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HUND E RIEMPIMENTO ORBITALI

Gli elettroni si dispongono spontaneamente seguendo un certo ordine di riempimento degli orbitali. Quale è questo ordine?-Seguono l'ordine di riempire gli orbitali ad energia minima. Solo una volta terminati questi, passano all'orbitale che energeticamente segue quello già riempito. Questo ordine NON SEGUE quello numerico che noi abbiamo dato agli orbitali. Segue solo l'ordine energetico! La sequenza è la seguente: In questo modo il primo orbitale che si riempie è l'orbitale 1S, seguito dal 2S, poi dal 2p-seguono il 3S, poi il 3p e il 4S, poi 3d-4p-5s etc.. (guardate lo schema).

PRINCIPIO DI ENERGIA MINIMA E RIEMPIMENTO ORBITALI Gli elettroni si dispongono spontaneamente seguendo un certo ordine di riempimento degli orbitali. Quale è questo ordine? - Seguono l’ordine di riempire gli orbitali ad energia minima. Solo una volta terminati questi, passano all'orbitale che energeticamente segue quello già riempito. Questo ordine NON SEGUE quello numerico che noi abbiamo dato agli orbitali. Segue solo l’ordine energetico! La sequenza è la seguente: In questo modo il primo orbitale che si riempie è l’orbitale 1S, seguito dal 2S, poi dal 2p- seguono il 3S, poi il 3p e il 4S, poi 3d- 4p – 5s etc.. ( guardate lo schema). Il modo con cui graficamente si rappresentano gli spin, è un quadratino con le frecce dentro: 1 freccia verso l’alto ed una verso l basso. Questo è l’atomo di idrogeno. Ha un solo protone, quindi 1 solo elettrone. Questo invece è l’Elio. Il suo nucleo contiene 2 protoni e 2 neutroni. Di conseguenza ha 2 elettroni. Vorrei che osservaste adesso il Carbonio . Ha 6 protoni nel nucleo, il che vuol dire, l’avrete ormai capito, che ha anche 6 elettroni. Guardate come sono disposti, in special modo quelli dell’orbitale 2p2. Come potete osservare, i 2 elettroni di questo orbitale non riempiono un quadratino completamente, ma si distribuiscono il più possibile. Questa è un’altra regola di questi elettroni : Se ci sono orbitali allo stesso livello energetico, prima si colloca un elettrone su ciascun orbitale vuoto, poi si completano gli orbitali semipieni.. ( principio di Hund) L’elemento che segue,l’Azoto, ha un protone in più, di conseguenza anche un elettrone in più del Carbonio. Osservate che i 3 elettroni posti al livello energetico superiore, occupano tutte le caselle a disposizione, senza raddoppiarsi. Ecco per voi un altro elemento noto: l’Ossigeno . Possiede 8 protoni nel nucleo e 8 neutroni. Quindi anche 8 elettroni, che si dispongono secondo la regola appena esposta Insomma, credo ormai che abbiate capito come le cose procedono. Gli elettroni sono tipetti un po’ particolari. Hanno le loro regole e tendono a prendere il loro spazio. Ma si rispettano molto e nessuno va a circolare nello spazio dedicato ad un altro elettrone. Anche qui abbiamo qualcosa da imparare dalla chimica per la nostra vita. Se lo fanno loro, possiamo provare a farlo anche noi. . RIASSUNTO: Quando devono essere riempiti degli orbitali isoenergetici come gli orbitali p- d- f- , gli elettroni prima si dispongono con spin parallelo e solo un secondo momento si dispongono con spin antiparallelo: Quindi così: e non così Questa è la Regola di Hunde Una volta inseriti gli Z elettroni di un elemento negli orbitali dovuti, otteniamo la configurazione elettronica dell’elemento Cominciamo adesso a lavorare sulla tavola periodica Se cominciamo a guardare la tavola periodica, osserviamo che, a partire dall’idrogeno ( numero 1), ogni volta che aggiungiamo un protone, aggiungiamo anche un elettrone alla configurazione elettronica, l’atomo cambia nome. Ogni qualvolta abbiamo abbastanza elettroni da riempire un livello energetico, gli elementi successivi scendono di un piano, di una riga