CONFIGURAZIONE
ELETTRONICA
E PROPRIETA’ PERIODICHE
DEGLI ELEMENTI
OGNI ORBITALE E’ INDIVIDUATO DALLA TERNA DEI NUMERI QUANTICI
n, l, m
Il principio di esclusione di Pauli.
Esiste un ulteriore numero quantico
definito numero quantico di spin ms,
che può assumere valori di -1/2 o
+1/2 (per elettrone). Nessuna coppia
di elettroni può avere gli stessi 4
numeri quantici e quindi un orbitale
può “ospitare” solo 2 elettroni.
Questa regola non ha eccezioni.
Wolfgang Pauli
+1/2
-1/2
ENERGIA
2px
2s
1s
2pY 2pz
Principio dell’Aufbau (riempimento)
Distribuzione energetica reale dei
livelli energetici atomici
Schema semplificato dei livelli
energetici atomici
7p
Schema empirico da adottare
per il corretto riempimento
degli orbitali atomici
4f
elettrane
Configurazioni elettroniche
Z= 6
tre regole si applicano per predire la
configurazione elettronica nello stato
fondamentale di un atomo:
Il principio di esclusione di Pauli.
Esiste un ulteriore numero quantico
definito numero quantico di spin ms, che
può assumere valori di -1/2 o +1/2 (per
elettrone). Nessuna coppia di elettroni può
avere gli stessi 4 numeri quantici e quindi
un orbitale può “ospitare” solo 2 elettroni.
Questa regola non ha eccezioni.
Il principio dell’aufbau (riempimento).
Le configurazioni elettroniche sono
costruite riempendo per primi gli orbitali ad
energia più bassa (quando le differenze di
energia sono significative). Questa regola
permette di ottenere le configurazioni
elettroniche nello stato fondamentale. Altre
configurazioni eccitate che non violino il
principio di Pauli sono possibili.
Regola di Hund. Laddove gli orbitali
hanno la stessa energia (degenerati) o
quasi, questi vengono riempiti ciascuno
con un elettrone, con spin paralleli, prima
che inizi l’accoppiamento. Altre
configurazioni rappresentano stati eccitati
(non sono vietate).
Configurazione elettronica corretta
Elementi disposti in ordine crescente di massa atomica
Altre configurazioni
periodiche degli elementi
Lantanidi
Attinidi
Note that elements 113, 115, and 117 are not known, but are included
in the table to show their expected positions. There are unconfirmed
reports for the observation of elements 114 (ununquadium), 116
(ununhexium), and 118 (ununoctium) and so these elements are also
included.
RIGO o PERIODO
I periodi sono
individuati da numeri
COLONNA o GRUPPO
I gruppi sono individuati
da numeri romani e dalle
lettere A o B
LA POSIZIONE CHE UN
ELEMENTO OCCUPA NELLA
TABELLA PERIODICA E’ UN
RIFLESSO DELLA SUA
CONFIGURAZIONE
ELETTRONICA
Come apparirebbe realmente la tavola periodica secondo la organizzazione
in gruppi orbitalici
2
He
Classificazione mediante sublivelli
f
p
d
d
p
p
s
1
s
s
p
s
s
s
2
3
4
5
6
Schema empirico da adottare
per il corretto riempimento
degli orbitali atomici
4f
Il tipo di orbitale più esternamente occupato da uno o più elettroni,
condiziona le proprietà chimiche dell’elemento e la sua posizione nella tabella
PERIODO
elettroni in comune
su orbitali col numero
quantico principale
più alto
3
12
17
Mg
Cl
d
d
s
1
s
2
p
p
s
f
d
p
d
s
1s22s22p63s2
3
s
4
1
s
2
p
p
s
p
s
1s22s22p63s23p5
3
4
f
VIA
Gruppo:
identica
configurazione
elettronica più
esterna
8
34
O
Se
d
d
s
1
s
2
p
p
s
f
d
p
d
s
1s22s22p4
3
s
4
1
s
2
p
p
s
f
p
s
1s22s22p63s23p64s23d104p4
3
4
Metalli di transizione
Elementi in cui gli elettroni occupano progressivamente orbitali d
(ma l’orbitale s con numero quantico superiore è già stato riempito)
f
p
d
d
p
p
s
1
s
s
p
s
s
s
2
3
4
5
6
Metalli di transizione
Interna:
Lantanidi
attinidi
Elementi in cui gli elettroni occupano progressivamente orbitali f
(ma gli orbitali s e p con numero quantico superiore sono già stati riempiti)
f
p
d
d
p
p
s
1
s
s
p
s
s
s
2
3
4
5
6
Quanti e quali “ingredienti” elementari sono necessari per fare un organismo vivente ?
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Composizione chimica dell’universo, della crosta terrestre e del corpo umano
Principio antropico ?
Se analizziamo attentamente le leggi fisiche che descrivono i fenomeni naturali ci
convinciamo facilmente che queste leggi non potrebbero essere molto diverse da
quelle che sono, senza che peraltro ne siano sconvolti i delicati equilibri presenti
nell'Universo. La forza di gravità ad esempio è molto debole, soprattutto se
paragonata alla forza forte, quella che agisce fra i quark e fra i protoni e i neutroni
presenti nel nucleo atomico.
