chimiche
In natura, quasi tutti gli
elementi sono miscele
di isotopi
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
, nella quale protoni, neutroni ed elettroni sono
distribuiti in modo uniforme
i
neutroni
sa
e possiede una carica positiva
a
sa
St
.s
Pr
of
protoni e
uguale al numero atomico.
St
centrale minuscolo e denso, il nucleo,
circondato da uno spazio vuoto in cui si
muovono a velocità elevatissima gli elettroni
Il nucleo di un atomo contiene i
ac
c
All’interno di ogni atomo si trova un corpo
ac
ca
L’atomo
of
gli elettroni
.s
Nell’enorme spazio vuoto intorno al nucleo si trovano
Pr
Questi non sono vicini l’uno all’altro, ma si muovono occupando un volume molto grande rispetto alle loro
dimensioni. Nel suo complesso, questo volume assume una carica negativa.
ac
c
St
sa
of
.s
Pr
of
L’elettrone percorre solo determinate
orbite circolari
(orbite stazionarie),
senza emettere e cedere energia e
quindi senza cadere nel nucleo.
a
ac
ca
St
sa
.s
NON È CASUALE!
Pr
All’elettrone sono permesse solo certe orbite a cui corrispondono
determinati valori di energia (quantizzata).
a
ac
c
St
sa
.s
Pr
Per passare da un’orbita a un’altra
a livello energetico inferiore,
l’elettrone emette energia.
of
Pr
of
.s
sa
St
ac
ca
Per passare da un’orbita a un’altra a livello
energetico superiore, l’elettrone assorbe energia.
L’energia del fotone
emesso o assorbito
corrisponde alla
differenza di energia
delle due orbite.
Le orbite degli elettroni in un atomo sono quantizzate.
ac
ca
a
ac
c
St
sa
.s
Pr
of
Pr
of
.s
sa
St
Non è possibile conoscere a ogni istante, contemporaneamente,
la posizione e la velocità di un elettrone.
Possiamo conoscere la
probabilità che una particella
si trovi in un determinato
punto o che abbia una
determinata velocità
ac
ca
sa
ac
c
a
St
Fornisce informazioni sulla probabilità di
trovare l’elettrone in un punto particolare
dello spazio intorno al nucleo.
St
n
l
m
sa
Pr
of
Definiscono lo stato quantico
dell’elettrone
.s
.s
Contiene tre numeri quantici
Pr
of
Alla funzione d’onda caratterizzata da una
particolare terna di valori dei numeri quantici,
corrisponde un ORBITALE
St
sa
Pr
of
STATI ECCITATI
.s
sa
Il livello più basso di energia
a
STATO FONDAMENTALE
ac
c
St
numero quantico principale n
ac
ca
Il livello energetico associato a ciascuna
orbita si definisce
Pr
of
.s
I livelli a energia superiore dello stato fondamentale
A ogni salto di orbita si ha una
transizione energetica, ovvero
emissione di energia sotto forma di
fotone.
La zona intorno al nucleo dove abbiamo il 90% di
probabilità di trovare l’elettrone
ac
ca
ORBITALE
s
p d f
St
ac
c
St
sa
of
Lettera
0 1 2 3
(l = da 0 a n-1)
.s
.s
Valori di l
Pr
of
Il numero quantico secondario l
stabilisce quanti sottolivelli sono
possibili per ogni livello.
m
(n = 1, 2, 3…,7)
sa
Il numero quantico principale n
definisce il livello energetico
dell’elettrone che è proporzionale alla
distanza dal nucleo.
l
Pr
Il numero quantico magnetico m
definisce quanti orbitali possono
coesistere in un sottolivello.
a
n
Numeri quantici
(m = -l, 0, +l)
Il numero quantico di spin
ms
indica il valore di spin che può
essere assunto dall’elettrone.
(ms = ± ½)
(n = 1, 2, 3…,7)
(l = da 0 a n-1)
ac
ca
(m = -l, 0, +l)
n=1
ac
c
St
s
p d f
Pr
of
Lettera
0 1 2 3
sa
Pr
of
Valori di l
.s
.s
sa
Il numero quantico secondario l
stabilisce quanti sottolivelli sono
possibili per ogni livello.
Con l=0 allora m = 0
a
St
l = 1-0 = 0
Gli orbitali s rappresentano lo spazio
intorno al nucleo entro il quale si ha una
certa probabilità di trovare l’elettrone.
Hanno la forma di una sfera.
n=2
l = 2-1 = 1 allora
l assume i valori 0 e 1
Con l=0 allora m = 0
ac
c
sa
St
.s
.s
l =1
Pr
of
Pr
of
a
Con l=0 allora m = 0
St
ac
ca
l=0
sa
n=1
Il volume dell’ orbitale s
aumenta all’aumentare del
numero quantico principale n
Con l=1 allora m = -1; 0; +1
La superficie di contorno degli orbitali p
è un doppio lobo che si estende lungo le
dimensioni x, y, z.
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
(n = 1, 2, 3…,7)
(l = da 0 a n-1)
of
La superficie di contorno degli orbitali d
è a quattro lobi.
