Configurazione elettronica degli atomi e numeri quantici

Configurazione Elettronica

• Configurazione elettronica Chimica Sc Ti V Cr 25 54.938 Mn 26 MOR Fe EISEN DOMEDIUM TITAN VANADIUM CHROM MANGAN 45 100 0 88.906 40 91.224 41 92.906 42 95.95 43 (98) 44 101.07 Rh Y Zr Nb Mo Tc TECHNETIUM MOLYBDÄN NIOB ZIRKON 75 186.21 74 183.84 73 180.95 72 178.49 57-71 Ta Hf WOLFRAM 108 (277) TANTAL 107 (272) HAFNIUM 106 (271) Hs 104 (267) Sg HASSIUM BOHRIUM SEABORGIUM DUBNIUM AceLr -5 47.807 Z3 50.942 24 51.996 YTTRIUM Ir Re Os IRIDUS OSMIUM RHENIUM 109 CZNE La-Lu Denthaniden 105 (268) Bh 89-103 Rf Db W Ru RUTHENIUM 77 1922 76 190.23 Mt

I Numeri Quantici

I numeri quantici permettono di descrivere gli orbitali.

• Il numero quantico principale n -> individua il livello energetico e le dimensioni degli orbitali
• Il numero quantico secondario { -> (detto anche angolare o azimutale) determina la forma dell'orbitale e ne individua il sottolivello energetico
• Il numero quantico magnetico m -> descrive l'orientamento dell'orbitale nello spazio
• Il numero quantico di spin ms -> caratterizza lo spin (proprietà magnetica dell'elettrone)

Numero Quantico Principale n

Cosa rappresenta il numero quantico principale n? Il livello energetico e la dimensione degli orbitali! n = 1, 2, 3, ... infinito Z numero quantico principale livello energetico y K x n=1 n=2

Numero Quantico Secondario o Azimutale

Cosa rappresenta il numero quantico secondario o azimutale ?? La forma e il sottolivello energetico dell'orbitale e = 0, ... ,n-1 Z N - numero quantico azimutale ( o secondario ) y I=0 orbitale sferico rispetto al nucleo X Z numero quantico azimutale ( o secondario ) y I=1 orbitale asimmetrico rispetto al nucleo x 0 orbitale di tipo P doppio lobo

• { determina la forma degli orbitali Se { = 0, l'orbitale è definito "orbitale s" Se {= 1 l'orbitale è definito "orbitale p" Se { = 2 l'orbitale è definito "orbitale d" S p d 6d 5f Energia 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s 7s

Numero Quantico Magnetico m

Cosa rappresenta il numero quantico magnetico m? L'orientazione dell'orbitale nello spazio m= - €, .. ,0, .. ,+€ Es. Se ł = 1 -> m = - 1, 0, +1-> 3 orientazioni nello spazio (x, y, z) z Z Z piano yz y y y piano xy piano xz × orbitale Px orbitale Py orbitale pz Px Py Pz

Numero Quantico di Spin m

Cosa rappresenta il numero quantico di spin m ? Il verso di rotazione dell'elettrone rispetto al proprio asse m = +1/2 0 -1/2 S N antiorario orario ELETTRONE 1 N S SPIN UP SPIN DOWN 1 1 + - 2 2

Riassunto dei Numeri Quantici

Riassumendo Numero quantico (n) azimutale (I) magnetico (m) tipo orbitale Numero orbitali nel sottolivello 1 0 0 1s 1 2 0 0 2s 1 2 1 -1, 0, +1 2p 3 3 0 0 3s 1 3 1 -1, 0, +1 3p 3 3 2 -2, -1, 0, +1, +2 3d 5 4 0 0 4s 1 4 1 -1, 0, +1 4p 3 4 2 -2, -1, 0, +1, +2 4d 5 4 3 -3 ,-2, -1, 0, +1, +2, +3 4f 7

Esempio di Valori dei Numeri Quantici

Esempio se n = 3 Che valori assume {? Assume valori compresi tra 0 e n-1, quindi l= 0, 1, 2 Che valori può assumere al massimo m? Assume valori compresi tra -l e +{, quindi: per l= 0, m= 0 per {= 1, m= - 1, 0, +1 per {= 2, m = - 2, -1, 0, +1, +2 Quindi quanti orbitali sono presenti nel livello energetico n = 3? 1 orbitale 3s, 3 orbitali 3p, 5 orbitali 3d = 9 orbitali! Più semplicemente, num. di orbitali = n2 = 32 = 9

Principio di Aufbau

Principio di Aufbau Il procedimento per costruire la configurazione elettronica di un atomo si chiama principio di Aufbau, e consiste nelle seguenti regole: 1. Il principio di minima energia 2. Il principio di esclusione di Pauli 3. La regola di Hund Aufbau significa "costruzione" in tedesco, non è il nome di uno scienziato!

