CHIMICA: Come usare i numeri Quantici?

I numeri quantici sono quattro numeri usati in chimica per studiare gli atomi e la loro forma.

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Come calcolare il numero di orbitali per ogni livello energetico?

per calcolare il numero di orbitali all’interno di ogni livello energetico si usa il numero quantico principale → n ←, quindi si procede con il calcolo n²

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Come calcolare il numero di elettroni per ogni livello energetico?

per calcolare il numero di elettrone di ogni livello energetico si usa il numero quantico principale → n ←, quindi si procede con il calcolo 2n²

 

 

 

CHIMICA: Modelli Atomici

PER MODELLO ATOMICO SI INTENDE LA FORMA CHE SI DA ALL’ATOMO

Sono stati concepiti 3 modelli atomici:

1. Thomson, il primo modello atomico venne ideato subito dopo la scoperta dell’elettrone. Il modello fu chiamato “panettone” per la somiglianza con il tipico dolce natalizio. Thomson si immaginò l’atomo come una grande sfera interamente di carica positiva, con all’interno nei elettroni che equivalevano la carica facendo diventare l’atomo neutro. Thomson lo ideò così per spiegarsi la carica neutra degli elementi, infatti se vi erano delle particelle di carica negativa DOVEVANO essercene di carica uguale ma opposta per equivalere ed eliminare la carica dell’elettrone.
   
2. Rutherford, il secondo modello atomico che smentiva il modello Thomsoniano, infatti grazie all’esperimento Rutherford si poté indentificare un modello a planetario, dove gli elettroni di ogni atomo ruotavano intorno al nucleo seguendo un unica orbita.
    
   La forza di attrazione che c’è tra la materia di carica positiva+ e la materia di carica negativa- viene eliminata dalla forza centrifuga provocata dalla rotazione degli elettroni
3. Bohr, l’ultimo e il moderno modello atomico, esso perfeziona l’idea di Rutherford. Bohr, osservando gli spetri luminosi emessi dagli atomi quando assorbono Fotoni, spiegò che le diverse fasce di colore dipendevano alla diversa frequenza con cui i fotoni assorbiti venivano rilasciati. Questo esperimento venne chiamato “Spettro Elettromagnetico”. Grazie ai suoi studi Bohr scoprì i livelli energetici degli atomi, infine collegò ali livelli ai numeri quantici.

In questa immagine si vedono i 7 livelli energetici di un atomo. Questi sono tutti completi di elettroni secondo un ordine preciso e un certo numero su ogni livello energetico.

 

CHIMICA: numeri quantici

COSA SONO I NUMERI QUANTICI?

I numeri quantici sono una serie di numeri che vengono usati in ambito scientifico per descrivere le proprietà delle orbite e degli elettroni presenti nell’atomo.

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I numeri quantici sono 4, tre dei quali dipendono tra loro e l’ultimo è indipendente.

• n = numero quantico primario, indica il livello energetico dell’atomo. In teoria prende i valori da 1 ad  , ma vengono considerati solo i livelli energetici da 1 a 7 perché basta a classificare tutte e 118 gli elementi terrestri.

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• l = numero quantico secondario,  indica la forma dell’orbitale e i sottolivelli energetici. dipende da n, infatti prende tutti i valori da 0 a n-1. Le forme orbitali sono tridimensionali e in totale sono 4: s,p,d,f

 ogni numero quantico di tipo l sta ad una forma orbitale:

s → una sfera con al centro il nucleo

p → due sfere che si congiungono formando un infinito , nel centro è presente il nucleo

d → quattro sfere formanti un quadrifoglio con al centro il nucleo

f → questa forma non viene rappresentata perché complessa e contorta.

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• m = numero quantico terziario, indica il piano di orientamento dell’orbitale, dipende da l infatti prende tutti i valori da -l a +l.

prendiamo ad esempio n=2, l=1, m=-1. 0. 1 (cioè 3 piani)

Questo significa che noi avremo px, py, pz, tre orbitale avente forma principal (due sfere unite) ma orientate una in verticale, una in orizzontale ed una nel verso della profondità.

Px, Py, Pz si uniscono in un unico orbitale.

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• spin = quarto ed ultimo numero quantico, esso non dipende da nessuno degli altri numeri ed indica il senso di rotazione sul proprio asse dell’elettrone, può assumere il valore di -1/2 (senso antiorario) oppure +1/2 (senso orario)

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COME CALCOLARE IL NUMERO DI ORBITALI PER LIVELLO ENERGETICO:

si utilizza il numero quantico principale n ► n²

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COME CALCOLARE IL NUMERO DI ELETTRONI PER LIVELLO ENERGETICO:

sapendo che su ogni orbitale possono essere solo 2 elettroni (i quali hanno numero quantico spin opposto) ► 2n²

 ►►► come posizionare gli elettroni ◄◄◄

CHIMICA: Radioattività di un elemento e trasformazione del nucleo

Gli elementi variano specialmente nel numero Atomico Z, che ci dice il numero di PROTONI + presenti nell’atomo. Se Z varia, varia anche l’elemento. Infatti esiste 1 elemento per ogni numero atomico, e la tavola periodica usa come criterio di classificazione degli elementi proprio tale  numero.

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SOLITAMENTE  il numero di protoni rimane stabile, infatti la forza di respingimento degli eletttroni + viene eliminata con l’aggiunta dei neutroni nel nucleo.

Ma se il nucleo è instabile, cioè presenta un numero elevato di Neutroni o di Protoni, l’atomo diventa radioattivo e il nucleo si trasforma

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Quando il nucleo è instabile?

Per identificare un atomo dal nucleo instabile si controllano il numero di neutroni e protoni presenti nell’atomo.

