CONSERVAZIONE DELLE MASSE (Lavoisier) Fosforo + Ossigeno Pentossido di difosforo

Proporzioni definite Proporzioni multiple Proust Dalton 1 mg di acqua contiene : 0,111 mg H; 0,889 mg O r = 1/8 1 Kg di acqua contiene: 111 g H; 889 g O r = 1/8 1 tonnellata di acqua contiene: 111 kg H; 889 Kg O r = 1/8 6,5 g di acqua contengono: 0,722 g H; 5,778 g O r =1/8 Proporzioni multiple Dalton Ossido di diazoto,N2O per 1g di N 0,571 g di O Ossido di azoto, NO per 1g di N 1,142 g di O Biossido di azoto, NO2 per 1g di N 2,284 g di O 2,284 : 1,142 : 0,571 = 4 : 2 : 1

Proust : legge proporzioni semplici Un dato composto contiene sempre gli stessi elementi e nello stesso rapporto ponderale, indipendentemente dal metodo di preparazione. : proporzioni multiple Quando due elementi si combinano per formare diversi composti, le masse di un elemento che si combinano con una data massa dell’altro stanno fra loro in rapporti che si possono esprimere con numeri interi e semplici. Dalton

(Raggio delle particelle 1,5 10-15 m) Particella Massa (g) Carica (c) Carica (e) NEUTRONE 1,6745 10-24 0 0 PROTONE 1,6723 10-24 +1,602 10-19 +1 ELETTRONE 9,106 10-28 - 1,602 10-19 -1      (Raggio delle particelle 1,5 10-15 m)  n. nucleoni A NUCLIDE: Nucleo SIMBOLO, cioè SIMBOLO n. protoni Z Z = n° di protoni (e di elettroni) A = n° di protoni + neutroni NUMERO ATOMICO NUMERO DI MASSA

Tutti gli elementi aventi uguale numero di protoni (quindi di elettroni) hanno le stesse proprietà chimiche e perciò sono uno stesso elemento, e hanno lo stesso simbolo. Si dicono ISOTOPI: es. 6C, 6C, 6C, 6C ed in natura si trovano MESCOLATI in proporzioni fisse per formare un certo elemento. Per esempio il RAME (simbolo Cu) è formato di una miscela di: 29Cu 69,09% + 29Cu 30,91% cioè su 10.000 atomi di rame, ce ne sono 6.909 di 63Cu e 3.091 di 65Cu . Ci sono elementi (es. 127I) formati da un solo isotopo stabile, altri da molti. 11 12 13 14 63 65

NUCLIDI STABILI (circa 600) NUCLIDE: SPECIE OMOGENEA DI ATOMI TUTTI UGUALI, AVENTI CIOE’ STESSO Z E STESSO A Uguale numero di protoni (e quindi di elettroni) e di neutroni, e perciò stessa massa NUCLIDI STABILI (circa 600) Nuclidi con Z = 1 Stesso Z diverso A (Isotopi) Nuclidi con Z = 2 Nuclidi con Z = 3 Nuclidi con Z = 4 Nuclidi con Z = 5 ... Elemento Idrogeno Elemento Elio Elemento Litio Elemento Berillio Elemento Bario ... Ci sono oltre 90 elementi, cioè 90 famiglie di nuclidi, ciascuna con un valore di Z da 1 oltre 90

DIFETTO DI MASSA A DIFETTO DI MASSA = m = 0.0513 . 10-24 g ENERGIA 1 nucleo di 6.6461 . 10-24 g He 4 2 = 2 x 1.6754 . 10-24 2 x 1.6723 . 10-24 2 NEUTRONI 2 PROTONI + Totale 6.6954 . 10-24 g DIFETTO DI MASSA = m = 0.0513 . 10-24 g + ENERGIA + He 4 2 m = E/c2 c = 3 . 108 m/s Energia di Legame Fusione Fissione Numero di Nucleoni A = 60 A

UNITA’ CHIMICA DI MASSA (UCM) UCM = della massa di un atomo cioè = 1,66043 . 10-24 g 1 12 1,99252 10-23 . C 12 6 MASSA ATOMICA (o “PESO” ATOMICO) { 6 Li 6,01497 UCM 3 Litio: 7 Li 7,01590 UCM 3 10.000 atomi di Litio comprendono:739 atomi di Li e 9261 di Li 6 7 3 3 MASSA TOTALE DEI 10.000 ATOMI: (739 x 6,01497 + 9261 x 7,01590) UCM MASSA MEDIA di un atomo di Litio 739 x 6,01497 + 9261 x 7,01590 6,940 UCM (“Peso” Atomico dell’elemento LITIO) = 10.000