Principio di Minima Energia

Principio di minima energia 1. Il principio di minima energia (regola della diagonale) Gli elettroni occupano gli orbitali in ordine di energia crescente. 7s Tp 6s 6p 6d 5$ 52 5d 5f 46 4R 4d 4f 36 3R 3d 2s 2p

Principio di Esclusione di Pauli

Principio di esclusione di Pauli Un orbitale può contenere al massimo due elettroni con spin antiparallelo Per questo motivo, essendoci n2 orbitali per ogni livello n: il numero massimo di elettroni di un dato livello è 2n2. orbitale vuoto orbitale semisaturo orbitale saturo 1

La Regola di Hund

La regola di Hund Gli elettroni tendono ad occupare il maggior numero possibile di orbitali di un sottolivello, disponendosi con spin paralleli Quindi gli elettroni prima OCCUPANO, con spin parallelo, il maggior numero di orbitali isoenergetici vuoti e poi li RIEMPIONO COMPLETAMENTE. - 1 1 1 1 1 - 1 1 L 1 1 x

Esercizio Pratico

Step 1: Numero Atomico

Mettiamoci alla prova! Step 1: cerca il numero atomico dell'elemento 26 Fe numero atomico simbolo nome ferro 55,845 peso atomico

Step 2: Calcolo Elettroni

Step 2: calcola il suo numero di elettroni

Step 3: Ordine di Riempimento

Mettiamoci alla prova! Step 3: tieni a mente l'ordine di riempimento degli orbitali (regola della diagonale) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s 7s 6s 6p 6d 5s 5p 5d 5f 46 4R 40 4f 36 3R 3d 2s 2p

Step 4: Capacità degli Orbitali

Mettiamoci alla prova! Step 4: ricorda che ogni orbitale può contenere al massimo 2 elettroni ➔ s ha solo un orbitale quindi contiene al massimo 2e ➔ p ha 3 orbitali quindi contiene al massimo 6e ➔ d ha 5 orbitali quindi contiene al massimo 10e ➔ f ha 7 orbitali quindi contiene al massimo 14e 7s Energia 6p 5d 4f 6s 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p 2s 1s 6d 5f

Esempio dell'Arsenico (z=33)

Esempio dell'arsenico (z=33) 7p 6d 7s 5f 6p 5d 6s 4f 5p ENERGIA 4d 5s NNNNN 4s N 3d 3p NNN 3s N NNN 2s N ls N 7s 7p 6s 6p 6d 5s 5p 5d 5f 4s 4p. 4d 4f 35 3P 3d 2s 2p 1s [As]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3 2p

Considerazioni sull'Ordine di Riempimento

Cosa notiamo? Per quanto, secondo la regola dell'energia minima, si riempia prima l'orbitale 4s e poi il 3d, quando scriviamo la configurazione elettronica andremo a disporre i numeri quantici principali (n) secondo ordine crescente! Quindi scriveremo prima il 3d e poi il 4s, nonostante gli elettroni riempiano prima l'orbitale 4s. ENERGIA 5p 6s 6p 6d 5s 5p 5d 51 4s 4p. 4d 4f 3s 3p 3d 2s 2 1s [As]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3 1s N 4d 5s NNNNN 4s N 3d 3p NNN 3s N 2p NNN 2s N 7s

Alla prossima lezione! Chimica Sc Ti V Cr 25 54.938 Mn 26 MOR Fe EISEN DOMEDIUM TITAN VANADIUM CHROM MANGAN 45 100 0 88.906 40 91.224 41 92.906 42 95.95 43 (98) 44 101.07 Rh Y Zr Nb Mo Tc TECHNETIUM MOLYBDÄN NIOB ZIRKON 75 186.21 74 183.84 73 180.95 72 178.49 57-71 Ta Hf WOLFRAM 108 (277) TANTAL 107 (272) HAFNIUM 106 (271) Hs 104 (267) Sg HASSIUM BOHRIUM SEABORGIUM DUBNIUM AceLr -5 47.807 Z3 50.942 24 51.996 YTTRIUM Ir Re Os IRIDUS OSMIUM RHENIUM 109 CZNE La-Lu Denthaniden 105 (268) Bh 89-103 Rf Db W Ru RUTHENIUM 77 1922 76 190.23 Mt