numeri quantici - med.unipg.it preparazione 2013 2014/biochimica... · z = 2 elio simbolo:he 4 3 2...
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Le autofunzioni sono caratterizzate da tre parametrichiamati NUMERI QUANTICI e sono completamente definite dai loro valori:
• n : n : numeronumero quanticoquantico principaleprincipale• ll : : numeronumero quanticoquantico secondariosecondario• m : m : numeronumero quanticoquantico magneticomagnetico
I numerinumeri quanticiquantici possono assumere solamente i valori che rispettano le seguenti regole:
n = 1, 2, 3, 4, ...n = 1, 2, 3, 4, ...n = 1, 2, 3, 4, ...
l = 0, 1, 2, 3, …, n-1l = 0, 1, 2, 3, = 0, 1, 2, 3, ……, n, n--11
m = 0, ±1, ±2, ±3, …, ± lm = 0, m = 0, ±±1, 1, ±±2, 2, ±±3, 3, ……, , ±±ll
NUMERI QUANTICINUMERI QUANTICI
NUMERI QUANTICINUMERI QUANTICI
OgniOgni autofunzioneautofunzione Ψ definitadefinita dada unauna data data ternaterna di di valorivalori di di numerinumeri quanticiquantici n, l, mn, l, mll rappresentarappresenta un un ORBITALEORBITALE
NumeroNumero quanticoquantico principale: : nn (= 1,(= 1,……, , ∞∞))
DefinisceDefinisce ll’’ ENERGIAENERGIA e la e la DIMENSIONEDIMENSIONE delldell’’orbitaleorbitale
NumeroNumero quanticoquantico secondariosecondario o o azimutaleazimutale : : ll (= 0,1,(= 0,1,……, n, n--1)1)
IndicaIndica ilil momentomomento angolareangolare delldell’’elettroneelettrone e e definiscedefinisce la la FORMAFORMA delldell’’orbitaleorbitale
NumeroNumero quanticoquantico magneticomagnetico: : mm (= (= --l,l,……,0,.., +l),0,.., +l)
DeterminaDetermina ll’’ ORIENTAMENTO SPAZIALEORIENTAMENTO SPAZIALE delldell’’orbitaleorbitale
NUMERI QUANTICINUMERI QUANTICI
I I diversidiversi tipi di ORBITALI tipi di ORBITALI vengonovengono designatidesignati usandousando
un un NUMERONUMERO e e unauna LETTERALETTERA
La La LETTERALETTERA definiscedefinisce ilil valorevalore ll
l = 0 l = 0 vengonovengono indicatiindicati con con ss (sharp)(sharp)
IlIl NUMERONUMERO definiscedefinisce ilil valorevalore didi nn
l = 1 l = 1 vengonovengono indicatiindicati con con pp (principal)(principal)
l = 2 l = 2 vengonovengono indicatiindicati con con dd (diffuse)(diffuse)
l = 3 l = 3 vengonovengono indicatiindicati con con ff (fundamental)(fundamental)
un orbitale 1s
l
0
0
1
m
0
0
+10
-1
un orbitale 2s
tre orbitali 2p
n
1
2
x
yz
3s3s
3px 3py 3pz3px 3py 3pz
cinque orbitali 3dcinque orbitali 3d
l
0
1
2
m
0
+10
-1
+2+1
0-1-2
n
3
1s1s
2s
3s3s3s
4s4s
l = 0 (orbitali s)l l = 0 (orbitali s)= 0 (orbitali s)
Per l = 1, il numero quantico magnetico mpuò assumere i valori +1, 0, -1
Gli orbitali che hanno valore di l = 1si chiamano orbitali p.