Se la forza gravitazionale fosse stata solo un poco più forte di quello che è,
l'Universo sarebbe stato molto più piccolo e soggetto ad una evoluzione molto rapida;
le stelle avrebbero consumato il loro combustibile in tempi molto brevi, la vita non
avrebbe avuto il tempo per svilupparsi e l'umanità non esisterebbe. Se viceversa la
forza di gravità fosse stata, anche di poco, più debole di com'è, la materia non si
sarebbe condensata in stelle e galassie e l'Universo sarebbe freddo e rarefatto.
Lo stesso discorso vale per altre grandezze fisiche. Se ad esempio la forza forte
fosse solo un po' più debole di quanto è in realtà, l'unico elemento stabile nel nostro
Universo sarebbe l'idrogeno e non esisterebbero tutti gli altri, compreso il carbonio che
è quello fondamentale per la vita. Se d'altra parte la forza forte fosse leggermente più
forte rispetto alle altre che agiscono sulla materia diverrebbe stabile il diprotone, cioè
un nucleo atomico formato di due protoni: l'idrogeno allora non potrebbe esistere e di
conseguenza non si potrebbero formare nemmeno le stelle e le galassie.
Potrebbero in realtà esistere, insieme al nostro, moltissimi altri Universi, tutti differenti fra
loro e indipendenti l'uno dall'altro, ognuno dei quali con proprie leggi e propri parametri
fisici. Non esistono infatti ragioni a priori per cui le leggi fisiche che regolano il
comportamento della materia nel nostro Universo debbano essere necessariamente quelle
che sono. Leggi diverse da quelle che sperimentiamo giornalmente potrebbero benissimo
esistere, ma darebbero luogo a Universi diversi, e comunque senza vita (almeno per come
intendiamo noi la vita). La vita, e in particolare la vita intelligente, si può infatti sviluppare
solo se le leggi fisiche rispondono a requisiti precisi ed appropriati.
Esisterebbero quindi tanti Universi di cui però uno solo osservabile: ovvero solo nel
nostro Universo esisterebbe qualcuno in grado di compiere osservazioni. Come nel caso
della meccanica quantistica abbiamo fatto osservare che per descrivere un fenomeno è
indispensabile interagire con esso, per cui non ha senso parlare di fenomeni dei quali non
sia possibile cogliere la misura, allo stesso modo possiamo affermare che i fenomeni che
si realizzano nell'Universo non avrebbero senso (cioè, in pratica, non esisterebbero) se
non vi fossero gli uomini ad osservarli.
Non è detto che fra i tanti Universi possibili non ve ne possa essere qualcuno identico al
nostro, nel quale si sarebbero realizzate le condizioni che hanno portato alla nascita della
vita intelligente. Potrebbero esistere in teoria tanti altri Universi come il nostro, ma
sarebbe come se non ci fossero in quanto risulterebbe comunque impossibile mettersi in
contatto con essi. Sappiamo infatti che qualsiasi messaggio non può uscire dal luogo in
cui viene prodotto: così ad esempio la luce, che è il segnale più veloce che esista, si
incurva lungo il percorso a causa della presenza della materia, ragion per cui nemmeno
essa potrà mai uscire dall'Universo nel quale è stata generata.
I limiti del principio antropico sono evidenti. Secondo alcuni esso non spiegherebbe
nulla trattandosi di semplice tautologia: "Il mondo in cui viviamo è il mondo in cui
viviamo". Per altri non avrebbe senso parlare di altri Universi, diversi o anche uguali al
nostro, se poi tutti questi Universi, per definizione, non sono osservabili. Infine, da un
punto di vista strettamente scientifico, il principio antropico deve essere respinto
semplicemente perché non vi è modo di sottoporlo a verifica. Di esso, in altre parole, non
saremo mai in grado di dimostrare sperimentalmente né che sia giusto, né che sia
sbagliato.
Alcune proprietà degli elementi mostrano
variazioni graduali procedendo attraverso
un periodo o un gruppo
Conoscere queste tendenze permette di
comprendere le proprietà chimiche
Le tendenze che prenderemo in considerazione
per gli elementi rappresentativi sono:
dimensioni atomiche
energia di prima ionizzazione
affinità elettronica
raggio ionico
elettronegatività
dimensioni atomiche
energia di prima ionizzazione
affinità elettronica
raggio ionico
elettronegatività
Variazione del raggio atomico in
funzione del numero atomico
Aumentando il numero di elettroni nello stesso
guscio orbitalico aumenta l’attrazione con i
protoni nucleari causando una contrazione
Si occupa un
guscio
orbitalico
con numero
quantico
principale n
maggiore
e quindi più
voluminoso
dimensioni atomiche
energia di prima ionizzazione
affinità elettronica
raggio ionico
elettronegatività
POTENZIALE DI IONIZZAZIONE
enrgia necessaria a strappare l’elettrone più debolmente
legato all’atomo isolato (allo stato gassoso) e portarlo a
distanza infinita dal nucleo
A + Energia ---------> A+ + e-
diminuisce
aumenta
dimensioni atomiche
energia di prima ionizzazione
affinità elettronica
raggio ionico
elettronegatività
AFFINITA’ ELETTRONICA
energia liberata per acquisire un elettrone da parte di un
atomo neutro
A + e- ----------> A- + Energia
varia poco
aumenta
dimensioni atomiche
energia di prima ionizzazione
affinità elettronica
raggio ionico
elettronegatività
RAGGI IONICI
+
catione
- e-
-
+ e-
atomo neutro
anione