. . . . A THOMSON, 1910 ATOMO NUCLEARE (Rutherford, (1911)   = He++ - + THOMSON, 1910 A . - - -  - 4  = He++ 2  = 30.000 km s-1 . a  Foglio sottile di oro ATOMO NUCLEARE (Rutherford, (1911) b . NUCLEO: 10-4 . A - + +  ~A Difetto del modello: vita ~ 10-10 secondi

eV 0 - - 0 n =  n = 6 n = 5 n = 4 - 0,85 eV n = 3 - 1,51 eV Serie di Paschen (n 3) n = 2 - 3,4 eV VALORI NEGATIVI Serie di Balmer (n 2) Serie di Lyman (n 1) n = 1 - 13,6 eV

. E = h n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n =  r =  E = 0 - 1.51 n = 3 E (eV) n =  r =  E = 0 - 1.51 n = 3 r = 4.76 Å E = -1.51 eV - 3.4 n = 2 r = 2.12 Å E = - 3.4 eV - 13.6 n = 1 r = 0.53 Å E = - 13.6

NUMERO QUANTICO PRINCIPALE Forza . Centrifuga . Attrazione Elettrostatica Velocità  Raggio r m = massa elettronica r = raggio v = velocità h = costante di PLANK h 2 mrv = n n = n° intero ( = 1, 2, 3 ...) NUMERO QUANTICO PRINCIPALE

PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE (Heisemberg, 1926) vx x  h Dx . Dvx (h = 6,625 . 10-34 Js) x 4p m Per l’elettrone: massa ~ 10-34 Kg vx Dvx x x Dx vx a) Dvx Misura accurata di X, grande incertezza di Vx x Dx vx b) Dvx x Misura accurata di Vx, grande incertezza di x x Dx (L’elettrone che ruota su un’orbita ben definita è incompatibile)

Modello Quantistico 1) Elettrone in moto in linea retta + - + MODELLO CLASSICO: Vx Asse x x vx MODELLO ONDULATORIO: + Y Asse x - Y2 = cost. P 1Å Volumetto unitario (1Å3) + Y2 Asse x In due momenti successivi: Y2 x x1 Y2 x (ONDA ELETTRONICA PROGRESSIVA)

Modello quantistico dell' atomo di idrogeno v r0 Onda elettronica sferica, stazionaria, deve essere allora: 2pr = nl Ma l = , per cui 2pr = n mVr = n (condizione di stazionarietà) La posizione dell’elettrone non è precisamente definita (secondo il principio di indeterminazione), solo la probabilità di trovare l’elettrone è massima a distanza = al raggio r0 di Bohr. L’elettrone non ruota (l’onda è stazionaria) per cui non c’è nessuna accelerazione e non c’è nessuna irradiazione. (OK con le leggi dell’elettrodinamica). Particella che ruota introno al nucleo alla distanza r0, con velocità v. Incompatibile con: principio di indeterminazione e con l’elettrodinamica classica (perché sull’orbita privilegiata l’elettrone non irradia? h mV h mV h 2p

Equazione di Schrödinger (1926) Si deve determinare la funzione d’onda  il cui quadrato, 2, ci dà, per ogni punto dello spazio, la probabilità che l’elettrone si trovi in un volume unitario centrato in quel punto. p = (x, y, z) z P Per gli stati stazionari dell’atomo di H l’equazione di Schrödinger si può scrivere: 1Å Nucleo x Hy = h2 8p2m e2 r - 2 y = E y y (m = massa; v = velocità; e = carica; r = distanza dal nucleo, h = costante di Planck, 2y  2y  x2  y2  z2 + 2 y = )

ESISTONO INFINITE SOLUZIONI Quelle che soddisfano ai criteri di univocità, continuità, e di normalizzazione si dicono autofunzioni. Nella soluzione, entrano, oltre a parametri fisici (m, v, e, r …) anche numeri quantici, che possono assumere solo alcuni valori e non altri.

