lezione 3_orbitali e configurazione elettronica

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I numeri quantici
La regione dello spazio in cui si ha la probabilità massima di trovare un
elettrone con una certa energia è detto orbitale
Gli orbitali vengono definiti dai numeri quantici
Numero quantico principale, n: numero intero
Caratterizza l’energia dell’elettrone
Numero quantico secondario o del momento angolare, l: numero
intero, può assumere tutti i valori compresi nell’intervallo [0, n-1]
Caratterizza la forma della regione di spazio in cui l’elettrone può
trovarsi.
Numero quantico del momento magnetico, ml: numero intero, può
assumere tutti i valori compresi nell’intervallo [-l, l]
Discrimina l’eventuale presenza di assi magnetici preferenziali
LE COMBINAZIONI DEI NUMERI QUANTICI
I LIVELLI ENERGETICI DELL’ATOMO DI
IDROGENO
Forma e proprieta’ dell’orbitale 1s
PROPRIETA’ DELL’ ORBITALE 2s
FORMA E PROPRIETA’ DEGLI ORBITALI 2p
Orbitali di tipo f
COMPORTAMENTO DEGLI ELETTRONI IN UN
CAMPO MAGNETICO
LA SPIEGAZIONE
L’elettrone ruota su se stesso generando un campo magnetico
Esistono due possibili versi di
rotazione: orario e antiorario,
a cui corrispondono due
orientazioni del campo
magnetico opposte
Ogni campo magnetico è
caratterizzato da una grandezza
vettoriale, chiamata momento
magnetico, il cui segno dipende
dall’orientazione del campo
Un elettrone ruotando su se stesso può generare
solo due opposti valori di momento magnetico
IL NUMERO QUANTICO DI SPIN
ms: può assumere due valori che per convenzione
vengono indicati con +1/2 e -1/2
I NUMERI QUANTICI
GLI ATOMI POLIELETTRONICI
L’approccio rigoroso per descrivere il moto di più elettroni in un atomo è
la risoluzione dell’ Equazione di Schroedinger.
I Problemi:
1. Le soluzioni
ottenere.
dell’equazione
sono
estremamente
complesse
da
2. Per ogni atomo bisognerebbe determinare le opportune soluzioni
(ogni atomo ha una propria struttura atomica).
Il principio di esclusione di Pauli
In un atomo non possono coesistere due elettroni caratterizzati
dagli stessi valori dei numeri quantici n, l, ml, ms
Un orbitale (definito da una terna di valori di n, l e ml) potrà
descrivere solo due elettroni, purché questi abbiano valori diversi del
numero quantico di spin (elettroni con spin accoppiati o appaiati o
antiparalleli)
La configurazione elettronica fondamentale di un atomo può essere
“costruita” utilizzando per primo l’orbitale a più bassa energia e
continuando con quelli immediatamente superiori, nel rispetto del
principio di esclusione di Pauli, finché sono sistemati tutti gli
elettroni dell’atomo
Costruzione delle configurazioni elettroniche
H
Z= 1
1s1
He
Z=2
1s2
Li
Z=3
1s22s1
Le seguenti configurazioni non
richiedono alcun commento
Perché 2s1 e non 2p1 ?
Risposta: L’energia che compete all’orbitale 2s è inferiore a quella degli
orbitali 2p, poiché ha un potere di penetrazione maggiore
Generalizzazione:
Ordine di penetrazione
ns > np > nd > nf
In questa notazione semplificata il numero di elettroni di un certo
sottolivello è posto ad apice del simbolo del sottolivello stesso
livello energetico
(numero quantico principale n)
numero di
elettroni
nell’orbitale
simbolo dell’orbitale
(corrispondente al numero quantico secondario l)
Costruzione della configurazione elettronica
DOMANDA che succede quando si devono inserire più elettroni in orbitali
dello stesso tipo, ossia degeneri?
Regola di Hund o della massima molteplicità
Ogni qual volta due o più elettroni “occupano” orbitali degeneri, essi
tendono a disporsi in modo da occupare il massimo numero di orbitali e
con lo stesso valore di spin (elettroni spaiati con spin paralleli)
Riassumendo…
La configurazione elettronica fondamentale di un elemento si può
costruire in base alle seguenti regole:
1. Principio di esclusione di Pauli: uno stesso orbitale può ospitare
al massimo due elettroni, uno con spin in su (ms=+½) e uno con spin in
giù (ms=–½)
2. Gli elettroni tendono ad occupare gli orbitali a energia più
bassa; penetrazione ed effetti di schermo suggeriscono la
possibile scala energetica degli orbitali
3. Regola di Hund: gli elettroni tendono ad occupare orbitali
degeneri singolarmente, con i loro spin paralleli
Ordine di riempimento degli orbitali
eccezione
eccezione
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