numeri quantici - med.unipg.it preparazione 2013 2014/biochimica... · z = 2 elio simbolo:he 4 3 2...

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