La storia dell'atomo: dai primi modelli al modello quantistico moderno

Max Born e l'interpretazione della densità di probabilità

1Max Born "se si decide di conoscere l'energia di un atomo con una piccola incertezza, allora si deve accettare un'incertezza elevata circa la sua posizione nello spazio" Formulò nel 1920 l'interpretazione oggigiorno standard della densità di probabilità per +2 nell'Equazione di Schrödinger della meccanica quantistica, per la quale si aggiudicò il Premio Nobel per la fisica, circa tre decenni dopo (1954). DO Born

Heisenberg e il Principio di indeterminazione

2Heisenberg Principio di indeterminazione (1927) "La misura simultanea di due variabili coniugate, come posizione e quantità di moto oppure energia e tempo, non può essere compiuta senza un'incertezza ineliminabile." In altre parole per un oggetto estremamente piccolo, come l'elettrone, è impossibile determinare con accuratezza, nello stesso tempo, sia l'energia che la posizione.

E. Schrödinger e la meccanica ondulatoria

3E. Schrödinger (premio Nobel 1934) Partendo dall'ipotesi di de Broglie Schrodinger sviluppa un modello (meccanica ondulatoria) che si basa sull'uso di equazioni matematiche in grado di descrivere onde stazionarie Si ottengono una seri di equazioni d'onda o funzioni d'onda indicate con u

Dall'orbita all'orbitale

4Dall'orbita all'orbitale ORBITA CIRCOLARE ONDE DI PROBABILITA' ATOMO DI SCHRODINGER ORBITALE orbite probabili degli elettroni NUCLEO ATOMICO ATOMO DI BOHR ATOMO DI SCHRODINGER WWW.ANDREAMININI.ORG WWW.ANDREAMININI.ORG

Numeri quantici

5NUMERI QUANTICI I numeri quantici identificano gli stati energetici e gli orbitali accessibili ad un dato elettrone Schrodinger OC

Caratterizzazione di un sistema con quattro numeri quantici

6I numeri quantici Si caratterizza un sistema con quattro numeri quantici: ·numero quantico principale (autovalore di En) ,n, che assume valori interi (n = 1, 2, 3, 4 ... ) e che dipende dalla sola distanza tra l'elettrone ed il nucleo. ·numero quantico secondario o azimutale (modulo quadro del momento angolare orbitale), l, che può assumere valori interi compresi tra 0 e n - 1. Esso definisce la forma dell'orbitale atomico. ·numero quantico magnetico (componente lungo un asse, convenzionalmente l'asse z, del momento angolare orbitale), m, che assume valori interi tra -l e l. ·numero quantico di spin (componente lungo un asse, convenzionalmente l'asse z, dello spin), s, che può assumere valori -1/2 o +1/2. Schrödinger

Orbitali con lo stesso numero quantico principale n

7Orbitali con lo stesso numero quantico principale n costituiscono uno strato o livello energetico. Elettroni con stesso n si trovano nello stesso strato o livello elettronico. Teoricamente questo numero n può assumere tutti i valori interi da 1 a « ma già con n=7 vengono sistemati tutti gli elettroni degli elementi della tavola periodica attualmente conosciuti. Strato Sottostrato Orbitale 1= 2 -2-10 -+1 +2 3d d mĮ 1=1 n = 3 -1: 0 H +1 3p P 1= 0 0 3s S m I=1 -1 0 +1 2p P n= 2 my I=0 0 2s S m I=0 n=1 0 1s S m1

La nuvola, gli orbitali e la rappresentazione simbolica

8La nuvola, gli orbitali e la rappresentazione simbolica nube elettronica orbitale orbitale sferico Z Z Z Y × Y Py x Pz (b) Z Z Z Z Z Y Y Y X X X da_ 2 d d xy `yz (c) Z Y X S (a) Y × Px d.2 Y Y × XOrbitali: gli elettroni con diversi valori delmomento angolare occupano regioni dello spazio di questo tipo. Le zone ombreggiate sono quelle in cui è più probabile trovare l'elettrone. Nucleo lo di Rutherford omo come un sistema imile tura in cui gli elettroni ruotano come pianeti attorno al nucleo. Elettroni Elettront Nucleo " le orbite per dare una della s tabilità dell'atomo. Orbita i Bohr Il modello di Schrodinger abbandona l'idea di or bite precise e introduce una descrizione delle regioni dello spazio (orbitali) basata sulla probabilità di trovare glielettroni.