m = +1 m = 0 m = -1
Gli orbitali che hanno valore di l = 2 si chiamano orbitali d
Per l = 2 possono aversi 5 valori di m :
+2+10
-1-2
Per Per ll = 3= 3 sisi hannohanno 7 7 orbitaliorbitali ff(m = (m = ±± 3, 3, ±±2, 2, ±±1, 0)1, 0)
x
y
z
x
y
z
x
z
y
x
z
y
x
y
z
x
z
y
x
y
x
z
y
x
z
y
z
s px py pz
dx2
-y2 dz
2dxy dyz dxz
GliGli orbitaliorbitali disponibilidisponibili per per ospitareospitare l'unicol'unico elettroneelettrone sonosono tantitanti: :
1s, 2s, 2p1s, 2s, 2pxx, 2p, 2pyy, 2p, 2pzz, 3s, 3p, 3s, 3pxx, 3p, 3pyy, 3p, 3pzz, 3d, 3dxx22yy22, 3d, 3dxzxz, 3d, 3dzz22, 3d, 3dyzyz, 3d, 3dxzxz, 4s, , 4s, 4p4pxx, 4p, 4pyy, 4pz, 4d, 4pz, 4dxx22yy22 , 4d4dxzxz …………
In In qualequale orbitaleorbitale vava
messomesso questoquesto
elettroneelettrone ??
(1 protone + 1 elettrone)
AlloAllo statostato fondamentalefondamentale, , l'unicol'unicoelettroneelettrone dell'atomodell'atomo di di idrogenoidrogenoabitaabita l'orbitalel'orbitale a a pipiùù bassabassa energiaenergia
n
1
2
3
4
5
llll
0 1 2
E
N
E
R
G
I
A
E
N
E
R
G
I
A2s
2px 2py 2pz
3s3px 3py 3pz
4px 4py 4pz
5px 5py 5pz
4s
5s
3dx2 3dx2y2 3dxz 3dxy 3dyz
4dx2 4dx2y2 4dxz 4dxy 4dyz
1s L’energia degli orbitali cresce all’aumentare di n ed l. (Per ragioni grafiche, è qui rispettata la sequenza dei
livelli energetici ma non i loro valori relativi)
AUFBAUAUFBAUÈÈ la la costruzionecostruzione idealeideale deglidegli atomiatomi, , fattafatta disponendodisponendo nelnel
nucleonucleo i i protoniprotoni e e neglinegli orbitaliorbitali un un ugualugual numeronumero di di elettronielettroni..
AUFBAUAUFBAU
Il Il terminetermine AUFBAU AUFBAU significasignifica in in tedescotedesco““costruzionecostruzione”” e e rappresentarappresenta per per noinoi la la costruzionecostruzione delladella configurazioneconfigurazione elettronicaelettronicadeglidegli atomiatomi, , ovveroovvero la la distribuzionedistribuzione deglideglielettronielettroni neinei varivari livellilivelli e e sottolivellisottolivellienergeticienergetici di un di un atomoatomo
Per Per scriverescrivere correttamentecorrettamente la la configurazioneconfigurazioneelettronicaelettronica occorreoccorre conoscereconoscere ll’’ordineordine con cui con cui sonosono riempitiriempiti i i varivari orbitaliorbitali
1s1s
2s2s 2p2p
3s3s 3p3p 3d3d
4s4s 4p4p 4d4d 4f4f
5s5s 5p5p 5d5d 5f5f
6s6s 6p6p 6d6d
7s7s 7p7p
8s8s
Il riempimento degli orbitaliprocede con la sequenza indicata a lato (seguendo dalbasso le frecce).
1s1s
AUFBAUAUFBAU
4p
3p
2p
3d4s
5s
3s
2s
1s
ener
gia
Dopo gli orbitali 3p dovrei riempire gli orbitali 3d che
appartengono allo stesso livello energetico, invece prima
si riempie il 4s in quanto la forma sferica dell’orbitale s è
privilegiata rispetto a quella ellittica dell’orbit ale d
Inoltre…
-l’ordine di riempimento è basato su tre regole:
AUFBAUAUFBAU
Regole:
1. L'elettrone occupa l'orbitale a pipiùù bassabassa energiaenergiadisponibile
2. PrincipioPrincipio di di PauliPauli: un orbitale può essere vuoto oppureabitato da uno o, al massimo, da due elettroni. Due elettroni che occupano lo stesso orbitale hanno spin antiparallelo.
3. PrincipioPrincipio di di HundHund: il riempimento di un orbitaledegenere si ha soltanto se gli altri orbitali degeneri sonogià occupati da un elettrone.
