Appunti di chimica Ingegneria Meccanica Sgarbossa pages 32-63

Struttura elettronica di atomi polielettronici

- Oltre alle interazioni potenziale elettrostatico tra e^- e

  nucleo atomico ci sono anche quelle tra e^- e e^-

- Equazione di Schrödinger per sistema polielettronico

  non ha soluzioni esatte

- Si hanno perciò soluzioni approssimate simili a

  quelle dell'eq. di Schrödinger per H

  Ψ (xyz)→ E_n e_iⁱ

    n e l (r, θ, φ)

- L’energia degli orbitali atomici dipende oltre che

  dal no. quantico principale, anche dal tipo di orbitale

  in quanto l (e) e della carica nucleare (Z)

- Negli atomi polielettronici gli orbitali di un guscio

  non sono degeneri (hanno E differente)

    ← E_n e  se e ¹

       E_ns < E_np < E_nd < E_nf ...

- Se si analizza la dist. di prob. radiale per orbitali

  dello stesso guscio, si osserva che:

    Es: n = 2

          2S

           2P_x, 2P_y, 2P_z

- Passando da 2s orbitale:

    s, p, d ecc. diminuisce il potere di penetrazione

    dell’ e^- verso il nucleo.

Tanto maggiore è la prob.

che le e^- di orbitale stia

  vicino al nucleo, tanto

  maggiore è la stabilità

  dell’orbitale

Numero quantico di spin s/ms

• momento angolare intrinseco dell'e^-
• esperimento di Stern-Gerlach: inviando un fascio di e^- ad una certa velocità all'interno di un campo magnetico non omogeneo

• gli e^- hanno associato un momento magnetico quantizzato, legato alla quantizzazione del momento di spin
• Il momento angolare di spin può assumere solo due valori opposti tra loro

s/ms = ±¹⁄₂

√^{s(s+1)ℏ⁄_2ℓ}

Un e^- in un atomo sarà descritto in modo completo da:

Configurazione elettronica di un atomo

• Blocco S → I e II gruppo della T.P.

• Blocco p → 13° - 18° gruppo della T.P. guscio di valenza con orbitali np in riempimento

• Blocco d → 3° - 12° gruppo guscio di valenza con orbitali (n-1)d in riempimento

• Blocco f → Lantanidi + Attinidi: guscio di valenza con riempimento progressivo di orbitali (n-2)f

*Per determinare la conf. elettronica di un dato elemento si deve considerare:

1. Il gas nobile precedente (ZGN)
2. Costruire la conf. degli e⁻ di valenza Z - ZGN
3. Individuare la posizione dell’elemento nella tav. periodica
4. Aggiungere l’elemento contando dalla sinistra della tavola (l’elemento di quel periodo)
5. Assegnare ad ogni cella percorso in e⁻ con funzione definita dal blocco della cella considerata

Carattere metallico

• Elevato carattere metallico
  • C di valenza poco legati
  • gli atomi possono dare facilmente cationi
  • allo stato solido e liquido sono buoni conduttori elettrici
  • Z basso
  • E_i bassa
  • E_a bassa
  • E.N. bassa
• I non metalli sono elem. caratterizzati da:
  • Z alto E_i alta E_a alta E.N. alta
  • e di valenza ben legati al nucleo, non disponibili ad essere donati ne mobili
  • allo stato solido e liquido sono isolanti elettrici
• I semimetalli (o metalloidi)
  • hanno proprietà periodiche intermedie rispetto o ai metalli e non metalli
  • hanno conduttibilità elettrica limitata che tende a crescere al crescere della temperatura Lo semiconduttori

Equazione di Born-Landé

• Considera il reticolo come un sistema di cariche disposte nello spazio in modo ordinato e calcola l'energia del sistema considerando tutte le interazioni elettrostatiche tra tali cariche.

E_coul = ¹/_4πε0 · q₁·q₂ / r

• È necessario conoscere la struttura del reticolo ionico, cioè l'esatta posizione relativa delle cariche ioniche che costituiscono il cristallo.
• Per composti ionici di formula C^z-A^z+ ( |q₁| = |q₂| ) le strutture principali sono:

CsCl

• n° di coordinazione = 8

NaCl

• n° di coordinazione = 6

ZnS

• n° di coordinazione = 4

• Se si vogliono determinare le interazioni elettrostatiche di uno ione rispetto a tutti gli altri del reticolo:

E_CsCl = - ¹/_4πε0 · e² / r · 6

q_Cs = +e

q_Cl = -e

E_NaCl = + ¹/_4πε0 · e² / 2r · 12

E_ZnS = - ¹/_4πε0 · e² / √3r · 8

E_ov è tale da essere in valore assoluto, tanto maggiore è la stabilità del legame, quanto maggiore è il valore di S² cioè quanto maggiore è |S|

Gli orbitali interagenti devono potere "muovere" entrambi gli e^- del legame.

Il legame può essere tra due orbitali semi-pieni o tra un orbitale pieno e uno vuoto.

divisione secondo atomo

• Legame σ → sovrapp. sull'asse internucleare
• Legame π → sovrapp. fuori dell'asse internucleare

sσ - sσ → legame biel^-elettronico singolo H - H

La sovrapposizione avviene sull'asse internucleare → σ

sσ - sσ

sσ leg. singolo

• L'ibridazione non comporta alcuna spesa energetica ma:
• gli ₁ e i ₂ orbitali, _p si stabilizzano
• gli ibridi sono più estesi nella direzione del legame
• danno legami ₁ più stabili
• danno legami ₂ più stabili
• limitano la repulsione tra doppiette di legame

Es H₂O

doppietta di legame

doppietta di non legame

doppietta di legame

doppietta di non legame

I doppietti si flettono leggermente "respingendo" due doppietti di non legame che li rendono un po' più estesi nello spazio

• Risonanza:
  • Ogni volta che per una molecola si possono rappresentare più strutture di legame differenti ma equivalenti,
  • la struttura reale dovrà essere immaginata come una media nel tempo di tutte quelle strutture.

Es. C₆H₆ Benzene

struttura limite