Aufbau e configurazione elettronica

10AUFBAU Poiché gli atomi tendono comunque ad assumere l'energia più bassa possibile, gli elettroni occuperanno gli orbitali a più bassa energia che siano disponibili. Questo processo di "riempimento" degli orbitali è indicato come aufbau. La configurazione elettronica degli elementi è il modo in cui gli elettroni occupano i vari orbitali. DOO Orbitali C

General Rules: Aufbau Principle

11General Rules Aufbau Principle - Electrons fill the lowest energy orbitals first. - "Lazy Tenant Rule" 6d 5f 7s 6d 6p 7s 5d 4f 6s 5d 5p 6s 4d 5p 4p 5s 3d 4p 3d 3p Energy 3s 3p 3s 2p 2s 2p 2s 1s 1s Courtesy Christy Johannesson www.nis d.net/communicationsarts/pages/chem 7T 5f 6p 4f 5s 4d 4s 4sRegola di HUND Cosa succede quando ci sono due elettroni che possono occupare orbitali della stessa energia? Si è trovato che l'atomo ha energia minore se i due elettroni hanno spin parallelo, e quindi stanno in orbitali diversi CARBON ATOM CONFIGURATION 6 ELECTRONS - 11 1s2 2s2 2px1 2p,1 2p2º DOO Orbitali C

Energia degli orbitali

13n { n+€ 3 2 5 3p 3 1 4 1 3s - Stesso n + €, differente n 2p - 2 1 3 2 0 2 15 DOO Orbitali C - 1 0 1 3 0 3 ENERGIA Stesso n, differente 25 . 14 3dConfigurazione elettronica ovvero disposizione degli elettroni L'ordine di riempimento, pertanto, risulta: 1s -- > 2s -- > 2p -- > 3s -- > 3p -- >4s -- >3d, e così via. DOO Orbitali C

Valore di € e n

15valore di € € = 0 €= 1 € = 2 € = 3 n=8 85 n -7 75 7p n =6 65 6p 6d valore di n n =5 55 5p 5ď 5f n =4 45 4p 4d 4f n + € = 8 n =3 35 3p 3d n + € = 6 n + € = 7 1 + n =2 25 2p = 4 n + l= 5 n =1 1s n + € = 2 n + l = 3 n + l=1 DOO Orbitali C

Disposizione degli elettroni

16Disposizione degli elettroni 1. il numero massimo di elettroni che ogni orbitale può ospitare è 2; 2. gli elettroni presenti in un orbitale hanno spin opposto; 3. gli elettroni si dispongono negli orbitali a partire da quello con energia minore; 4. gli elettroni che occupano orbitali isoenergetici (degeneri) tendono a disporsi distribuendosi uniformemente all'interno di essi.

Configurazione elettronica e tavola periodica

17Configurazione elettronica e tavola periodica Le configurazioni elettroniche presenti nella tabella periodica sono riferite ad atomi nel loro stato fondamentale, cioè con gli elettroni disposti in modo da ottenere una situazione di minima energia DOO Orbitali C

