Chimica - Appunti Completi

L’atomo

L’atomo è l’unità semplice che compone i vari elementi. Ogni atomo è costituito da protoni

(+1) e da neutroni. Questi formano il nucleo (positivo) e determinano gran parte della massa

complessiva dell’atomo. Attorno al nucleo orbitano i vari elettroni (-1).

Il numero atomico (Z) è il numero complessivo dei protoni presenti in un atomo.

Il numero di massa (A) è la somma di protoni e neutroni.

Se un atomo possiede un ugual numero atomico (e quindi appartiene allo stesso elemento),

ma un diverso numero di massa, allora viene chiamato isotopo. Gli isotopi, quindi,

differiscono per il numero dei neutroni presenti nel nucleo.

Per esempio:

Il Carbonio, che normalmente ha numero atomico 12, e quindi 6 protoni e 6 neutroni, si può

trovare in natura anche sotto forma del suo isotopo, il Carbonio 14, che ha ugual numero

atomico, ossia ugual numero di protoni (6), ma diverso numero di neutroni (in questo caso 8,

invece di 6).

Il numero di protoni, in un atomo, è sempre uguale al numero di elettroni: la carica totale,

infatti, è nulla.

Se il numero di elettroni è diverso dal numero di protoni, allora l’atomo prende il nome di

ione: anione se possiede più elettroni, catione se possiede più protoni.

Nel 1926, Heisenberg introduce il cosiddetto Principio di Indeterminazione, secondo il quale

quanto maggiore è l'accuratezza nella misurazione della posizione di una particella

subatomica, tanto minore è la precisione della misurazione effettuata sulla sua velocità, e

viceversa. In base a tale principio vi è un limite fisico insuperabile alla precisione con la

quale possiamo misurare la posizione e la velocità di un elettrone o di altre particelle. Ogni

nostro tentativo di diminuire, per esempio, l’incertezza circa l’effettiva velocità di un

dell’incertezza riguardo alla sua posizione.

elettrone, sarà seguito da un aumento

Nel 1929, però, Schrodinger introduce la possibilità di utilizzare un calcolo statistico al fine

di conoscere la posizione dell’elettrone. Esisterebbero, dunque, aree dove l’elettrone ha

maggior probabilità di trovarsi.

Egli scrive un’equazione che descrive le regioni di spazio in cui è possibile trovare i vari

Quest’equazione

elettroni di un atomo: gli orbitali. si basa su 3 numeri quantici: n, l e m.

E’ il e può assumere tutti i valori compresi tra 1 e ∞.

n: numero quantico principale

Descrive l’energia di un orbitale e, dunque, quanto l’elettrone può stare distante dal nucleo.

Più l’energia dell’elettrone è grande, più può essere distante dal nucleo e più è ampia l’orbita.

E’ il

l: numero quantico azimutale e può assumere tutti i valori da 0 a (n-1). Determina la

forma dell’orbitale.

E’ il –l

m: numero quantico magnetico e può assumere tutti i valori compresi fra e +l.

Determina l’orientazione dell’orbitale, secondo un sistema di assi. ᴪ

n l m

1 0 0 (1.0.0)

2 0 0 (2.0.0)

1 -1 0 1 (2.1.-1)

(2.1.0)

(2.1.1)

3 0

1

2 -2 -1 0 1 2

= 0, quindi l’orbitale ha forma sferica. Questi orbitali vengono

Nel primo caso (1.0.0), l

chiamati “s”. Il numero quantico è però 1, quindi l’orbitale avrà il nome

n 1s.

è 2, quindi l’orbitale avrà nome

Nel secondo caso (2.0.0), l è sempre 0, ma n 2s, che è sempre

una sfera, ma più grande.

= 1, la forma dell’orbitale assomiglia all’∞ e l’orbitale prende il

Nel caso in cui n = 2 e l

nome di p. Tuttavia, come di regola, il livello energetico n è 2, quindi 2p.

Come possiamo vedere dalla tabella, nel caso di n = 2 e l = 1, abbiamo tre differenti orbitali,

ossia per l’orientazione sugli

che differiscono per m, assi.

Nell’ultimo caso, se 2, l’orbitale prende il nome di

l = d. In questo caso, quindi 3d. Avrà la

forma di un doppio infinito incrociato e 5 possibili orientazioni nello spazio.