nella tavola periodica ed iniziano a riempire il livello successivo. Queste righe che stanno una sotto l’altra , vengono dette PERIODI della tavola periodica. Se osserviamo bene gli atomi che popolano uno stesso periodo, hanno la stessa configurazione elettronica superficiale. In questo modo i 7 periodi che otteniamo, corrispondono ai 7 livelli energetici disponibili e riempibili. Una volta fatto questo, possiamo leggere la tavola periodica anche verticalmente. Ad ogni colonna ottenuta, diamo il nome di GRUPPO Un GRUPPO rappresenta un certo numero di atomi ( elementi) che hanno un uguale numero di elettroni disposti sullo stesso tipo di orbitali che sono , naturalmente, sistemati su livelli energetici diversi. Poiché il comportamento chimico di un elemento dipende dalla sua configurazione elettronica più superficiale, gli elementi appartenenti alla stesso gruppo, avendo in comune la configurazione elettronica superficiale, presentano caratteristiche chimiche molto simili ( stesse reazioni). Quindi le caratteristiche chimiche variano progressivamente e con continuità mentre ci spostiamo da sinistra a destra nella tavola periodica ( cioè orizzontalmente) seguendo lo stesso periodo, mentre rimangono simili se andiamo da nord a sud ( cioè ci spostiamo verticalmente) all’interno dello stesso gruppo. Possiamo allora suddividere la tavola periodica in 4 grandi regioni che rappresentano insiemi di elementi che hanno inserito elettroni in orbitali dello stesso tipo: • • La prima regione , quella all’estrema sinistra, è formata dai gruppi IA e IIA, con orbitali esterni pieni di tipo s che formano i metalli alcalini e alcalinoterrosi. La Regione all’estrema destra composta dai rimanenti 5 gruppi A e dal gruppo 0 rappresenta l’area degli elementi che hanno i 6 elettroni più esterni nel gruppo p e formano i non metalli. • La Regione Centrale, formata da 10 file verticali riuniti a formare 8 gruppi • presentano 10 elettroni che riempiono i 5 orbitali d e formano i metalli di transizione. Infine, in basso, c’è una specie di isola del sud. Una regione rappresentata separata ma che in realtà starebbe dopo il Lantanio (La- 57) e dopo – vedi elemento sottostante - l'Attinio ( Ac- 89). qui dimorano gli elementi detti Lantanidi e Attinidi, che hanno i 14 elettroni esterni nei 7 orbitali f- 4f e 5f- Il numero d’ordine di ciascun gruppo indica quanti elettroni sono presenti nel livello energetico superficiale, dandoci così indicazione di quanti elettroni sono disponibili a formare legami chimici. Così tutti gli elementi del gruppo 1A presentano una configurazione ns1 dove n= al numero quantico principale, cioè il livello energetico ( 1s, 2s, 3s etc..) e il numero 1 indica che c’è un solo elettrone che dimora in quell’orbitale. Il secondo gruppo: ha configurazione elettronica esterna = ns2 n= al numero quantico principale, cioè il livello energetico ( 1s, 2s, 3s etc..) e il numero 2 rappresenta il numero degli elettroni che occupano l’orbitale s. Possiamo dunque costruire uno schema che ci permette di correlare ciascun gruppo A con la configurazione elettronica superficiale degli elementi appartenenti al gruppo stesso: Gruppo IA II A III A IV A VA VI A VII A 0-VIII A Configurazione elettronica Sup. ns 1 ns2 ns 2 np1 ns 2 np2 ns 2 np3 ns 2 np4 ns 2 np5 ns 2 np6 Numero di elettroni 1 2 3 4 5 6 7 8 I Gas Nobili, appartengono al gruppo zero o VIII A, e saturano completamente gli orbitali s e quelli p, con 8 elettroni. Questa configurazi9ne particolare si chiama configurazione dell’ottetto e risulta piuttosto stabile. I gruppi B vengono ordinati esattamente come i gruppi A, inserendo anche gli orbitali d e f, tipici di questi elementi. I Lantanidi e gli Attinidi, avendo caratteristiche simili al Lantanio e all’Attinio, vengono considerati nel gruppo IIIB.