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© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 1.Limiti del modello di BohrLimiti del modello di Bohr 2.Gli elettroni come ondeGli elettroni.

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1 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 1.Limiti del modello di BohrLimiti del modello di Bohr 2.Gli elettroni come ondeGli elettroni come onde 3.Principio di indeterminazione di HeisenbergPrincipio di indeterminazione di Heisenberg 4.La meccanica ondulatoria e lorbitale atomicoLa meccanica ondulatoria e lorbitale atomico 5.Numeri quanticiNumeri quantici 6.Le energie degli orbitali atomiciLe energie degli orbitali atomici 7.Lordine di riempimento degli orbitaliLordine di riempimento degli orbitali 6a6a 1 Indice

2 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Il modello atomico di Bohr non dà una spiegazione degli spettri di atomi con più elettroni. 2 CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI 1 Per superare questa difficoltà fu introdotta la meccanica ondulatoria. Limiti del modello di Bohr Spettro atomico di emissione del sodio (Na): ogni riga è caratterizzata da una definita lunghezza donda in nm.

3 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas De Broglie formulò, nel 1924, una teoria in cui assegna allelettrone natura ondulatoria, la cui lunghezza donda ( ) è data dalla relazione: 3 2 dove h è la costante di Planck, m la massa dellelettrone e v la sua velocità. Gli elettroni come onde CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI h m × v =

4 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 4 3 Principio di indeterminazione di Heisenberg Il principio di indeterminazione di Heisenberg afferma che è impossibile conoscere con la stessa precisione sia la posizione che la velocità di un elettrone. A differenza di Bohr, per Heisenberg risulta impossibile conoscere per una piccola particella, come lelettrone, lorbita che percorre e la sua velocità. CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Una palla da biliardo può essere seguita nel suo movimento perché la luce non ne modifica la traiettoria. Il principio di indeterminazione perde importanza nel mondo macroscopico, dove è possibile seguire, ad esempio, il movimento di una sfera da biliardo.

5 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Il fisico austriaco Erwin Schrödinger visualizzò gli elettroni negli atomi come vibrazioni simili a onde. 5 4 Le soluzioni di questa equazione sono funzioni matematiche, chiamate funzioni donda, indicate con la lettera greca (psi). Lequazione matematica che Schrödinger applicò allelettrone è alla base della meccanica ondulatoria. La meccanica ondulatoria e lorbitale atomico CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Il quadrato della funzione donda ( ) 2 dà la probabilità di trovare lelettrone in una determinata regione di un atomo.

6 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Viene definito orbitale la regione dello spazio attorno al nucleo dove è elevata la probabilità di trovare lelettrone. 6 4 La meccanica ondulatoria e lorbitale atomico CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Nube di probabilità e orbitale atomico.

7 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Per descrivere il livello di energia degli elettroni negli atomi, la forma e lorientamento degli orbitali, si utilizzano tre numeri quantici per ciascun elettrone. 7 I tre numeri quantici si ricavano dallequazione donda di Schrödinger. 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Il numero quantico principale (n) individua il livello di energia di un elettrone. n = 1, 2, 3, 4 …………….

8 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 8 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Il numero quantico secondario () indica quanti tipi di orbitali possono esistere in un definito livello energetico. = 0, 1, ……….(n 1) Ciascun valore di corrisponde ad un particolare tipo di orbitale atomico. = 0 orbitale s = 1 orbitale p = 2 orbitale d = 3 orbitale f

9 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 9 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Diagramma dei livelli, sottolivelli e orbitali in un atomo e i corrispondenti numeri quantici fino a n = 4.

10 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 10 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Il numero quantico magnetico (m ) indica il numero di orbitali che si possono trovare in un dato sottolivello e definisce il numero di orientamenti di un orbitale nello spazio. I tre orbitali p lungo i tre assi cartesiani x, y, e z.

11 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 11 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI I cinque orbitali d.

12 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 12 5 Numeri quantici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Il numero quantico di spin (m s ) non deriva dallequazione di Schrödinger. Indica la rotazione dellelettrone attorno al proprio asse e può assumere due valori m s = + ½ oppure m s = ½ Due elettroni con spin opposto. elettrone

13 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Nellatomo didrogeno lenergia dellelettrone dipende solo dal numero quantico principale n e non da Agli orbitali 2s e 2p compete la stessa energia, come pure agli orbitali 3s, 3p e 3d. Le energie degli orbitali atomici CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Con atomi con più elettroni lenergia degli orbitali dipende sia da n che da. In uno stesso livello, per un dato valore di n, gli orbitali s, p, d, …… non possiedono la stessa energia.

14 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas La disposizione degli elettroni negli orbitali di un atomo prende il nome di configurazione elettronica Lordine di riempimento degli orbitali Regola della costruzione successiva: Negli atomi con più di un elettrone il riempimento degli orbitali atomici procede secondo tre regole. CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI gli elettroni occupano prima lorbitale s a più bassa energia e, quindi, gli orbitali che seguono ad energia crescente.

15 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 15 7 Lordine di riempimento degli orbitali CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Le frecce indicano lordine di riempimento degli orbitali. Si inizia dallorbitale 1s e poi si procede seguendo le frecce verso lalto.

16 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Regola del principio di esclusione di Pauli: 16 7 Lordine di riempimento degli orbitali CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Ad esempio, la configurazione elettronica dellatomo di elio si può raffigurare con due diverse notazioni: notazione box orbitale nessun orbitale atomico può contenere più di due elettroni; questi devono avere spin opposti. notazione standard 1s 2 numero di elettroni tipo di orbitale numero quantico principale

17 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas Regola di Hund: 17 7 Lordine di riempimento degli orbitali CAPITOLO 6a. IL MODELLO ATOMICO A ORBITALI Configurazione elettronica dellazoto 7 N: se sono disponibili più orbitali aventi la stessa energia (orbitali diversi dello stesso sottolivello), detti orbitali degeneri, gli elettroni si dispongono uno per ciascun orbitale con la stessa direzione di spin. AZOTO N (Z = 7) I tre elettroni dellorbitale 2p si dispongono secondo la regola di Hund. 3s 2s 1s 2p


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