Regole, principi ed equazioni

Argomenti trattati: Il principio di indeterminazione di Heisenberg - L’equazione di Schroedinger - Principio di esclusione di Pauli - Regola di Hund - Principio di Aufbau - Tavola periodica - Effetto schermante e carica nucleare



Il principio di indeterminazione di Heisenberg:
Date le caratteristiche dell’elettrone, Heisemberg formulò il suo principio di indeterminazione, secondo cui è impossibile determinare con eguale precisione la velocità e la posizione dell’elettrone.



L’equazione di Schroedinger:
Il moto di un elettrone all’interno di un atomo è descritto da un’equazione d’onda che tiene conto della continuità dell’onda descritta dall’elettrone, della stazionarietà dell’onda nel tempo (cioè della sua non mutevolezza). L’equazione di Schroedinger è risolvibile mediante l’introduzione di tre costanti: n, l ed m (definite numeri quantici).Numeri quantici:

Gli orbitali atomici e le caratteristiche degli elettroni di un atomo dipendono dai 4 valori detti numeri quantici. Si distinguono:

1. numero quantico principale (n) caratterizza lo stato energetico dell’orbitale in base alla sua distanza dal nucleo. Può assumere valori interi compresi tra 1 e 7.
2. numero quantico secondario (l) riguarda la forma dell’orbitale. Può assumere valori compresi tra 0 ed n–1.
3. numero quantico magnetico (m) esprime l’orientazione spaziale dell’orbitale. Può assumere tutti i valori compresi tra – l­ ed l.
4. numero quantico di spin (s) indica il senso di rotazione dell’elettrone. Assume solo valori che siano – ½ o + ½.

Principio di esclusione di Pauli:
Il principio di esclusione di Pauli (1925) afferma che gli elettroni di uno stesso atomo non possono a vere tutti e 4 i numeri quantici uguali (almeno uno deve essere diverso).



Regola di Hund:
La regola di Hund, o principio della massima molteplicità afferma che gli elettroni si dispongono ad occupare il massimo numero di orbitali in un sottolivello.



Principio di Aufbau:
Per il principio di Aufbau, gli elettroni tendono ad occupare gli orbitali seguendo l’ordine di energia crescente.
Lo stato fondamentale di un atomo è quello in cui questo è neutro e non eccitato.



Tavola periodica:
Tutti gli elementi presenti in natura sono stati raggruppati nella cosiddetta tavola periodica a lunghi periodi, in cui essi sono stati ordinati in base a numero atomico crescente e disposti secondo 7 righe orizzontali (periodi) e 16 colonne verticali (gruppi).
Il gruppo IA comprende i metalli alcalini, il gruppo IIA i metalli alcalino-terrosi, il gruppo IIIA viene chiamato gruppo del boro, il gruppo IVA gruppo del carbonio, il gruppo VA gruppo dell’azoto, il gruppo VIA i calcogeni, il gruppo VIIA gli alogeni, il gruppo 0 i gas nobili.



Effetto schermante e carica nucleare:
Gli elettroni di strati energetici differenti subiscono l’attrazione coulombiana da parte del nucleo in misura diversa non solo per la diversa distanza, ma anche per l’effetto schermante che gli elettroni interni esplicano a danno di quelli periferici.
Indicando quindi con Q la carica nucleare e con S la parte di carica che viene meno a causa dell’effetto schermante, la carica effettiva (Qeff) sarà data da: Qeff = Q – S.
Lungo i periodi della tavola periodica, la Qeff aumenta, mentre rimane costante lungo i gruppi.