Tabella Periodica degli elementi

18IA VIIIA Hirogrno 1 13.99K 1312 dentroni per livello- elemento X solide Sortesoeste acido mediamente acido grappo 13 prappo 14 gruppo 15 gruppo 16 Alogeni gruppo 17 He 4.003 Atm IIIA IVA VA VIA VIIA 12 litho bersibo bore carbonio azoto ossigeno Quero neon 5 234FK - 6 7 63.15K - 8 54.36K 10 24.56K B C N O 1314 1.141 F Ne 10.81 12.01 3.04 3:44 19 20.18 Lit Atı Atma Lit Lit Atm 4214 +2+3+4+5 -2 sodio Atm atmofilo alluminio silicio fosforo cloro argon 13 933.47K 1687K 15 317.3K 16 388.36K 17 171.6K 18 Al 2.5 2.329 18-26 17 1.562 1.395 0.93 1.31 gruppo 3 gruppo 4 gruppo 5 gruppo 6 gruppo 7 gruppo & gruppo 9 gruppo 10 gruppo 11 gruppo 12 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB VIIIB VIIIB IB HIB potassio calcio scandio titanio vanadio CFOEDO manganese IFITO cobalto michel rame rinco gallio germanio arsenico selenio bromo cripton 336.7K 20 21 22 1941K- 2183K 24 2180K 25 1519K 26 27 1768K 28 1728K 1357.77K - 692.688 302.914K 32 1211.40K- 33 887K 494K 35 36 115.78K 419 500 631 653 651 Cr 653 7.19 Mn Fe Co Ni Cu 906 Zn 7.14 Ga Ge 5328 947 94 1140 1351 0,862 1.55 2015 4.506 52 1.66 5-4.94 1.55 $5.85 58 93 58.69 63.55 65.37 1.65 1.81 2.01 74.92 2.55 2.96 83.8 Lit Lit Lit Lit Lit +2+3+4+6+7 +2+3+6 +2+3 +1+2 43 +244 +3+5 -2+4+6 11+3+5 rubidio stronzio Ittrio zirconio niobio molibdeno tecuezio rutenão rodio palladio argento cadmio Indio stannão antimonio tellurio Todio 37 38 39 1799K - 2750K 42 2996K 2430K 2607K 2237K 1828KC 47 1234.93K - 45 429.75K 50 505.08X - 903.78K 52 722.66K 53 403 5.49 660 664 665 702 711 720 505 731 865 558 709 854 1008 1351 1.532 2.64 652 10.28 11 12.45 12.41 12.00 10.49 1.65 731 6.607 6.24 4.933 2.942 0.82 0.95 % 88.91 1.33 92.91 95.94 [98.91] 19 101.1 1029 2.28 22 1.93 1.69 1.78 1.96 121.8 2.05 - 2.1 2.66 20 +1 +2 +3 +4 +3+5 +1+2+3+4+5+6 +4+5+6+7 +2+3+4+5+6+7 +3 +2+4 +1 +3 +2+4 43+5 -2+4+6 11+5+1 cesio bario afalo tantalio tungsteno renão osmio iridio platino ero mercerto tallio plombe bismuto polonio astato radon 301.7% 1506K 3290K 3695K 3499K 76 3306K- 2041.4K% 1337.33K 80 81 5778 600.61K 544.7K $4 85 202K 376 642 761- 19.25 W 170 Re Os Ir Pt Au 190 193 Hg 13.53 11.85 1.34 9.7 9.196 6.35 4.4 0.79 0.89 1.3 1180.9 1.5 2:56 1.9 222 22 2.28 2.54 2014 207.2 209 [209] 2 [210] [222] 22 +1 +2 +4 +2+3+4+5-6 +2+3+4+6+8 +3+4 +2+4 +1+3 +1+2 +1+3 +2+4 +3+5 +2+4+6 11+3+547 francio radio rutherfordio dubalo boario darmstadtio rocatgrala Ribonio nerovia Hverinocio 106 107 108 109 112 2700K 114 2340K 115 116 2637K 117 118 Fr Ra Rf 1579.9 Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh FI Mc LV 7129E 77.4 19.1 (223] [226] 0.9 2(261] 8 (262] [266) = (264) (265) 2 [268] (271] [272] Lit +1 +2 +1+3 +2+4 +1+3 +2+4 119 120 Lantanio cerio praseodimio neodimio protezio samario europio gadolinio tertio disprodo tullio