Concetti Chiave
- Il modello atomico di Bohr introduce l'idea che gli elettroni si muovono in orbite stazionarie intorno al nucleo, senza emettere continuamente energia, in contrasto con il modello planetario di Rutherford.
- Il principio di indeterminazione di Heisenberg e le funzioni d'onda di Schrödinger suggeriscono che la posizione degli elettroni è probabilistica, con orbitali che indicano regioni di alta probabilità di trovare un elettrone.
- I numeri quantici descrivono le proprietà degli elettroni: il numero quantico principale indica il livello energetico, mentre il numero quantico secondario e magnetico determinano la forma e l'orientazione degli orbitali.
- Il numero quantico di spin descrive la rotazione di un elettrone su se stesso, con due possibili stati di spin parallelo o antiparallelo, importante per la configurazione elettronica.
- Le regole di riempimento degli orbitali, come la regola di Aufbau, il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund, determinano l'ordine e la disposizione degli elettroni negli orbitali di un atomo.
Indice
Fisica quantistica e configurazione elettronica
Il primo scienziato ha formulare un primo modello atomico fu Thomson. Secondo Thomson all'interno di un atomo erano presenti sia cariche positive e cariche negative, ma Rutherford si rese conto che siccome non tutte le particelle oltrepassavano l'atomo, al centro c'era un nucleo. Tuttavia Rutherford nel suo modello planetario non aveva considerato il fatto che una carica elettrica perde progressivamente energia, ma se così fosse non esisterebbe la materia perché tutti gli elettroni collasserebbero sul nucleo atomico.
Bohr
Bohr fonde il modello planetario con la teoria quantistica, affermando che gli elettroni non emettono continuamente energia, ma in piccoli pacchetti detti quanti. Secondo il suo modello atomico di elettroni compiono un moto circolare intorno all'atomo descrivendo delle orbite stazionarie che sono caratterizzate da precisi livelli energetici.Per passare dallo stato fondamentale allo stato eccitato un elettrone ha bisogno di energia, e al contrario cederà energia (un fotone) per passare nuovamente al suo stato fondamentale. Il numero n, detto numero quantico principale, dà informazioni sul livello energetico e può assumere solo valori interi.
secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg la probabilità di conoscere la velocità di un elettrone è inversamente proporzionale alla probabilità con cui si può conoscere la sua posizione. La posizione dell'elettrone non è determinata nello spazio, e il fisico Schrödinger ipotizza che le soluzioni a questa problematica possano essere rappresentate dalle funzioni d'onda. Essa permette di conoscere la probabilità che ci sia un atomo nell'orbitale, definito come la regione in cui è elevata la probabilità di incontrare un elettrone.
In base alla loro forma esistono quattro tipi di orbitali: l'orbitale s è di forma sferica, l'orbitale p è formato da due lobi, l'orbitale d è rappresentato da un quadrifoglio e l'orbitale f è un complesso modello di orbitale.
Numeri quantici
il numero quantico principale, secondario e magnetico possono essere ricavati dalla funzione discodinger. il numero quantico principale riguarda il livello energetico e può assumere solo valori interi.il numero quantico secondario indica il tipo di orbitale compatibile con un determinato livello energetico, e può assumere valori compresi tra 0 e n-1.
il numero quantico magnetico indica il numero di orbitali che corrispondono a un determinato sotto livello energetico, per questo caratterizzati dalla stessa energia ma con una diversa orientazione spaziale. Esso può assumere valori compresi tra -l e +l incluso lo 0.
Il numero quantico di spin è il quarto numero quantico ma non può essere dedotto dalla funzione d'onda. Esso indica la proprietà di ciascun elettrone di ruotare su se stesso: due elettroni hanno spin parallelo se ruotano nello stesso senso, altrimenti hanno spin antiparallelo.
Regole di riempimento degli orbitali
La prima regola da osservare quando si va a fare la configurazione elettronica di un elemento è la regola di Aufbau, che stabilisce che l'elettrone tende a occupare l'orbitale con il livello energetico più basso. Altra regola è il principio di esclusione di Pauli, secondo cui ogni orbitale può essere occupato al massimo da due elettroni che devono avere spin anti parallelo.Per la regola di Hund se ci sono più orbitali appartenenti allo stesso sottolivello, ovvero che hanno la stessa energia e sono detti orbitali degeneri, gli elettroni si dispongono prima uno per ogni orbitale e con spin paralleli. Quando sono stati occupati tutti gli orbitali degeneri si procede a posizionare il secondo elettrone che abbia spin antiparallelo, siccome gli elettroni spendono più energia a occupare un livello energetico più alto piuttosto che a respingere l'elettrone.
Domande da interrogazione
- Qual è il contributo principale di Bohr alla teoria atomica?
- Cosa descrive il principio di indeterminazione di Heisenberg?
- Quali sono i quattro tipi di orbitali e le loro forme?
- Come si determinano i numeri quantici principali, secondari e magnetici?
- Quali sono le regole di riempimento degli orbitali?
Bohr ha combinato il modello planetario con la teoria quantistica, introducendo l'idea che gli elettroni si muovono in orbite stazionarie con livelli energetici definiti, emettendo o assorbendo energia in quanti.
Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che la probabilità di conoscere la velocità di un elettrone è inversamente proporzionale alla probabilità di conoscere la sua posizione.
Gli orbitali sono di quattro tipi: s (sferico), p (due lobi), d (quadrifoglio) e f (complesso).
Il numero quantico principale riguarda il livello energetico e assume valori interi; il numero quantico secondario indica il tipo di orbitale e varia tra 0 e n-1; il numero quantico magnetico indica il numero di orbitali con la stessa energia e varia tra -l e +l.
Le regole includono la regola di Aufbau (occupazione dell'orbitale a energia più bassa), il principio di esclusione di Pauli (massimo due elettroni per orbitale con spin antiparallelo) e la regola di Hund (disposizione degli elettroni con spin paralleli in orbitali degeneri).
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