NUMERI QUANTICI n 0, 1, 2, 3 … l 0, 1, 2 … (n - 1) m 0, + 1, + 2 … + l Simbolo dell’orbitale Guscio K L M 1 1s 2 2s 1 -1 2p 2p +1 2p 3 3s 1 -1 3p 3p +1 3p 2 -2 3d -1 3d 3d +1 3d +2 3d

l = 0, s (sharp) l = 1, p (principal) l = 2, d (diffuse) l = 3, f (fundamental) Per esempio, nel guscio N, si ha: n = 4 l = 0 4s 4p 4p 4p 4d 4d 4d 4d 4d 4f 4f 4f 4f 4f 4f 4f

Densità Elettronica Orbitale 1s 1,4 per Å3 1,0 per Å3 0,6 per Å3 0,4 per Å3 0,2 per Å3 . . . 0,1 per Å3 2 . . . r

Probabilità radiale Si possono collocare tanti volumetti 1Å r 1 ° r Si possono collocare tanti volumetti unitari a distanza r grande. Si possono collocare pochi volumetti unitari a distanza r piccola. La probabilità di trovare l’elettrone in un volumetto unitario a distanza r è data da 2 (decresce con r). Il numero di volumetti unitari che si possono collocare a distanza r è data da 4pr2 (cresce con r). 2 4p r2 2 4p r2 r r0 = 0,53 Å

Possibili per ogni valore di n Possibili solo per n > 1 z ORBITALI s l = 0 x Nessun punto nodale y centrosimmetrici un punto nodale Possibili per ogni valore di n (Guscio K, L, M …) z Orbitali p l = 1 x Orientati ciascuno lungo un asse cartesiano y z z x x y y Possibili solo per n > 1 (Gusci L, M, N, …)

ORBITALI d Sono possibili solo per n>2 (gusci M, N, O, …) z z z x x dx - y giace nel piano X, Y (lungo gli assi) dxy “ “ “ X, Y (bisettrici) dyz “ “ “ Y, Z (“ “ “ ) dxz “ “ “ X, Z (“ “ “ ) dz lungo l’asse Z (“ “ “ ) 2 2 l = 2 Sono possibili solo per n>2 (gusci M, N, O, …) z z z x x x dx - y y 2 2 dxy y y dyz z z x x y dz 2 y dxz

1s 2s 3s

z x 2px z y x z 2py y x 2pz y

ATOMI POLIELETTRONICI Energia relativa degli orbitali atomici E 6p 5d 4f 6s 5p 5s 4d 4p 4s 3d 3p 3s 2p 2s 1s

RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DEGLI ORBITALI E CONFIGURAZIONE ELETTRONICA n. elettroni a) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f ... Simbolo orbitale H 1s1 He 1s2 Li 1s22s1, oppure [He] 2s1; Be 1s22s2, oppure [He] 2s2 B 1s22s22p1, oppure [He] 2s22p1 …. O = 1s22s22p4, ovvero [He] 2s22p4 F = 1s22s22p5, ovvero [He] 2s22p5 Ne = 1s22s22p6, Na = 1s22s22p63s1, ovvero [Ne] 3s1 Esempio C: b) E 2p 2s 2p 2s 1s 1s

1° PERIODO Guscio esterno: K (n = 1) Orbitali esterni: s (2 elementi) H 1s1 He 1s2 2° PERIODO Guscio esterno: L (n = 2) Orbitali esterni: s,p (8 elementi) Li (He) 2s1 B (He) 2s22p1 N (He) 2s22p3 F (He) 2s22p5 Be (He) 2s2 C (He) 2s22p2 O (He) 2s22p4 Ne (He) 2s22p6 2p 2p 2s 2s blocco s blocco p gas nobile

3° PERIODO Guscio Esterno: M (n = 3) Orbitali esterni s,p Na (Ne) 3s1 Mg (Ne) 3s2 Al (Ne) 3s2 3p1 Si (Ne) 3s23p2 P (Ne) 3s23p3 S (Ne) 3s23p4 Cl (Ne) 3s2 3p5 Ar (Ne) 3s23p6 8 elementi 4° PERIODO Guscio Esterno: N (n = 4) Orbitali esterni s,p K (Ar) 4s1 Ca (Ar)4s2 Sc (Ar)3d1s2 Ti (Ar) 3d24s2 V (Ar) 3d34s2 Cr (Ar)3d54s1 Mn (Ar)3d54s2 Fe (Ar) 3d64s2 Co (Ar) 3d74s2 Ni (Ar)3d84s2 Cu (Ar)3d104s1 Zn (Ar) 3d104s2 Ga (Ar) 3d104s24p1 Ge (Ar)3d104s24p2 As (Ar)3d104s24p3 Se (Ar)3d104s24p4 Br (Ar) 3d104s24p5 Kr (Ar)3d104s24p6 blocco s gas nobile 18 elementi blocco p Elementi di transizione

