Configurazione elettronica, numeri quantici - Chimica

Chimica

Lezione 28/09/2022

L'Atomo

Nel 1910 Rutherford (1871-1937), per studiare la struttura atomica, bombardò una lamina d’oro con particelle α [atomi di elio con 2 cariche positive].

Osservò: gli atomi fossero costituiti da spazi vuoti, e che tutta la massa fosse concentrata in una zona piccolissima, carica positivamente, nucleo.

Configurazione Elettronica

Modello atomico di Bohr-Sommerfeld (1913)

Legge fondamentale della meccanica classica

1. Coulomb = 1 / 4πε₀ = qq' / r² F_centrifuga = mv² / r

• dove ε₀ = 8.85×10^-12 F/m costante dielettrica del vuoto

• r = e² / mv²
• V₂ = e / √mr

2. Quantizzazione momento angolare, mvr = nh / 2π

• dove h = 6.626 × 10^-34 J·sec

Quantizzazione Raggio delle orbite

della

r = ^nh/_2πmv → r² = ^n2h2/_4π²m²v²

se sostituisco nella

• ^e2/_r² = ^mv2/_r

r = n^{2 h2}/_4π²me² dove n=1,2,3,...

Quantizzazione dell'Energia

E_n = E_cin + E_pot = - ^mv2/₂ - ^e2/_r

Dalla

• ^e2/_r² = ^mv2/_r si ha: mv² = ^e2/_r

E_n = ^e2/_r - ^e2/_2r = - ^e2/_2r

essendo i raggi quantizzati in base a

r = n^{2 h2}/_4π²me² dove n=1,2,3,...

En = - 1/n2 2π2me4/h2

Bohr si rese conto che l'emissione di luce da parte degli atomi era legato agli elettroni che ruotavano attorno al nucleo.

Secondo Numero Quantico [l]

detto anche Numero Quantico Angolare

b = semiasse minore        a = semiasse maggiore

l = 0

0 < b/a ≤ 1

l = 1

0 < K/k+l ≤ 1

n = K + l

l = 2

0 < n-l/n ≤ 1   ⇒ l < n

n-l ≤ n   ⇒ l ≥ 0

0 ≤ l ≤ n-1

esempio

per n=1   → l = 0

per n=2   → 0 ≤ l ≤ 1   → l = 0,1

per n=3   → 0 ≤ l ≤ 2   ⇔ l = 0,1,2

xk_e   n = K + 1   e   0 ≤ l ≤ n-1

Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Δx · Δp_x ≥ ^h/₂

Il principio di indeterminazione afferma che non è possibile determinare con certezza contemporaneamente la posizione e la quantità di moto di una particella, in particolare dell'elettrone intorno al nucleo.

Tipi di Orbitali

ORBITALE di Tipo S

[n = 1, 2, 3 , l = 0 , m = 0]

ORBITALE di Tipo p

[n = 2, 3 , l = 1 , m = -1, 0, +1]

3) Nel passare degli elementi del VII gruppo a quelli dell'VIII si ha un aumento del raggio atomico (dal VII ai gas nobili).

Calcolo della Carica Nucleare Effettiva Zeff

Regole di Slater

1. Elettroni che appartengono a livelli superiori rispetto a quello dell'elettrone in esame non danno nessun contributo alla schermatura.
2. Se l'elettrone in esame è in un orbitale ns, np, allora valgono le seguenti considerazioni.
• Ogni elettrone del livello ns, np dà un contributo pari a 0,35 alla schermatura, tranne per il livello 1s che dà contributo pari a 0,3.
• Ogni elettrone del guscio (n-1) dà un contributo pari a 0,85.
• Ogni elettrone del guscio (n-2) o inferiori dà un contributo pari ad 1,00.
• Se il livello esterno è completato [gas nobili] per ciascun elettrone appartenente allo stesso livello, il coefficiente è uguale a 0,85 mentre per tutti quelli più interni è pari a 1.
3. Se l'elettrone in esame è in un orbitale nd, nf valgono le seguenti considerazioni.
• Gli elettroni del gruppo nd nf danno un contributo pari ad 0,35.
• Tutti gli altri elettroni del livello e sottolivelli contribuiscono con coefficiente pari a 1,00.

• Cattura Elettronica

Z_AX + e^- ⇒ Z_AX + ν

Atomo elettronico stabile e con alta energia di legame

• nel Decadimento Beta:

- l'elettrone emesso non è elettrone orbitale

- l'elettrone emesso non è un elettrone già presente nel nucleo

- l'elettrone è prodotto durante il processo dell'energia disponibile

• Decadimento Alfa

- Per Z>83 e A>220 il decadimento alfa è favorito

è molto stabile e con alta energia di legame

A_ZX ⇒ A-4_Z-2X + α

• Decadimento Gamma

- Dopo il decadimento α e β questi lasciano il nucleo in uno stato eccitato.

- Questi stati decadono tramite emissione di fotoni

[con energia tipica 0,1-10MeV]

[lunghezze d'onda tra 10² e 100 fm]