7. L’Atomo

1. 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

2. Le Caratteristiche della Luce righe spettrali Na K Li Ba Ca Cu Sr La LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA c = 3.00x108 m∙s-1

3. Le Caratteristiche della Luce Lunghezza d’onda l campo elettrico Def. La LUNGHEZZA D’ONDA, l, è la distanza tra un massimo/minimo e quello successivo La LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA c = 3.00x108 m∙s-1 Def. La FREQUENZA, n, è il numero di cicli, ovvero di inversioni complete al secondo [1 Hz = 1 s-1] l x n = c

4. Quanti e Fotoni FOTONE ELETTRONE METALLO Max Planck Frequenza/1014 Hz Energia a fotone/10-19 J Ultravioletto 8.6 5.7 Infrarosso 3.0 2.0 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 di rifrazione, che come PARTICELLA. La particella di luce è chiamata FOTONE. E = h∙n h = costante di Planck

5. Spettri Atomici e Livelli Energetici Atomo di H E L’ATOMO DI H, ESISTE IN UNA SERIE DISCONTINUA DI STATI, DETTI LIVELLI ENERGETICI

6. L’Atomo di Bohr r • Rutherford 1908: nucleo “massivo” con cariche positive. • Bohr 1913: l’elettrone dell’atomo di H ruota intorno al nucleo, descrivendo un’orbita circolare. F = ma Forza Coulombiana Accelerazione Centripeta = Energia Totale = Energia Cinetica + Energia Potenziale POSTULATO DELLA QUANTIZZAZIONE DELLA QUANTITÀ DI MOTO

7. L’Atomo di Bohr LEGGE DI BOHR n = numero quantico STATO QUANTICO 2^ POSTULATO L’ATOMO EMETTE O ASSORBE ENERGIA SOTO FORMA DI RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE SOLO QUANDO SI VERIFICANO DELLE TRANSIZIONI, CIOÈ PASSAGGI 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.

8. I Modelli dell’Atomo r • 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 is known in this instant, and vice versa. Heisenberg, uncertainty paper, 1927 PROBABILITÀ • de Broglie 1924: anche gli elettroni sono caratterizzati da dualismo onda-particella. MECCANICA ONDULATORIA MECCANICA CLASSICA

9. Gli Orbitali Atomici SUPERFICIE DEI CONTORNI • Edwin Schrödinger 1926 EQUAZIONE di SCHRÖDINGER NUMERI QUANTICI n, l, ml LIVELLOENERGETICO FUNZIONE D’ONDA = ORBITALE L’orbitale atomico è associato alla regione di spazio nella quale è più probabile rinvenire l’elettrone. MECCANICA CLASSICA MECCANICA ONDULATORIA EQUAZIONE DI SCHRÖDINGER ORBITALE traiettoria probabilità numeri quantici

10. Gli Orbitali Atomici 1s n = 1 l = 0 s 0 2s l = 0 s 0 n = 2 2p l = 1 p -1 0 +1 3s l = 0 s 0 3p l = 1 p -1 0 +1 n = 3 l = 2 d -2 -1 0 +1 +2 3d strato sottostrato orbitale Numero quantico principale n = 1, 2, 3, …, ∞ Numero quantico azimutale l = 0, 1, 2, …, n-1 Numero quantico magnetico ml = -l, -l+1, …, 0, …, l-1, +l n l ml s

11. Lo Spin Elettronico Numero quantico di spin ms Samuel Goudsmit George Uhlenbeck

12. Gli Atomi Multielettronici 4s 3d E↑ 3p 3s - 2p + 2s 1s ATTRAZIONE NUCLEO - ELETTRONE REPULSIONE ELETTRONE - ELETTRONE STRUTTURA ELETTRONICA Li: 3e-

13. Il Principio della Costruzione a Strati 2 e- n, l, ml, ms 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p STATO FONDAMENTALE configurazione corrispondente alla minima energia possibile. n, l, ml, ms STATI ECCITATI configurazione 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. • SE DUE ELETTRONI OCCUPANO UNO STESSO ORBITALE (n, l, ml sono uguali) I LORO SPIN DEVONO APPAIARSI. • NON CI POSSONO ESSERE PIÙ DI DUE ELETTRONI PER ORBITALE. CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

14. Il Principio della Costruzione a Strati 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.

15. La Configurazione Elettronica degli Atomi

16. La Configurazione Elettronica degli Ioni 3p 3p 3s 3s [Ne] [Ne] Na [Ne]3s1 Na+ [Ne] 4p 4p 4p 4s 4s 4s 3d 3d 3d [Ar] [Ar] [Ar] Fe3+ [Ar]3d5 Fe [Ar]3d64s2 Fe2+ [Ar]3d6 2p 2p 2s 2s [He] [He] O [He]2s22p4 O2- [He]2s22p6

17. Struttura Elettronica e Tavola Periodica 2 elettroni 8 elettroni 8 elettroni 18 elettroni 18 elettroni 32 elettroni

18. Raggio Atomico e Raggio Ionico 2r ran + rcat 100 pm Def. 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 è l’aliquota che gli spetta della distanza tra due ioni contigui in un solido ionico. Na Be crescente Na+ Be2+ O2- F- O F decrescente

19. Energia di Ionizzazione Def. 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. crescente decrescente

20. Affinità Elettronica Affinità Elettronica (kJ∙mol-1) Def. L’AFFINITÀ ELETTRONICA, Eae, è l’energia che si libera quando l’atomo in fase gas cattura un elettrone.