AUFBAUAUFBAUPrincipioPrincipio di di esclusioneesclusione di di PauliPauli
In un atomo non possono esistere 2 elettroni con tutti i numeri quantici uguali; perciò nello stessoorbitale possono esserci 2 soli elettroni purchè con ms, momento di spin, diverso
ms, numero quantico di spin: senso di rotazione dell’ e-
intorno al proprio asse (ms = + 1/2; ms =-1/2)
Valori opposti di ms SPIN ANTIPARALLELI
Valori uguali di msSPIN
PARALLELI
AUFBAUAUFBAU
RegolaRegola di HUND di HUND (max (max molteplicitmolteplicitàà di spin)di spin)
Quando due o più elettroni hanno a disposizioneorbitali degeneri, essi tendono ad occuparne ilmassimo numero possibili, disponendosi a spin paralleli
3 elettroni in 3 orbitali p
Repulsionielettrostatiche
maggiori
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
AUFBAUAUFBAU
AUFBAUAUFBAUSeguendo le regole indicate e conoscendo la sequenza di energia per gliorbitali indicata in figura si può sapere per ogni atomo quali sono quellioccupati e si può procedere all’AUFBAU, cioè al riempimentoprogressivo degli orbitali con gli elettroni
n definisce il cosidetto“guscio” o “shell”(n=1 guscio K, n=2 guscio L…)
Z = 1 Idrogeno simbolo: H
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s
10 PERIODO
Z = 2 Elio simbolo: He
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
Principio di Pauli:un orbitale può essere vuotooppure abitato da uno o, al
massimo, da due elettroni. Due elettroni che occupano lo stessoorbitale hanno spin antiparallelo.
1s2
10 PERIODO
Z = 3 Litio simbolo: Li
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s
20 PERIODO
Z = 4 Berillio simbolo: Be
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2
20 PERIODO
Z = 5 Boro simbolo: B
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px 1s2 2s22p
20 PERIODO
Z = 6 Carbonio simbolo: C
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
Principio di Hundil riempimento di un orbitale
degenere si ha soltanto se gli altriorbitali degeneri sono già occupati
da un elettrone.
1s2, 2s2px,py 1s2 2s22p2
20 PERIODO
Z = 7 Azoto simbolo: N
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px,py,pz 1s2 2s22p3
20 PERIODO
Z = 8 Ossigeno simbolo: O
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py,pz 1s2 2s22p4
20 PERIODO
Z = 9 Fluoro simbolo: F
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz 1s2 2s22p5
20 PERIODO
Z = 10 Neon simbolo: Ne
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2
20 PERIODO
Z = 11 Sodio simbolo: Na
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2, 3s
30 PERIODO
Z = 12 Magnesio simbolo: Mg
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2, 3s2
30 PERIODO
Z = 13 Alluminio simbolo: Al
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2, 3s2,px
30 PERIODO
Z = 14 Silicio simbolo: Si
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2,2s2px2,py
2,pz2,3s2,px,py
30 PERIODO
Z = 15 Fosforo simbolo: P
4
3
2
11s2, 2s2px
2,py2,pz
2, 3s2,px,py,pz
ll 0 1 2
nn
30 PERIODO
Z = 16 Zolfo simbolo: S
4
3
2
11s2, 2s2px
2,py2,pz
2, 3s2,px2,py,pz
nn
ll 0 1 230 PERIODO
Z = 17 Cloro simbolo: Cl
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2,2s2px2,py
2,pz2,3s2,px
2,py2,pz
30 PERIODO
Z = 18 Argon simbolo: Ar
4
3
2
11s2,2s2px
2,py2,pz
2,3s2,px2,py
2,pz2
ll 0 1 2
nn
30 PERIODO
Z = 19 Potassio simbolo: K
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2, 3s2,px
2,py2,pz
2,4s
40 PERIODO
Z = 20 Calcio simbolo: Ca
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2px2,py
