2po 2p- [He] (2s)2 (2p)2 Il carbonio (Z=6)

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1 configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin
2po 2p- [He] (2s)2 (2p)2 Il carbonio (Z=6) 2 elettroni “equivalenti” nello stato 2p - la funzione d’onda globale deve essere antisimmetrica tripletto di spin, S=1 2 possibilità: configurazione elettronica del C nello stato eccitato di singoletto di spin 1s 2s 2p+ 2po 2p- [He] (2s)2 (2p)2 parte spaziale antisimmetrica parte di spin simmetrica  = parte spaziale simmetrica parte di spin antisimmetrica  = singoletto di spin, S=0 regola di Hund: il tripletto ha energia minore

2 Il momento angolare totale del carbonio
configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin 1s 2s 2p+ 2po 2p- [He] (2s)2 (2p)2 Il momento angolare totale del carbonio un nuovo problema: come comporre i momenti angolari orbitali in modo da avere una funzione d’onda con la corretta simmetria o antisimmetria spaziale? 3 possibili valori: L=2  stato D L=1  stato P L=0  stato S configurazione elettronica del C nello stato eccitato di singoletto di spin 1s 2s 2p+ 2po 2p- [He] (2s)2 (2p)2 P è antisimmetrico tripletto, S=1 3P stato fondamentale EP =-11,3 eV S e D sono simmetrici singoletto, S=0 1D, 1S stati eccitati ED =-10,1 eV ; ES = -8,7 eV

3 Uno stato eccitato interessante
configurazione elettronica del C nello stato eccitato con S=2 [He] (2s) (2p)3 2s 2p+ 2po 2p- uno stato eccitato molto interessante del carbonio è lo stato con S=2 - favorito in energia per la regola di Hund - 3 elettroni “equivalenti” nello stato 2p, 1 solo elettrone nello stato 2s - il carbonio si comporta come tetravente - energia di legame = -7 eV - è uno stato metastabile nell’atomo isolato - è alla base dei legami ibridi del carbonio nello stato solido e nelle molecole organiche la grafite è C allo stato solido, con legame ibrido sp2 il diamante è C allo stato solido, con legame ibrido sp3 la molecola di benzene

4 Stato fondamentale e stati eccitati del carbonio
E (eV) 2s2 2p 3s 1P -3,7 eV 2s2 2p 2s 3P - 3,9 eV 2s 2p3 5S - 7 eV 2s22p2 1S -8,7 eV 2s22p2 1D -10 eV 2s22p2 3P - 11,3 eV S=0 S=1 S=2

5 Tabella periodica principio di esclusione stato con n minore
configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) Z simbolo s p K H s ,6 He (1s) ,6 (1s)2 = [He] Li [He] 2s ,4 Be [He] (2s) ,3 L K Regole per il riempimento degli stati nei primi due periodi: B [He] (2s)2 2p ,3 C [He] (2s)2 (2p) ,3 L K principio di esclusione stato con n minore a parità di n, stato con l minore regola di Hund “gas nobile” al riempimento della shell L K N [He] (2s)2 (2p) ,5 O [He] (2s)2 (2p) ,6 F [He] (2s)2 (2p) ,4 Ne [He] (2s)2 (2p) ,6 [He] (2s)2 (2p)6 = [Ne]

6 Il sodio idrogeno - litio - sodio Na Z=11 -1 -2 -3 -4 -5 Li Na -1 -2
(eV) -1 -2 -3 -4 -5 - 6 H Li Na E (eV) -1 -2 -3 -4 -5 - 6 Il sodio Na Z=11 4 4d 4d 4p 4s atomo “alcalino” - 1 solo elettrone fuori della shell chiusa del [Ne] bassa energia di ionizzazione E = -5,1 eV - livelli energetici simili a quelli del Li 4p 3 3d 3d 3p 3s 4s 3p 2 2p 3s 2s idrogeno - litio - sodio

7 splitting dei livelli del sodio
(eV) -1 -2 -3 -4 -5 - 6 splitting dei livelli del sodio Perché la linea gialla del sodio è sdoppiata? E 10-6eV 4d5/2 Accoppiamento di spin-orbita: il “buon numero quantico” è il momento angolare totale j dell’elettrone che può avere due valori a parità di l: j=l+1/2 j=l-1/2 Negli atomi, - l’effetto sull’energia è piccolo (accoppiamento magnetico fra il momento magnetico di spin e il campo magnetico visto dall’elettrone in moto, per effetto della trasformazione di Lorentz del campo coulombiano) - lo stato j=l-1/2 ha energia minore 4d3/2 4p3/2 E 7·10-4eV 3d5/2 4p1/2 3d3/2 E 6·10-5eV 4s1/2 3p3/2 E 2·10-3eV 3p1/2 3s1/2

