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