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Tipi di decadimento:

• ALFA α →Nei atomi di elementi radioattivi con un numero eccessivo di protoni/neutroni avviene solitamente un decadimento di tipo α, il quale consiste nel rilascio ioni di He con una carica positiva 2+ (due protoni + due neutroni). Quindi dopo il decadimento si ha un isotopo di altro elemento chimico, avente numero atomico diminuito di due unità e numero di massa diminuito di quattro unità.

• BETA β → Nei atomi di elementi radioattivi con un numero eccessivo di neutroni avviene solitamente un decadimento di tipo β, il quale consiste nel rilascio di radiazioni β, costituito da un fascio di elettroni veloci.
  Un Neutrone viene scisso in P+ e E-, l’ultimo viene emesso dall’atomo. Quindi dopo il decadimento si ha un isotopo di altro elemento chimico,  avente numero atomico aumentato di una unità (+ 1 protone) e numero di massa invariato (il protone si é sostituito al neutrone).

• GAMMA γ → Dopo un decadimento di tipo Alfa o Beta si ha un rilascio dell’energia in eccesso (di carina negativa per il decadimento alfa, e di carica positiva per il decadimento beta) attraverso delle onde elettromagnetiche γ, un fotone simile alla luce oppure ai raggi x, ma di energia superiore.

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LEGGE DEL DECADIMENTO:

Il decadimento è un fenomeno del tutto casuale e non si può sapere quando avvenga; Ma il processo di decadimento si evolve nel tempo secondo uno schema descritto da una curva, detta curva di decadimento. La particolarità della curva è che a intervalli di tempo uguali corrispondono percentuale di decadimento.

Ad esempio al passare di x anni, il 50% della sostanza è decaduta; dopo altri x anni il 50% della materia rimanente decade.

Nella formula scientifica l’intervallo di tempo è chiamato t1/2 (tempo di dimezzamento), il valore varia al variare dell’elemento.

CHIMICA: La tavola periodica

La tavola periodica è uno strumento utilizzato dai chimici per lo studio degli elementi e dell’atomo. l’idea di una tavola Ordinata nasce dopo il 1830, quando si conoscevano ben 55 elementi dalle proprietà fisiche e chimiche diverse.

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Anche se nel 1780 Döbereiner, che divise gli elementi in gruppi di 3 a seconda delle caratteristiche fisiche e chimiche(la sua tavola, però, non era approvata perché non si poteva inserire tutti gli elementi nelle Triadi); furono in seguito provati altri metodi di classificazioni secondo la massa atomica, ma la prima tavola periodica fu ideata da Mendeleev enl 1869, il quale utilizzava come criterio di classificazione il numero di massa A (che equivale alla somma dei Protoni + e neutroni 0) per ordinare i 63 elementi conosciuti fino ad allora.
come possiamo vedere dall’immagine la tavola è composta da 8 file verticali (chiamati gruppi) e 12 orrizzontali (chiamati Periodi); Il primo degli elementi è l’idrogeno (H) e l’ultimo è l’uranio (U). la classificazione è il ordine crescente di A. Seguendo i Periodi possiamo notare che le caratteristiche chimiche e fisiche variano gradualmente. Seguendo i gruppi possiamo notare che le caratteristiche chimiche sono simili (esempio il secondo gruppo contiene tutti elementi ferrosi che reagiscono violentemente con l’acqua). Nella tavola periodica vi sono vari spazi vuoti, essi sono dedicati agli elementi ancora sconosciuti.

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Perché gli elementi presentano ciclicamente proprietà chimiche e fisiche SIMILI?

La ciclicità dipende dalla configurazione elettronica degli atomi. Infatti nei diversi atomi dello stesso gruppo la configurazione periodica degli elettroni (il numero di Elettroni nell’ultimo livello energetico) è sempre uguale.

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LA MODERNA TAVOLA PRIODICA

 Molti degli elementi non erano ancora scoperti alla nascita della tavola di Mendeleev, ma per il resto la forma della tavola periodica è ancora utilizzata. La principale differenza tra la tavola moderna e quella di Mendeleev è il criterio di classificazione degli elementi; Infatti mentre mendeleev seguiva il numero di massa A, nella moderna tavola periodica si utilizza il numero atomico Z (il numero di protoni, e di elettroni SE l’atomo è neutro, presenti nell’atomo).

Anche la tavola periodica Moderna è formata da Gruppi e Periodi:

• GRUPPI: Le colonne verticali della tavola, essi equivalgono al numero di ELETTRONI nell’ultimo livello energetico dell’atomo. Questi elettroni prendono il nome di ELETTRONI DI VALENZA. ►questo vale solo per i gruppi segnati dai NUMERI ROMANI◄
• PERIODI: Le righe orizzontali della tavola, essi equivalgono all’ULTIMO LIVELLO ENERGETICO dell’atomo. Questo Livello energetico prende il nome di GUSCIO DI VALENZA. In totale i periodi sono infiniti, ma sono solo 7 quelli impiegati per gli elementi terrestri. { questo valore equivale al numero quantico “n” }

Gli elementi presenti nella tavola periodica, in totale, sono 118 (anche se il Tecnezio, il promezio, l’astato e gli elementi successivi al Uranio, sono elementi artificiali)

L’ultima colonna (il gruppo VIII) è la colonna dei GAS NOBILI, cioè 6 elementi (He, Elio; Ne, Neon; Ar, Argon; Kr, Cripton; Xe, Xenon; Rn, Radon) sono reattivamente nulli, questo perché i livelli energetici sono “Completi”, cioè il numero di Elettroni è sufficiente a completare l’ottetto del livello energetico.