Volume 1

MODULO B Capienza dei livelli principali, dei sottolivelli e degli orbitali Livello n. 1 sottolivello l obitale ml tipo orbitale = +1/2 spin ms = 1/2 0 0 1s 2 0 0 1 2s 2p U. 3 - La struttura atomica Possiamo ora riassumere le regole fin qui introdotte: 1. ogni livello principale n contiene n sottolivelli; 2. ogni sottolivello l contiene 2 l + 1 orbitali, cioè: un sottolivello s (l = 0) contiene 1 orbitale, ha forma sferica; un sottolivello p (l = 1) contiene 3 orbitali, ha forma di 8 in tre posizioni cartesiane differenti x, y e z; un sottolivello d (l = 2) contiene 5 orbitali; un sottolivello f (l = 3) contiene 7 orbitali; 3. ogni orbitale può ospitare solo due elettroni che devono avere spin antiparalleli; 4. il Principio di Pauli pone un limite alle capacità degli orbitali, dei sottolivelli e dei livelli. Lo spin ms = +1/2 viene rappresentato con il simbolo ; al contrario lo spin ms = 1/2 viene rappresentato con Il simbolo . L applicazione di queste regole ai primi tre livelli energetici principali permette di ricavare la Tabella 3.3. 3 1 0 1 2p 2p 0 0 1 3s 3p 1 2 0 1 2 1 0 1 2 3p 3p 3d 3d 3d 3s 3d Tabella 3.3. Serie di numeri quantici dei primi tre livelli di energia. 3. 10 Regola di Hund - Diagrammi orbitalici Le configurazioni elettroniche, come abbiamo visto nei paragrafi precedenti, sono sufficienti a descrivere la disposizione degli elettroni negli atomi. Tuttavia, per rappresentare meglio la distribuzione degli elettroni nei vari orbitali, si può ricorrere all uso dei diagrammi orbitalici, analoghi a quelli riportati in Tabella 3.2 per l idrogeno e l elio. Consideriamo ora la configurazione elettronica dell atomo di boro (numero atomico = 5): B 1s2 2s2 2p1. Sappiamo che i due elettroni dell orbitale 1s hanno spin antiparalleli ( ) come pure i due elettroni presenti nell orbitale 2s ( ). Visto che il sottolivello 2 p contiene tre orbitali contrassegnati con i simboli: 2px 2py 2pz, il quinto elettrone del Boro potrebbe trovarsi in qualsiasi di questi tre orbitali e il suo spin potrebbe essere sia parallelo , ms = +1/2, che antiparallelo , ms = 1/2. Il diagramma orbitalico del Boro viene normalmente riportato come segue: diagramma orbitalico 1s 2s 2px 2py 2pz in cui, per convenzione, il primo elettrone di ogni orbitale viene indicato con una freccina rivolta verso l alto ( ). Passiamo alla configurazione dell elemento successivo che ha sei elettroni, il carbonio C 1s2 2s2 2p2, per quanto riguarda la disposizione del sesto elettrone sorge una complicazione. Questo elettrone potrebbe entrare con il quinto elettrone nello stesso orbitale 2px, con spin antiparallelo , oppure entrare in uno dei restanti orbitali (2py 2pz) vuoti, con spin parallelo. 65