5° PERIODO Guscio esterno: O (n = 5) (18 elementi) Rb (Kr) 5s1 Sr(Kr)5s2 Y (Kr) 4d15s2 Zr (Kr) 4d15s2 Nb (Kr) 4d45s1 Mo (Kr) 4d55s1 Tc (Kr) 4d55s2 Ru (Kr) 4d75s1 Rh (Kr) 4d85s1 Pd (Kr) 4d10 Ag (Kr) 4d105s1 Cd (Kr) 4d105s2 In (Kr) 4d105s25p1 Sn (Kr) 4d105s25p2 Sb (Kr) 4d105s25p3 Te (Kr) 4d105s25p4 I (Kr) 4d105s25p5 Xe (Kr) 4d105s25p6 6° PERIODO Guscio esterno: P (n = 6) (32 elementi) Cs (Xe) 6s1 Ba (Xe) 6s2 La (Xe) 5d16s2 Lantanidi: Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 14 elementi in cui, ferma restando la configurazione esterna del La, cioè 5d16s2, si riempiono i 7 orbitali 4f. Ce (Xe) 4f15d16s2; Pr (Xe) 4f25d16s2, …. Lu (Xe) 4f145d16s2

7° PERIODO: Guscio esterno Q (n = 7) (segue 6° PERIODO) Hf (Xe)4f145d26s2; Ta (Xe)4f145d36s2; W (Xe)4f145d46s2 Re (Xe)4f145d56s2; Os (Xe)4f145d66s2; Ir (Xe)4f145d76s2 Pt (Xe)4f145d96s1; Au (Xe)4f145d106s1; Hg (Xe)4f145d106s2; Tl (Xe)4f145d106s26p1; Pb (Xe)4f145d106s26p2; Bi (Xe)4f145d106s26p3; Po (Xe)4f145d106s26p4; At (Xe)4f145d106s26p5; Rn (Xe)4f145d106s26p6 7° PERIODO: Guscio esterno Q (n = 7) Fr (Rn)7s1; Ra (Rn)7s2; Ac (Rn)6d17s2 Seguono gli ATTINIDI, in cui, ferma restando la configurazione elettronica esterna 6d17s2 dell’Attinio, si riempiono i 7 orbitali 5f. Sono Th90, Pa91 e U92 (reattivi, ma presenti in natura) ed i TRANSURANICI preparati mediante reazioni nucleari artificiali: 93NP, 94Pu, 95Am, 96Cm, 97Bk, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No, 103Lr, 104X.

Le proprietà chimiche degli atomi dipendono dalla loro configurazione elettronica esterna Be 1s2 2s2 9,32 eV per rimuovere un elettrone 2s 153,85 eV per rimuovere un elettrone 1s Na 1s2 2s2 2p6 3s1 5,14 eV per rimuovere un elettrone 3s 47,29 eV per rimuovere un elettrone 2p Poiché la configurazione elettronica esterna varia con una determinata periodicità, anche le proprietà chimiche variano con la stessa periodicità

Potenziale di Ionizzazione A A+ + e- (eV) He Es. Na Na+ + e- 5,14 eV Ne eV Ar F N P Cl Be O Mg S H C Si B Al K Li Na z 5 10 15 20 25 Affinità per l’elettrone: B + e B- (Energia liberata)

Volume atomico Fr Cs Rb K He Na z Volume atomico = Volume di una mole di atomi, cm3 per mole

Secondo la International Union of Pure and Applied Chemistry TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI Secondo la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) Gruppo Gas Nobili P E R I O D I Blocco s Blocco p 1 II III IV V VI VII 2 Blocco d Blocco f 3 A B III IV V VI VII VIII I II 4 5 6 7 N u m. A t o m i c * Peso Atomico 29 63,546 * * Cu Rame Simbolo