Chimica generale e inorganica - Proprietà periodiche degli orbitali

Orbitali

Funzioni e equazione d'onda di Schrödinger

L'equazione d'onda di Schrödinger è l'espressione utilizzata per descrivere il modo in cui un elettrone (moto orbitale) si muove nel potenziale legato attorno al nucleo.

ĤΨ = EΨ

E: energia totale dell'elettrone

Ĥ: operatore matematico "Hamiltoniano".

_H = ^h2/_8π²m (S²/_δx² + S²/_δy² + S²/_δz²) - ^e-/_{√(x²+y²+z²)}

Ψ funzione d'onda orbitale, orbitale. Gli orbitali sono funzioni che servono a descrivere l'energia e il movimento degli elettroni. Un orbitale è la soluzione dell'equazione di Schrödinger ed ha il seguente significato fisico: Ψ² dV ∝ P ∝ = proporzionale e rappresenta la probabilità di trovare l'elettrone nell'elemento di volume dV. P è la probabilità e può valere 0 (non c'è) e 1 (c'è).

Equazione d'onda di Schrödinger: è l'espressione per descrivere il modo di un elettrone (moto ondulatorio) nel campo di potenziale in cui si muove (potenziale attrattivo del nucleo).

HΨ = EΨ

E: energia totale dell'elettrone

H: operatore matematico "Hamiltoniano"

H = - ℏ² / 8π²m (∂² / ∂x² + ∂² / ∂y² + ∂² / ∂z²) - e² / √(x² + y² + z²) Funzione d'onda orbitale, orbitale. Gli orbitali sono funzioni che servono a descrivere l'energia e il movimento degli elettroni. Un orbitale è la soluzione dell'equazione di Schrödinger e ha il seguente significato fisico: Ψ² dV ∝ P ∝ => PROPORZIONALE e rappresenta le probabilità di trovare l'elettrone nell'elemento di volume dV. P è la probabilità e ha valori 0 (non c'è) e 1 (c'è).

Numeri quantici

Sono parametri che emergono dall'equazione d'onda. Essi sono tre:

1. Numero quantico principale n: Ha valori interi positivi (1, 2, 3, 4, ...) ed esprime l'energia dell'elettrone.
2. Numero quantico secondario l: Ha valori interi da 0 a n-1 ed esprime il valore assoluto del momento angolare dell'elettrone attorno al nucleo; rappresenta le forme dell'orbitale.
   • l = 0 → s
   • l = 1 → p
   • l = 2 → d
   • l = 3 → f
3. Numero quantico magnetico m_l: Ha valori da -l a +l (2l+1 valori) ed è lo spazio lungo l'asse z del momento angolare dell'elettrone attorno al nucleo; esprime il numero di orbitali.

Rappresentazione di orbitali

s - p - d - f

Orbitali e numeri quantici

Numero quantico di spin

(m_s, o σ): è associato al momento angolare intrinseco dell'elettrone; ha valori ±½. È il meno importante perché non compare nell'equazione di Schrödinger.

Orbitali per atomi polielettronici

Per atomi polielettronici, la risoluzione dell'equazione di Schrödinger è approssimata. Pertanto, l'energia degli orbitali, oltre che da n, dipende anche da l e Z (uno stesso orbitale ha energie diverse in atomi diversi).

Configurazione elettronica

La configurazione elettronica descrive la disposizione degli elettroni negli orbitali di un atomo polielettronico nello stato di minima energia.

Regole di riempimento

1. Principio delle minime energie: ogni elettrone occupa l'orbitale con più bassa energia disponibile.
2. Principio di esclusione di Pauli: in un atomo non possono esserci due elettroni con uguali numeri quantici. Due elettroni occupano lo stesso orbitale con spin antiparallelo.
3. Regola di massima molteplicità di Hund: quando due o più elettroni occupano un insieme di orbitali con la stessa energia (o degeneri), si dispongono in modo da occupare il maggior numero di orbitali.

Riempimento degli orbitali e costruzione della tavola periodica

• H    Z = 1    1s¹
• He    Z = 2    1s²
• Li    Z = 3    (1s²)2s¹
• Be    Z = 4    1s²2s²
• B    Z = 5    1s²2s²2p¹
• C    Z = 6    (1s²2s²2p²)
• Ne    Z = 10    1s²2s²2p⁶
• Na    Z = 11    1s²2s²2p⁶3s¹
• Mg    Z = 12    1s²2s²2p⁶3s²
• K    Z = 19    [Ar]4s¹

Note sulla configurazione elettronica

In condizione di minima energia, gli atomi hanno queste configurazioni. La configurazione elettronica riguarda tutti gli orbitali, con gli orbitali più esterni che contengono gli elettroni di valenza (quelli coinvolti nelle reazioni). A livello elementare consideriamo degeneri gli orbitali (3d) e 4s, quindi li riempiamo tutti (vedi regola di Hund). Alcuni elementi hanno perso più energia rispetto ad altri e vengono occupati per primi. Lo stesso vale per gli orbitali f, detti inseriti in tabelle (lantanidi e attinidi, i secondi sono elementi delle terre rare) e altri elementi. Il sistema periodico è costruito in modo tale che gli elementi appartenenti a uno stesso gruppo (colonna verticale) abbiano la stessa configurazione elettronica esterna e quindi caratteristiche fisiche e chimiche simili; le proprietà hanno un andamento periodico che si ripete lungo le righe orizzontali o periodi.

Proprietà periodiche

Le proprietà degli elementi sono funzioni periodiche dei loro numeri atomici; le principali proprietà periodiche sono:

Energia di ionizzazione e l'energia relativa al processo A(g) → A⁺ (g) + e^-. Poiché allo stato gassoso il tutto è quindi isolato dalle influenze esterne, l'energia di ionizzazione corrisponde all'energia con cui l'atomo lega l'elettrone; inoltre, può essere considerata una misura della stabilità della configurazione elettronica.