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Il carbonio (Z=6) 2 possibilità: configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin 1s 2s 2p + 2p o 2p - [He] (2s) 2 (2p) 2.

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Presentazione sul tema: "Il carbonio (Z=6) 2 possibilità: configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin 1s 2s 2p + 2p o 2p - [He] (2s) 2 (2p) 2."— Transcript della presentazione:

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

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

3 Uno stato eccitato interessante -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 nellatomo isolato - è alla base dei legami ibridi del carbonio nello stato solido e nelle molecole organiche 1s configurazione elettronica del C nello stato eccitato con S=2 [He] (2s) (2p) 3 2s 2p + 2p o 2p - la grafite è C allo stato solido, con legame ibrido sp 2 il diamante è C allo stato solido, con legame ibrido sp 3 la molecola di benzene

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

5 Tabella periodica Z simbolo configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) (1s) 2 = [He] s p K 1 H 1s 13,6 K 2 He (1s) 2 24,6 [He] (2s) 2 (2p) 6 = [Ne] principio di esclusione stato con n minore a parità di n, stato con l minore regola di Hund gas nobile al riempimento della shell Regole per il riempimento degli stati nei primi due periodi: L K 7 N [He] (2s) 2 (2p) 3 14,5 8 O [He] (2s) 2 (2p) 4 13,6 9 F [He] (2s) 2 (2p) 5 17,4 10 Ne [He] (2s) 2 (2p) 6 21,6 L K L K L K 5 B [He] (2s) 2 2p 8,3 6 C [He] (2s) 2 (2p) 2 11,3 L K L K 3 Li [He] 2s 5,4 4 Be [He] (2s) 2 9,3 L K L K

6 idrogeno - litio - sodio 2 3s 3 3p 4 3d 4d 4p 4s 3s 4d 4p 2p 3d 3p 2s H Li E (eV) E (eV) Na 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 Il sodio Na Z=11

7 splitting dei livelli del sodio E (eV) Perché la linea gialla del sodio è sdoppiata? Accoppiamento di spin-orbita: il buon numero quantico è il momento angolare totale j dellelettrone che può avere due valori a parità di l: j=l+1/2 j=l-1/2 Negli atomi, - leffetto sullenergia è piccolo (accoppiamento magnetico fra il momento magnetico di spin e il campo magnetico visto dallelettrone in moto, per effetto della trasformazione di Lorentz del campo coulombiano) - lo stato j=l-1/2 ha energia minore E 2·10 -3 eV E 7·10 -4 eV E 6·10 -5 eV E eV 3s 1/2 3p 1/2 4s 1/2 3p 3/2 4p 1/2 4p 3/2 3d 3/2 3d 5/2 4d 3/2 4d 5/2

8 principali transizioni radiative del sodio E (eV) Regole di selezione di dipolo elettrico: l = 1 m l = 0, 1 S = 0 m s = 0 j = 0, 1 E 2·10 -3 eV E 7·10 -4 eV E 6·10 -5 eV E eV 3s 1/2 3p 1/2 4s 1/2 3p 3/2 4p 1/2 4p 3/2 3d 3/2 3d 5/2 4d 3/2 4d 5/2 proibita in dipolo elettrico praticamente coincidenti in energia linea D doppietto giallo del sodio

9 Tabella periodica Z simbolo configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) s p d M 11 Na [Ne] 3s 5,1 M 12 Mg [Ne] (3s) 2 7,6 13 Al [Ne] (3s) 2 3p 6,0 14 Si [Ne] (3s) 2 (3p) 2 8,1 15 P [Ne] (3s) 2 (3p) 3 10,5 16 S [Ne] (3s) 2 (3p) 4 10,4 17 Cl [Ne] (3s) 2 (3p) 5 13,0 18 Ar [He] (3s) 2 (3p) 6 15,8 M M [Ne] (3s) 2 (3p) 6 = [Ar] K L M K LK L K L M K LK L M K L M K L M K L N 19 K [Ar] 4s 4,3 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 dellorbitale p

10 Tabella periodica Z simbolo configurazione energia di stato fondamentale ionizzazione (eV) s p d N 19 K [Ar] 4s 4,3 20 Ca [Ar] (4s) 2 6,1 21 Sc [Ar] (4s) 2 3d 6,5 22 Ti [Ar] (4s) 2 (3d) 2 6,8 23 V [Ar] (4s) 2 (3d) 3 6,7 M N M N M N M N M 24 Cr [Ar] 4s (3d) 5 6,8 N M 25 Mn [Ar] (4s) 2 (3d) 5 7,4 N M 26 Fe [Ar] (4s) 2 (3d) 6 7,9 N M 27 Co [Ar] (4s) 2 (3d) 7 7,9 N M 28 Ni [Ar] (4s) 2 (3d) 8 7,6 N M 29 Cu [Ar] 4s (3d) 10 7,7 N M 30 Zn [Ar] (4s) 2 (3d) 10 9,4 N M 31 Ga [Ar] (4s) 2 (3d) 10 4p 6,0 N 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 dellorbitale p

11 energie di ionizzazione volumi atomici

12 . n=5, l=2 n=6, l=2 n=3, l=2 n=4, l=2 n=4, l=3n=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 dellO, 4 periodi sotto: (6p) 4 - ha davanti 10 stati dellorbitale 5d: (5d) 10 - davanti ancora 14 stati dellorbitale 4f: (4f) 14 -davanti ancora 2 stati dellorbitale 6s: (6s) 2 [Xe](6s) 2 (4f) 14 (5d) 10 (6p) 4

14 Raggi X: spettri di emissione di un atomo con Z 30 E (keV) n 1 - K 2 - L 3 - M 4 - N K K K K edge L L L edge M M edge Legge di Moseley: f = A(Z-c) con A 2 11/h eV c 1

15 Raggi X: struttura fine degli spettri di emissione di un atomo con Z K 2 - L 3 - M 2 p 3/2 2 p 1/2 2 s 1/2 K K L 2 d 5/2 2 d 3/2 2 p 3/2 2 p 1/2 2 s 1/2 III II I V IV III II I 4 - N K L sdoppiamenti di struttura fine j=l-1/2 j=l+1/2 j=l-1/2 j=l+1/2 j=l-1/2 j=l+1/2

16 Raggi X: spettri di assorbimento di un atomo con Z K 2 - L 3 - M 2 p 3/2 2 p 1/2 2 s 1/2 K L 2 d 5/2 2 d 3/2 2 p 3/2 2 p 1/2 2 s 1/2 III II I V IV III II I 4 - N M

17 Modello a shell nei nuclei 1s1/22 Zj Energia 1p 3/2 1/2 6 8 Nucleo magico O8O8 1d 5/2 3/ /216 2s Ca 20 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, - leffetto sullenergia è grande - lo stato j=l-1/2 ha energia maggiore


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