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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
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Le Caratteristiche della Luce
Ca BaLi K CuNa Sr
righespettrali
La LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
c = 3.00x108 m·s-1
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Le Caratteristiche della LuceLa LUCE è una RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA
c = 3.00x108 m·s-1
campo elettrico
Def. La FREQUENZA, νννν, èil numero di cicli, ovvero di
inversioni complete al secondo[1 Hz = 1 s-1]
Lunghezza d�onda λλλλ
Def. La LUNGHEZZA D�ONDA, λλλλ, èla distanza tra un massimo/minimo
e quello successivo
λλλλ x νννν = c
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Quanti e Fotoni
Max Planck
FOTONE
ELETTRONE
METALLO
Intensità da dipende NON elettroni cinetica En.incidenteraggio Intensitàelettroni Numero ∝∝∝∝
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 dirifrazione, che come PARTICELLA. La particella di luce è chiamata FOTONE.
E = h·νννν h = costante di PlanckEnergia a fotone/10-19 JFrequenza/1014 Hz
2.03.0Infrarosso5.78.6Ultravioletto
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Spettri Atomici e Livelli Energetici
Atomo di H
L�ATOMO DI H, ESISTE IN UNA SERIE DISCONTINUA DI STATI, DETTI LIVELLI ENERGETICI
E
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L�Atomo di Bohr•Rutherford 1908: nucleo “massivo” con cariche positive.•Bohr 1913: l’elettrone dell’atomo di H ruota intorno al nucleo, descrivendo un’orbita circolare.
r F = maForza
CoulombianaAccelerazione
Centripeta
2
2
re =
rvm
2
2
2
mver ====
mrev ====
Energia Totale = Energia Cinetica + Energia Potenziale
re
21
re
re
21
remv
21E
22222 −−−−====−−−−====−−−−====
POSTULATO DELLA QUANTIZZAZIONE DELLA QUANTITÀ DI MOTO∞∞∞∞====
ππππ====⋅⋅⋅⋅ 1,2,3,...,n
2hnrmv
mrev ====
mr1
2hnv ⋅⋅⋅⋅ππππ
⋅⋅⋅⋅==== mr1
2hn
mre
ππππ====
22
2
me4hr
ππππ====
2
42
2
2
hme2
n1
re
21E ππππ−−−−====−−−−====
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L�Atomo di Bohr22
2
me4hr
ππππ==== 2
42
2
2
hme2
n1
re
21E ππππ−−−−====−−−−====
n = numero quantico STATO QUANTICO
2^ POSTULATO
L�ATOMO EMETTE O ASSORBE ENERGIA SOTO FORMA DI RADIAZIONI ELETTROMAGNETICHE SOLO QUANDO SI VERIFICANO DELLE TRANSIZIONI, CIOÈPASSAGGI 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.
hEE
hEEE
'nn
'nn
−−−−====νννν
νννν====−−−−====∆∆∆∆LEGGE
DI BOHR
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I Modelli dell�Atomo•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 isknown in this instant, and vice versa. Heisenberg, uncertainty paper, 1927
r
PROBABILITÀ
•de Broglie 1924: anche gli elettroni sono caratterizzati da dualismo onda-particella.
MECCANICACLASSICA
MECCANICAONDULATORIA
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Gli Orbitali Atomici•Edwin Schrödinger 1926 EQUAZIONE di SCHRÖDINGER
NUMERI QUANTICIn, l, ml
FUNZIONE D�ONDA = ORBITALEL�orbitale atomico è associato alla regione di spazio nella quale è più
probabile rinvenire l�elettrone.
LIVELLOENERGETICO
SUPERFICIE DEICONTORNI
MECCANICACLASSICA
MECCANICAONDULATORIA
EQUAZIONE DISCHRÖDINGER ORBITALE
traiettoria probabilità
numeri quantici
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Gli Orbitali AtomiciNumero quantico principale n = 1, 2, 3, �, ∞Numero quantico azimutale l = 0, 1, 2, �, n-1Numero quantico magnetico ml = -l, -l+1, �, 0, �, l-1, +l
n = 1 l = 0 s 0 1s
n = 2l = 0 s 0 2s
l = 1 p -1 2p0 +1
n = 3
l = 0 s 0 3s
l = 1 p -1 3p0 +1
l = 2 d -2 -1 0 +1 +2 3d
n l ml
s
strato sottostrato orbitale
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Lo Spin Elettronico
Numero quanticodi spin ms
↑↑↑↑++++ 21 ↓↓↓↓−−−−
21
Samuel GoudsmitGeorge Uhlenbeck
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Gli Atomi MultielettroniciATTRAZIONE
NUCLEO - ELETTRONEREPULSIONE
ELETTRONE - ELETTRONE
STRUTTURA ELETTRONICA
rcaricacaricaPOTENZIALE ENERGIA ××××∝∝∝∝ 2mv
21CINETICA ENERGIA ====
CINETICAENERGIA POTENZIALE ENERGIAETOT ++++====
+
-2p
3p
3dE↑
1s
2s
3s
4s
Li: 3e-
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Il Principio della Costruzione a Stratin, l, ml, ms
STATO FONDAMENTALEconfigurazione corrispondente alla minima energia possibile.STATI ECCITATIconfigurazione 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.
1. SE DUE ELETTRONI OCCUPANO UNO STESSO ORBITALE (n, l, ml sono uguali) I LORO SPIN DEVONO APPAIARSI.
2 e-
n, l, ml, ms
CONFIGURAZIONE ELETTRONICA
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
3d
4d
5d
6d
4f
5f
2. NON CI POSSONO ESSERE PIÙ DI DUE ELETTRONI PER ORBITALE.
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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.
Il Principio della Costruzione a Strati
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La Configurazione Elettronica degli Atomi
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La Configurazione Elettronica degli Ioni3p
3s
Na [Ne]3s1
[Ne]
3p
3s
Na+ [Ne]
[Ne]
4p
4s
3d
Fe [Ar]3d64s2
[Ar]
4p
4s
3d
Fe2+ [Ar]3d6
[Ar]
4p
4s
3d
Fe3+ [Ar]3d5
[Ar]
2p
2s
O [He]2s22p4
[He]
2p
2s
O2- [He]2s22p6
[He]
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Struttura Elettronica e Tavola Periodica2 elettroni8 elettroni8 elettroni18 elettroni18 elettroni32 elettroni
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Na
Raggio Atomico e Raggio IonicoDef. 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 èl�aliquota che gli spetta della distanza tra due ioni contigui in un solido ionico.
2r ran + rcat
crescente
decrescente
100 pm
Na+ Be Be2+
O2-O F-F
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Energia di IonizzazioneDef. 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.)g(e)g(Cu)g(Cu −−−−++++ ++++→→→→)g(e)g(Cu)g(Cu 2 −−−−++++++++ ++++→→→→
decrescentecrescente
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Affinità ElettronicaDef. L�AFFINITÀ ELETTRONICA, Eae, è l�energia che si libera quando l�atomo in fase gas cattura un elettrone.
AffinitàElettronica (kJ·mol-1)