Chimica Inorganica e della materia vivente (parte 1)

ELEMENTI

Elemento = sostanza costituita da un'unica specie di atomi

Chimica inorganica e della materia vivente

Margherita Tassan Mazzocco

X= simbolo chimico

Z= numero atomico (n protoni= n elettroni)

A= numero di massa (n prot + n neutronin nucleoni)

ISOTOPI = elementi con uguale Z ma diverso A (perché cambia il

numero di neutroni)

PERCENTUALE ISOTOPICA = percentuale di un certo isotopo

presente

EFFETTO ISOTOPICO = differenze chimico-fisiche tra isotopi

STABILITà NUCLEI (negli isotopi)

Bilancio tra due forze:

Interazione nucleare forte (=interazione che lega tra loro i

• costituenti del nucleo vincendo le repulsioni)attrattiva

Repulsione elettrostatica (=forza che si esercita tra

• protoni)repulsiva

Inoltre se ci sono troppi o troppo pochi neutroni o troppi protoni

n generale, considerando tutti gli elementi, e riportando in grafico gli isotopi in

NUCLEO INSTABILEo non esistono o decadono

unzione della relativa stabilità, si ottiene il seguente profilo:

spontaneamente creando radioattività.

Chimica inorganica e della materia vivente

Margherita Tassan Mazzocco

MATERIA, LUCE ed ENERGIA

ONDE Percorso a

• sinusoide

v = νλ

Frequenza=

• numero di

oscillazioni

complete in 1

sec (1/sec=

Hertz o Mega

Heartz- alla

sesta-)

I vettori che esprimono le variazion

magnetico descrivono una sinusoid

massimo, poi per il valore zero, po

NATURA

nuovamente per lo zero e per il mas

ONDULATORIA DELLA LUCE definisce ciclo ogni singola osci

radiazione elettromagnetica è costituit

di cicli e può essere descritta mediant

La luce è una

•

e la sua frequenza.

radiazione

La lunghezza d'onda è la lunghez

elettromagnetica=

dell'onda cioè la distanza tra i massim

Campi elettrici e

Essa si indica col simbolo (lambda)

magnetici oscillanti

( ) o in millimicron (m ) o anche

perpendicolari tra loro

Ångstrom (Å).

e rispetto alla

1 = 1000 m = 1000 nm = 1

direzione di

La frequenza è il numero di oscillaz

propagazione. È come

compie in un secondo e viene indicata

se il campo elettromagnetico perturbasse l ‘elettrone.

v = cicli/sec

8

C= 3 x 10

• A ogni radiazione con una certa frequenza è associata un

• energia L'unità di frequenza è sec . Un'oscilla

-1

anche un Hertz (Hz). Una frequenza

-34

E= h (h= costante di Planck= 6.62 x 10 )

ν 10 Hz o anche un Megahertz (MHz).

6

la frequenza e la lunghezza d'onda sono tra loro inversamente pro

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Margherita Tassan Mazzocco

MAGGIORE è LA FREQUENZA, MINORE è LA

LUNGHEZZA D’ONDA, MAGGIORE è L’ENERGIA

EFFETTO FOTOELETTRICO (EINSTEIN)

OSSERVAZIONI:

Illuminando una superficie metallica con della luce e

• variando la frequenza si arriva a un punto in cui gli

elettroni sono espulsi dal metallofrequenza di soglia

Sopra questa frequenza il numero di elettroni espulsi

• dipende dall’intensità della luce.

All’aumentare della frequenza aumenta l’energia cinetica

• degli elettroni espulsi eq. di Planck

CONCLUSIONE: LA LUCE è FORMATA DA FOTONI

(=pacchetti di energia). I FOTONI HANNO UNA CERTA

QUANTITà DI MOTO CHE FA ESPELLERE GLI

ELETTRONI. L’ENERGIA MINIMA PER ESPELLERE

ELETTRONI è QUANTIZZZATA (=serve un certo valore

che deve arrivare da un singolo fotone, non dalla somma di

tanti fotoni a bassa energia)

LUCE COME PARTICELLA (oltre che come onda)

Secondo l’equazione di Einstein, i fotoni hanno una massa:

2

E=mc

DE BROGLIE:

La materia ha natura ondulatoria?

• h (eq. di Planck + eq. di Einstein)

λ= mv

No perché gli oggetti non hanno una lunghezza d’onda

L’elettrone ha una natura ondulatoria?

• Sì, infatti creano fenomeni di diffrazione (interferenze

distruttive e costruttive) come la luce

itura: Chimica inorganica e della materia vivente

distruttive,

Margherita Tassan Mazzocco

razione L’ATOMO DI IDROGENO

SPETTRI

ASSORBIMENTO

•

luce sostanza gassosa prisma righe nere= radiazioni assorbite dal gas

EMISSIONE

•

gas eccitato prisma righe colorate= frequenze caratteristiche del gas

CORREZIONE DEL MODELLO DI RUTHERFORD (non

giustificava la stabilità degli atomi, l’elettrone avrebbe dovuto

perdere continuamente energia fino a cadere sul nucleo):

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IL MODELLO DI BOHR DELL’ATOMO DI H (1 prot, 1

elettrone)

Non vi è emissione di energia quando l’elettrone si trova in una

• particolare orbita

Guardando gli spettri Bohr assunse che gli elettroni possono

• assorbire solo certe frequenze, quindi solo certe energie

CONCLUSIONE: GLI ELETTRONI POSSONO STARE SOLO

A CERTE DISTANZE DAL NUCLEO (ORBITE) E AD OGNI

ORBITA CORRISPONDE UNO STATO ENERGETICO.