2,pz2,3s2,px
2,py2,pz
2,4s2
40 PERIODO
Z = 21 Scandio simbolo: Sc
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2,2s2p6,3s2,p6,d,4s2
40 PERIODO
Z = 22 Titanio simbolo: Ti
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2,2s2p6,3s2,p6,d2,4s2
40 PERIODO
Z = 23 Vanadio simbolo: V
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2,2s2p6,3s2,p6,d3,4s2
40 PERIODO
Z = 24 Cromo simbolo: Cr
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d4,4s2
40 PERIODO
Z = 25 Manganese simbolo: Mn
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d5,4s2
40 PERIODO
Z = 26 Ferro simbolo: Fe
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d6,4s2
40 PERIODO
Z = 27 Cobalto simbolo: Co
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d7,4s2
40 PERIODO
Z = 28 Nichel simbolo: Ni
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d8,4s2
40 PERIODO
Z = 29 Rame simbolo: Cu
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d9,4s2
40 PERIODO
Z = 30 Zinco simbolo: Zn
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2
40 PERIODO
Z = 31 Gallio simbolo: Ga
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p
40 PERIODO
Z = 32 Germanio simbolo: Ge
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p2
40 PERIODO
Z = 33 Arsenico simbolo: As
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p3
40 PERIODO
Z = 34 Selenio simbolo: Se
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p4
40 PERIODO
Z = 35 Bromo simbolo: Br
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p5
40 PERIODO
Z = 36 Kripton simbolo: Kr
4
3
2
1
nn
ll 0 1 2
1s2, 2s2p6, 3s2,p6,d10,4s2,p6
40 PERIODO
Regola dell’OTTETTO
- Il livello più esterno - qualunque esso sia, non può ospitare piùdi 8 elettroni i quali si distribuiscono tra l’orbitale s e i 3 orbitali p(esclusi H e He, livello 10: solo l’orbitale s)
- Gli elementi dell’ VIII GRUPPO vengono definiti GAS NOBILI(avendo l’ottetto completo non reagiscono: He e non He2,…)
Tutti gli atomi tendono a raggiungere la stabilità di un gas nobile ossia a mostrare un livello esterno completo
TavolaTavola periodicaperiodica deglidegli elementielementi(1860)(1860)
Elementi organizzati in base al numero atomico e alle loro caratteristiche chimico-fisiche
GRUPP
IGRUPP
I
PERIODIPERIODIincasellati in ordine di
numero atomico Z crescentein file ORIZZONTALI
andando a capo quando iniziail riempimento di un
nuovo livello energetico
1
2
3
4
5
6
7
IA
IIA IIIAIVA
VAVIA
VIIA
VIIIA
Gli elementi di uno stesso gruppo hanno la stessa CONF. ELETTR. ESTERNAovvero lo stesso numero di e- nel ivello energetico esterno o guscio di valenza
(elettroni di valenza)
IB IIB IIIBIVB
VBVIB
IXBVIIBVIIIB XB
orbitaliorbitali dd
orbitaliorbitali ssorbitaliorbitali ss orbitaliorbitali pp
orbitaliorbitali ff
HH
NaNa
KK
LiLi
RbRb
FrFr
CsCs
BeBe
MgMg
CaCa
SrSr
RaRa
BaBa
ScSc
YY
AcAc
LaLa
TiTi
ZrZr
HfHf
VV
NbNb
TaTa
CrCr
MoMo
WW
MnMn
TcTc
ReRe
FeFe
RuRu
OsOs
CoCo
RhRh
IrIr
NiNi
PdPd
PtPt
CuCu
AgAg
AuAu
ZnZn
CdCd
HgHg
BB
AlAl
GaGa
InIn
TlTl
CC
SiSi
GeGe
SnSn
PbPb
NN
PP
AsAs
SbSb
BiBi
OO
SS
SeSe
TeTe
PoPo
FF
ClCl
BrBr
II
AtAt
HeHe
ArAr
KrKr
NeNe
XeXe
RnRn
CeCe
ThTh
PrPr
PaPa
NdNd
UU
PmPm
NpNp
SmSm
PuPu
EuEu
AmAm
GdGd
CmCm
TbTb
BkBk
DyDy
CfCf
HoHo
EsEs
ErEr
FmFm
TmTm
MdMd
YbYb
NoNo
LuLu
LwLw
BLOCCO s
BLOCCO d
BLOCCO p
BLOCCO f
s1 s2 p1 p2 p3 p4 p5 p6
d1 d2 d3 d4 d5 d6
f4f1 f2 f3 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14
d7 d8 d9 d10
Lantinidi
Attiniti
ELEMENTI di TRANSIZIONE
KuKu