Modello atomico a strati e configurazione elettronica

Il modello atomico a strati

Bohr suddivise i livelli di energia in sottolivelli, contraddistinti con le lettere s (che contiene al massimo 2 elettroni), p (con massimo 6 elettroni), d (con massimo 10 elettroni) e f (con massimo 14 elettroni). La formula che determina il numero massimo di elettroni che un livello principale di energia può contenere è: 2n^2 (dove n è il numero del livello). Per i livelli più bassi le differenze di energia sono più grandi rispetto che ai livelli superiori.

Confutazione del modello di Bohr

A dimostrazione che i principi della fisica classica non possono essere applicati a sistemi tanto piccoli, furono De Broglie e, successivamente, Heisenberg, che attribuirono all'elettrone una natura ondulatoria e corpuscolare.

I numeri quantici e le proprietà periodiche

I numeri quantici sono 3 (principale n, secondario l, magnetico m) e a ciascuna terna corrisponde una funzione d'onda a cui viene dato il nome di orbitale. Dal numero quantico principale dipendono la dimensione dell'orbitale e il numero massimo di elettroni contenuti nel livello.

Il numero quantico secondario

Il numero quantico secondario indica quanti tipi di orbitale possono esistere in un livello principale (valori compresi tra 0 e n-1). Gli orbitali hanno gli stessi nomi dei sottolivelli e forme diverse tra loro.
• Gli orbitali s hanno forma sferica e il loro volume aumenta all'aumentare di n.
• Gli orbitali p hanno forma bilobata. Gli orbitali d hanno forma tetralobata.
• Gli orbitali f hanno forma molto complessa.

Il numero quantico magnetico

Il numero quantico magnetico indica quanti orbitali possono essere individuati in un sottolivello e la loro direzione.
• Per l = 1  →  m può assumere 3 valori: -1, 0, +1.
• Per l = 2  →  m può assumere 5 valori: -2, -1, 0, +1, +2.
• Per l = 3  →  m può assumere 7 valori: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3.
Sono detti degeneri gli orbitali appartenenti a uno stesso sottolivello e con la stessa energia.
Il numero quantico di spin
Il numero quantico di spin riguarda la natura intrinseca dell'elettrone e se gli altri numeri quantici sono uguali può avere solo 2 valori: +1/2 e -1/2. Inoltre, secondo il principio di esclusione di Pauli: due elettroni possono coesistere in uno stesso orbitale solo se dotati di spin opposti.

La sequenza di riempimento

Gli orbitali vengono rappresentati con dei quadratini:
• un orbitale vuoto viene rappresentato con un quadratino vuoto
• un orbitale con un elettrone viene rappresentato con una freccia ↑ all'interno di un quadrato
• un orbitale con 2 elettroni viene rappresentato con due frecce ↑↓
L'ordine di riempimento va dall'orbitale con meno energia a quello a più energia e le strutture elettroniche esterne degli elementi si ripetono periodicamente ogni volta che si conclude il riempimento di un livello.
La periodicità delle proprietà degli elementi
Il volume e il raggio atomico aumentano lungo il gruppo, procedendo dall'alto verso il basso, e diminuiscono lungo il periodo da sinistra verso destra. L'energia di ionizzazione è l'energia richiesta per estrarre l'elettrone più esterno da quell'atomo allo stato gassoso. L'energia di ionizzazione aumenta lungo il periodo e diminuisce lungo un gruppo. L'affinità elettronica è la quantità di energia rilasciata quando un atomo neutro acquista un elettrone e diminuisce lungo un gruppo, mentre aumenta lungo un periodo.

L'elettronegatività

Per facilitare la lettura della tavola periodica, l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica sono state unite insieme in un'unica proprietà detta elettronegatività.