Gli stati energetici accessibili valgono:

• n= numero quantico principale

R= cost. di Rydberg

Numero negativo= sistema stabile

Quindi le righe degli spettri di

• emissione sono date dal fatto che

gli elettroni tornano a uno stato

energetico più basso e nello

fondimento sulla TEORIA DI BOHR spettro di assorbimento sono

date dal passaggio a stato

postulato di Bohr: l'elettrone può muoversi solo su

ne determinate orbite non-radiative, dette stati

energetico più altoL’ENERGIA

onari; è EMESSA O ASSORBITA

o postulato di Bohr: l'atomo cede (irraggia) o assorbe

gia solo quando l'elettrone compie una transizione da

SOTTOFORMA DI QUANTI (h ) DURANTE SALTI

ν

stato stazionario ad un altro. La frequenza della

DEGLI ELETTRONI TRA ORBITE DIVERSE.

zione emessa/assorbita è legata alle energie dei livelli

rtenza e di arrivo dalla relazione:

Quantità energia assorbita\emessa=

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Quando ni > nf, l’energia è emessa.

• Quando nf > ni, l’energia è assorbita

n=1 orbita più vicina al nucleo

• n= orbita più lontana (E=0)

∞

POSTULATI DI BOHR

1)L’elettrone può muoversi solo su alcune orbite non-radiative =

STATI STAZIONARI

2)L’atomo emette o assorbe energia solo quando l’elettrone passa

da un stato stazionario all’altro

3)QUANTIZZAZIONE DEL MOMENTO ANGOLARE

mvr=momento angolare dell’elettrone

r= raggio dell’orbita

Se nell’atomo di idrogeno di Bohr l’elettrone si comporta come un

onda, essa deve avere come lunghezza d’ onda un numero intero

(n) altrimenti si creerebbe un interferenza

distruttiva L’ELETTRONE NEL SUO MOTO INTORNO AL



NUCLEO PUà OCCUPARE SOLO ORBITE CHE SODDISFINO

QUESTA RELAZIONE grazie a queste osservazioni Bohr calcola



raggio dell’orbita dell’elettrone intorno al nucleo di idrogeno: r=

0.53 A

CORREZIONE di BOHR:

PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG:

NON POSSIAMO DETERMINARE

CONTEMPORANEAMENTE LA QUANTITà DI MOTO E LA

POSIZIONE DEGLI ELETTRONI (non è possibile sulle

particelle subatomiche)

Giustificazioni intuitiva:

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Per osservare un elettrone dobbiamo usare luce, cioè un fotone. Il

fotone quando urta l’elettrone ne modifica la posizioneQUANDO

OSSERVO UN FENOMENO ESSO CAMBIA. Quindi non

sappiamo dov’è l’elettrone.

CONSEGUENZE DI HEISENBERG:

EQUAZIONE DI SCHRODINGER

L’elettrone è considerato come onda e il suo comportamento

• nello spazio e nel tempo come funzione d’onda o funzione

orbitale ( ψ ¿

Equazione a due incognite: E , ψ

• Ad ogni è associata una E

ψ

INFINITE soluzioni

• 2

Significato fisico di : (x,y,z) è la probabilità di trovare

ψ ψ

• l’elettrone in un punto con queste coordinate.

GLI ORBITALI ATOMICI

NUMERI QUANTICI

Ogni orbitale è caratterizzato da 3+1 numeri quantici che servono

a individuare l’orbitale stesso.

n= numero quantico principale

• maggiore è n, maggiore è la distanza dal nucleo

 valori interi

 nell’idrogeno tutti gli orbitali con lo stesso n hanno la stessa

 energia (E dipende solo da n)

tutti gli orbitali con lo stesso n costituiscono un livello (o

 guscio) dell’atomo

l= angolare (azimutale)

• 0 ; n-1

 informazioni sulla forma dell’orbitale



m= magnetico

• -l ; l



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orientamento nello spazio

 distingue orbitali di un dato sottolivello



m = magnetico di spin

• s senso di rotazione dell’elettrone

 +1/2 ; -1/2

 Esperimento di Stern e Gerlach



co ha la propria energia e la propria forma

fascio di atomi di Ag sparato attraverso un campo

quantici magneticosi osservano due traiettorie diverse che

n corrispondono ad atomi con elettroni spaiati con spin

ttrone in opposto

valori nome simbolo valori significato

definisce il

principale n 1, 2, 3

atomi livello e la sua

li con lo energia

definisce il

azimutale l (elle) 0, 1 ,n-1

stessa sottolivello

0, 1, 2, 3, 4...

s, p, d, f, g

o valore di definisce gli

magnetico m l, l-1 , -l

livello orbitali di un

sottolivello

definisce lo

magnetico m ½, -½

s stato di spin

di spin

SOTTOLIVELLI (s, p, d, f)

Gli orbitali dello stesso livello sono divisi in sottolivelli.

egola il valore di un altro n.quantico,

volta regola “m”

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Un sottolivello è costituito dagli orbitali con lo stesso valore di

l n l m m nro max

s elettroni nel

sottolivello

1 0 (1s) 0 -½, +½ 2

2 0 (2s) 0 -½, +½ 2

1 (2p) -1,0,+1 -½, +½ 6

3 0 (3s) 0 -½, +½ 2

1 (3p) -1,0,+1 -½, +½ 6

2 (3d) -2,-1,0,+1,+2 -½, +½ 10

4 0 (4s) 0 -½, +½ 2

1 (4p) -1,0,+1 -½, +½ 6

2 (4d) -2,-1,0,+1,+2 -½, +½ 10

3 (4f) -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 -½, +½ 14

sottolivelli

(stessa energia)

-

e

-

e -

e livelli (diversa energia)