Pr
Con l=0 m = 0
Con l=1 m = -1; 0 ; + 1
Con l=2 allora m = -2; -1; 0; +1; +2
.s
l=2d
sa
l = 3-1 = 2 allora
l assume i valori 0 e 1 e 2
Pr
of
Con l=0 allora m = 0
Con l=1 m = -1; 0 ; + 1
St
.s
sa
l=0
l=1
a
n=2
Con l=0 allora m = 0
ac
c
l=0
St
ac
ca
n=1
n=3
(m = -l, 0, +l)
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
Pr
of
.s
sa
St
ac
c
a
ac
ca
St
sa
.s
Pr
of
La superficie di contorno degli orbitali f è
ancora più complessa.
l=3f
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
ac
ca
a
St
sa
.s
Pr
of
Pr
of
.s
sa
Configurazione elettronica dell’atomo di idrogeno
ac
c
St
La configurazione elettronica di un atomo o di uno ione è l’insieme degli orbitali
necessari a descrivere tutti i suoi elettroni
ac
ca
1. Determinare il numero di elettroni dell’atomo
a
St
of
Pr
crescente seguendo lo schema:
1s 2s 2p
.s
2. Scrivere gli orbitali in ordine di energia
sa
Pr
of
.s
neutro: corrisponde al numero atomico Z
esempio: Z = 6
ac
c
sa
St
Principio di Aufbau
Gli elettroni tendono ad
occupare gli orbitali
seguendo l’ordine di energia
crescente
ac
c
sa
.s
Pr
of
.s
numero di elettroni che esso descrive, sino a
quando la somma di tutti gli esponenti
corrisponde al numero Z di elettroni.
1s22s22p2
St
sa
3. Riportare all’esponente di ciascun orbitale il
a
ac
ca
St
…Principio di Aufbau
Pr
of
ATTENZIONE!!!!
Prima di aggiungere orbitali a più alta energia è
necessario saturare tutti quelli a energia
inferiore.
ac
ca
Scrivere la configurazione elettronica degli atomi
St
sa
Pr
of
.s
Se ci sono orbitali allo stesso livello energetico,
prima si colloca un elettrone su ciascun orbitale
vuoto, poi si completano gli orbitali semipieni.
of
Pr
Orbitale pieno
.s
Orbitale vuoto
Orbitale semipieno
ac
c
sa
St
Regola di Hund
a
Gli elettroni si dispongono ad
occupare il massimo numero di
orbitali in un sottolivello
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
ac
ca
La tavola periodica
St
Pr
of
.s
Le righe orizzontali formano 7 periodi
Pr
of
.s
sa
livello energetico a cui si trovano gli
elettroni di valenza
Le colonne verticali formano i gruppi
ac
c
sa
St
La posizione di ciascun elemento
sulla tavola dipende dal suo numero
atomico (Z)
a
Secondo la legge della periodicità, che governa la tavola periodica, le proprietà
chimiche degli elementi sono una funzione periodica del loro numero atomico (Z)
a
ac
c
St
sa
.s
Pr
of
Pr
of
.s
sa
St
ac
ca
Configurazione elettronica e tavola periodica
a
ac
c
St
St
sa
.s
Pr
of
Pr
of
.s
Na e Mg  n = 3
Gli elementi che appartengono allo
stesso gruppo presentano lo stesso
numero di elettroni di valenza:
Li, Na, K  1 elettrone di valenza
Be, Mg, Ca  2 elettroni di valenza
sa
Gli elementi che appartengono allo
stesso periodo presentano gli
elettroni di valenza allo stesso livello
energetico:
ac
ca
Gli elettroni del livello più esterno sono detti elettroni di valenza.
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
ac
ca
a
ac
c
St
sa
Pr
of
.s
sa
St
La struttura di Lewis permette di rappresentare la struttura elettronica dello strato di valenza
degli elementi dei gruppi principali.
Pr
of
.s
Per scrivere il simbolo di Lewis di un elemento, si riporta il suo simbolo chimico e intorno ad esso
si dispongono gli elettroni di valenza, un punto per ciascuno dei quattro lati.
Quando un atomo possiede più di quattro elettroni, i punti si dispongono in modo da creare
coppie di punti.
ac
ca
Le proprietà periodiche degli elementi
sa
 il raggio atomico,
St
.s
 l’energia di ionizzazione,
sa
 l’affinità elettronica,
Pr
of
a
Le proprietà periodiche sono:
ac
c
St
Le proprietà degli elementi variano con regolarità lungo la tavola periodica in base alla
variazione periodica della configurazione elettronica.
Pr
of
.s
 l’elettronegatività.
ac
ca
L’elettronegatività
a
ac
c
St
sa
.s
of
Pr
of
.s
sa
St
Misura la sua tendenza ad attrarre gli elettroni di legame da un altro
elemento.
Pr
AUMENTA lungo un periodo da sinistra verso destra
DIMINUISCE lungo un gruppo, dall’alto verso il basso
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca
sa
.s
of
Pr
St
a
St
ac
c
sa
.s
Pr
of
ac
ca