itterbio lutezio 57 119JK 58 1068K 59 1208K 60 1297% 61 1315K 62 1345K 63 1099K 64 1585K = 65 1629K 66 1680Kč 67 1734K 68 1502K 69 1818K 70 1097K 71 1925K 438 528 523 Nd 530 7.01 Pm Sm Eu Gd 592 564 472 Ho Er 167.3 Tm Yb Lu 9.543 21.13 = 150.4 1.17- 1.2 12 - 1589 162.5 164.9 1.23 168.9 1.25 - 173 1.1 175 1.27 Lit Lit +2+3 +3 attinto Torio proattinio uradio Americio carla californie Termmio +3 Lit +3 Lit +3 +3 +3 Lit +2+3 Lit am Lit Lit Lät +3 +3 +3 Sym +1+3 Sim Sim +6 Sim +7 Sim Sum Sym 18 +1+3+4+6 +2+4+8 +1+2+4 ][284] (289] (288] [292] (310] (314] periodo 7 393 509 71022 21155 7204.95 2704.9 7723.6 Ts 7742.9 Og 2839.4 723.2 137.1 NO.7 E 128.7 123.7 1142 Attinidi 64.8 1757.4 7429 1753.3 2900.8 99552 SK Cal Cal Cal Cal Cal Lit Atm Lit Lit Lit Sid Sid S&d Sid 197 200.6 2.04 2.33 2.02 periodo 6 1.93 3.51 19.31 16.69 21.02 22.59 g 21.45 TI Pb 716 703 $12 930 1351 Cs 132.9 Ba Hf Bi Po At Rn 137.3 178.5 = 183.8 1862 190.2 1922 195.1 Cal Cal Cal Cal Cal Cal Li Lit Lit Lit Sal Lit Sid Sad Sid Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 87.62 1.22 . 91.22 16 2.16 22 106.4 107.9 1124 -1148 -118.7 127.6 126.9 1313 Lit Atm periodo 5 Rb 85.47 Sr 4.472 Y 616- Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd 78 29 23432X 56 1000K 72 73 74 $6 $78 1007 579 As Se Br Kr 2.413 0.52 1 136 47,87 1.54 50.94 1.63 2.18 79.91 Sid Sid SHI Cal Cal Cal Cal Ca Cal Lit Atm +1 +2+3+4 +2+3+4-5 +2+3+4-6 +2 elemento instabile o radioattivo Cal calcofilo 11 370.94K 12 Sım sintetico 496 578 Si 756 1012| 1000 1251 1521 26.98 1.61 26.09 19 30.97 2.19 32.07 35.45 3.16 39.95 Lit Li Lit Cal Lit Atm +1 +2 +3 +264 +3+5 -2+4+6 $1+3+547 periodo 4 K Ca Sc Ti V 717 150 7.21 7.874 1.83 1.88 1.91 19 69.72 72.64 P S CI Ar periodo 3 Na 22.99 Mg 0.968 923K 787.7 1.738 peso atomico [peso atomico] elemento stalrile elemento elrimento naturale sicdetico Lit Litodilo periodo 2 453.65K 4 1540K 801 1086 1402 1681 2081 2.08 1.5-2.1 0.305 1.505 1.207 0.98 9.012 1.57 2.04 2.55 14.01 16 Li 6.941 0.534 gruppo 2 sáubolo X 111 energia di prima ionizzazione (kj mol) X liquido neutro IIA classificazione Goldydesdr Atm proprietà degli ensidi X gavsolo mediamente basico stato d'ovádazione fortemente basico X non conosciuto PoSeteto Be 1111 debolsaente lusico periodo | H 0.07 6.145 1.008 2.2 debeleaesse acido Atm 19 Lantanidi X+1) X-2+4) 138.9 1.1- 1.12- 1.13 - 144.2 1.14 - [145] 152 157.3 8.54 1.22- 9.066 1.24- 9.32 60 6.162 6.77 6.77 140.1 140.9 Lit Lit +3+4 Li Lit Lit periodo 8 2463.1 Uue Ubn [315] 20.93 [320] La Ce Pr 523 543 547 Tb D 5.91 5.727 3.102 39.1 40.08 44.96 Lit +3 312.45K 1050K 40 2128K- 41 44 46 49 51 356.85K 161.40K 19 1115K 1814K 30 31 34 265.8K 745 8.908 sáderofilo magnesio 14 24.31 1 2372 2 0.95K ][285] copernicio 87 123980 104 72400Kč 110 0.7 tanidi Ta +4+6+7 2100008 1811K 23 78.96 Lit +2+3 603