8 principali transizioni radiative del sodio
(eV) -1 -2 -3 -4 -5 - 6 principali transizioni radiative del sodio E 10-6eV 4d5/2 4d3/2 4p3/2 E 7·10-4eV 3d5/2 4p1/2 E 6·10-5eV proibita in dipolo elettrico 3d3/2 4s1/2 Regole di selezione di dipolo elettrico:  l =  1  ml = 0,  1  S = 0  ms = 0  j = 0,  1 3p3/2 E 2·10-3eV 3p1/2 praticamente coincidenti in energia linea “D” doppietto giallo del sodio 3s1/2

9 Tabella periodica principio di esclusione stato con n+l minore
configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) Z simbolo s p d M Na [Ne] 3s ,1 K L Regole per il riempimento degli stati: M Mg [Ne] (3s) ,6 K L principio di esclusione stato con n+l minore a parità di n+ l, stato con n minore regola di Hund il “gas nobile” al riempimento dell’orbitale p M Al [Ne] (3s)2 3p ,0 K L M K L Si [Ne] (3s)2 (3p) ,1 M K L P [Ne] (3s)2 (3p) ,5 M K L S [Ne] (3s)2 (3p) ,4 M Cl [Ne] (3s)2 (3p) ,0 K L M K L Ar [He] (3s)2 (3p) ,8 [Ne] (3s)2 (3p)6 = [Ar] N 19 K [Ar] 4s ,3 M K L

10 Tabella periodica principio di esclusione stato con n+l minore
configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) Z simbolo s p d N K [Ar] 4s ,3 M Regole per il riempimento degli stati: principio di esclusione stato con n+l minore a parità di n+ l, stato con n minore regola di Hund il “gas nobile” al riempimento dell’orbitale p N M Ca [Ar] (4s) ,1 N M Sc [Ar] (4s)2 3d ,5 N M Ti [Ar] (4s)2 (3d) ,8 N M V [Ar] (4s)2 (3d) ,7 N Cr [Ar] 4s (3d) ,8 M N M Mn [Ar] (4s)2 (3d) ,4 N M Fe [Ar] (4s)2 (3d) ,9 N M Co [Ar] (4s)2 (3d) ,9 N M Ni [Ar] (4s)2 (3d) ,6 N Cu [Ar] 4s (3d) ,7 M N M Zn [Ar] (4s)2 (3d) ,4 N M Ga [Ar] (4s)2 (3d)10 4p ,0

11 energie di ionizzazione
volumi atomici energie di ionizzazione

12 . n=5, l=2 n=6, l=2 n=3, l=2 n=4, l=2 n=4, l=3 n=5, l=3

13 Come leggere la tavola periodica Esempio: il polonio (Po); Z=84
ha il guscio interno dello Xe, che comprende la configurazione elettronica di 54 elettroni è nel gruppo dell’O, 4 periodi sotto:  (6p)4 ha davanti 10 stati dell’orbitale 5d:  (5d)10 davanti ancora 14 stati dell’orbitale 4f:  (4f)14 davanti ancora 2 stati dell’orbitale 6s:  (6s)2 Come leggere la tavola periodica Esempio: il polonio (Po); Z=84 . [Xe](6s)2(4f)14(5d)10(6p)4

14 Raggi X: spettri di emissione di un atomo con Z 30
(keV) 2 4 6 8 10 12 n  4 - N M edge 3 - M L edge M 2 - L L L Raggi X: spettri di emissione di un atomo con Z 30 K K K Legge di Moseley: f = A(Z-c) con A2  11/h eV c  1 K edge 1 - K

15 sdoppiamenti di “struttura fine”
j=l+1/2 2d5/2 2d3/2 2p3/2 2p1/2 2s1/2 V IV III II I j=l-1/2 3 - M j=l+1/2 j=l-1/2 III II I 2p3/2 2p1/2 2s1/2 2 - L j=l+1/2 L L j=l-1/2 Raggi X: struttura fine degli spettri di emissione di un atomo con Z 30 1 - K K K K

16 Raggi X: spettri di assorbimento di un atomo con Z 30
V IV III II I 2d5/2 2d3/2 2p3/2 2p1/2 2s1/2 3 - M M III II I 2p3/2 2p1/2 2s1/2 2 - L L Raggi X: spettri di assorbimento di un atomo con Z 30 1 - K K

17 Modello a shell nei nuclei
Energia Accoppiamento di spin-orbita: il “buon numero quantico” è il momento angolare totale j del nucleone (protone o neutrone), che può avere due valori a parità di l: j=l+1/2 j=l-1/2 Nei nuclei, - l’effetto sull’energia è grande - lo stato j=l-1/2 ha energia maggiore 3/2 20 Ca20 1d 1/2 16 2s 5/2 14 O8 1p 3/2 1/2 6 8 1s 1/2 2 Nucleo “magico” j Z