Per definire dove vanno gli elettroni esistono 3 regole:

occupano l’orbitale con energia minore a

1. Gli elettroni

loro disposizione. < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s …

Quindi avremo1s

2. Principio di indeterminazione di Paoli: Dati i 4 numeri

quantici (s, p, d, f), non possono esistere nello stesso

atomo elettroni con tutti numeri quantici uguali. In

ogni orbitale, dunque, ci possono stare solo 2 elettroni,

aventi spin invertito.

3. Regola di Hund: Se più elettroni si devono disporre su

orbitali, prima li occupano e poi li riempiono.

Configurazione elettronica Azoto:

1. Trova il numero atomico. In questo caso 7.

Determina la carica dell’atomo.

2. Quelli neutri hanno un

numero di elettroni pari al numero atomico, mentre gli atomi

carichi possono averne una quantità maggiore o minore, in

base alla potenza della carica; quindi aggiungi o sottrai il

numero di elettroni a seconda della carica: aggiungi un

elettrone per ogni carica negativa e sottrai un elettrone per

ogni carica positiva.

3. Ricorda gli orbitali: quelli di tipo s contengono un orbitale singolo, quelli del tipo p 3

orbitali, quelli del tipo d 5 orbitali e quelli del tipo f 7 orbitali.

4. Comincia a riempire i vari orbitali con gli elettroni, seguendo necessariamente il

livello energetico (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d,

7p, 8s). dell’azoto 2 2 3

La configurazione elettronica sarà quindi 1s 2s 2p .

2 2 6 2 6 2 1

Configurazione elettronica Scandio: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .

Regola dell’ottetto: 2 6

Otto elettroni nella configurazione s p prendono il nome di ottetto ed è

una configurazione di grande stabilità, cioè di basso contenuto di energia; gli atomi, nella

formazione dei legami, tendono quindi a realizzare, quando possibile, una tale configurazione

esterna, CEDENDO o ACQUISTANDO o METTENDO IN COMUNE elettroni con altri

atomi. Questa regola sempre valida per gli atomi del 2°periodo, viene meno nei numerosi casi

in cui un atomo, in un certo composto, nel formare legami impegna anche orbitali d oltre

in tal caso nella configurazione elettronica esterna dell’atomo considerato,

quelli s e p;

risultano presenti più di otto elettroni.

Con reattività chimica di un elemento si indica, quindi, la capacità di un elemento di

per raggiungere l’ottetto e, quindi, una situazione di grande

acquistare o donare elettroni

stabilità e poca energia.

La tavola periodica di Dmitri Mendeleev:

Nel 1869 Dmitri Mendeleev elaborò la prima tavola periodica degli elementi. Egli notò, infatti, che

gli elementi erano, in qualche modo, periodici, ossia ripetevano costantemente proprietà o

caratteristiche fisico-chimiche. Notò, per esempio, che elementi con pesi simili avevano anche

proprietà simili. Grazie a questa periodicità con cui alcune proprietà chimiche si ripetevano e su cui

questi riuscì a predire l’esistenza in natura di tre

Mendeleev basò la scansione degli elementi,

elementi ancora non conosciuti: il Gallio, il Germanio e lo Scandio.

Nella tavola periodica attuale, le righe prendono il nome di periodi, mentre le colonne di

gruppi.

Interazione fra atomi: i legami

Per parlare delle varie interazioni fra atomi, è necessario introdurre 3 proprietà:

 . L’allontanamento di un elettrone (sempre quello più esterno) richiede

+ -

1. X X + e

energia, chiamata energia di ionizzazione. Questa energia ha caratteristica periodica,

ossia nella tavola è molto alta negli elementi in alto a destra, mentre quasi assente in

quelli in basso a sinistra.

I non metalli non hanno tendenza a cedere elettroni, ma mostrano un’elevata

2. affinità

elettronica, ossia liberano energia quando viene aggiunto loro un elettrone.

E’ una proprietà degli elementi che riflette la tendenza dei loro

3. Elettronegatività:

atomi ad attrarre gli elettroni a sé. Più un atomo è elettronegativo, più sarà capace di

attrarre elettroni. Anche questa proprietà ha caratteristica periodica. Nella tavola gli

elementi più elettronegativi sono quelli in alto a destra.