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Alcalini

. Alcalini. Shell atomi alcalini. Campo medio centrale. Campo medio centrale. Gli orbitali degli atomi polielettronici. Gli orbitali degli atomi polielettronici sono qualitativamente simili a quelli dell’atomo di idrogeno Valgono gli stessi numeri quantici n , l e m l.

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Alcalini

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Presentation Transcript


  1. . Alcalini

  2. Shell atomi alcalini

  3. Campo medio centrale Campo medio centrale

  4. Gli orbitali degli atomi polielettronici • Gli orbitali degli atomi polielettronici sono qualitativamente simili a quelli dell’atomo di idrogeno • Valgono gli stessi numeri quantici n, l e ml Livelli energetici negli atomi polielettronici • L’energia dei diversi orbitali degli atomi polielettronici non dipende soltanto dal numero quantico principale n, ma anche da quello secondario l • A parità di n, l’energia dei diversi orbitali varia nell’ordine: s < p < d < f … • Il valore dell’energia dei livelli successivi varia al variare del numero atomico Z Atomi poliettronici

  5. |1s>  n=1, l=0 |2s> n=2, l=0 Modellizzazione della funzione d’onda del litio con un potenziale medio di schermo Si può trattare la funzione d’onda del litio come prodotto di una funzione d’onda che descrive i due elettroni in singoletto di spin sullo stato 1s (shell chiusa dell’elio, [He]) per la funzione d’onda del terzo elettrone sull’orbitale 2s o sull’orbitale generico nl: (r1 , r2 , r3 ) =[He(r1 , r2)] |nl(r3)> Distribuzione sferica Sub-shell chiusa La shell chiusa dei due elettroni interni crea uno schermo della carica elettrica del nucleo La carica elettrica del nucleo viene vista non con la sua Z reale ma con una “Z efficace”

  6. 1s 2s (l=0) con schermo ~ 1,8 E2s Modellizzazione della funzione d’onda del litio con un potenziale medio di schermo: stato 2s Lo schermo dei 2 elettroni sull’orbitale interno 1s è maggiore sullo stato 2p rispetto allo stato 2s:E2s=-5,4 eVZeff~ 1,26 D(r)=rf(r)

  7. E2p Modellizzazione della funzione d’onda del litio con un potenziale medio di schermo: stato 2p 1s 2p (l=1) con schermo ~ 1,97 Lo schermo dei 2 elettroni sull’orbitale interno 1s è maggiore sullo stato 2p rispetto allo stato 2s:E2p=-3,6 eVZeff~ 1,06

  8. Difetti quantici Le energie dei livelli dell’elettrone ottico si calcolano come dove Dnl viene chiamato difetto quantico e tiene conto della penetrazione In generale Dnl : diminuisce all’aumentare di l; A parità di l non deve variare (diminuire) molto) al variare di n la penetrazione viene anche espressa tramite una Zeff(n,l) Invece Zeff(n,l) tende a 1 (per atomi neutri) al crescere di n e l.

  9. H  Z=1 Li++  Z=3 Livelli energetici E4f= -0,85 eV E4d= -0,85 eV E4p= -0,87 eV E4s= -1,05 eV - Zeff diminuisce al crescere di n e, a parità di n, al crescere di l;- tende a 1 per grandi l  schermo completo (stessa energia dell’elettrone dell’atomo di idrogeno) E4,H= -0,85 eV E4,Li++= -7,65 eV E3d= -1,51 eV E3p= -1,55 eV E3s= -2,01 eV E3,H= -1,51 eV E3,Li++= -13,6 eV E2,H= -3,4 eV E2,Li++= -30,6 eV E2p= -3,6 eV E2s= -5,4 eV

  10. Penetrazione delle orbite Effetto sulle energie elettroniche Penetrazione orbitale più esterno nel core

  11. 2p+ 2po 2p- 2s 1s configurazione elettronica del Li nello stato fondamentale E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 H Li • Litio: Z=3 atomo“alcalino” • 1 solo elettrone fuori della shell chiusa del [He] • 2 elettroni sull’orbitale 1s 4 4d 4f 4p 4s 3 3d 3p 3s 2 2p 2s idrogeno - litio

  12. 2p+ 2po 2p- 2s configurazione elettronica del Li nello stato fondamentale 1s 2p+ 2po 2p- 2s configurazione elettronica dell’idrogeno nello stato fondamentale 1s Somiglianze e differenze fra H e Li • H e Li hanno una configurazione elettronica simile per l’elettrone di valenza: 1 elettrone in un orbitale s- entrambi si legano bene all’ossidrile OH(LiOH ha importanti applicazioni, ad es. nelle pile alcaline)però:- l’elettrone di valenza del Li ha minore energia di legame- ha un livello eccitato 2p con energia poco diversa e molti stati disponibili (6)ciò fa sì che:- il Li sia un solido metallico (“litium” perché si trova nelle rocce), mentre l’idrogeno è un gas- si trova facilmente in uno stato eccitato anche a temperatura ambiente

  13. 2p+ 2po 2p- 2s 1s E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 H Li E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 nel lontano IR, n=0, 1=1 4 4d 4f 4p 4s configurazione elettronica del Li nel primo stato eccitato: i tre stati 2p+, 2po, 2p- sono degeneri 3 3d 3p 3s nell’IR, n=0, 1=1 2 2p nel visibile, n=0, 1=1, rossa, molto intensa Transizioni nel litio 2s

  14. E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 Il sodio Na Z=11 H Li Na 4 4d 4d 4p 4s • atomo “alcalino” • - 1 solo elettrone fuori della shell chiusa del [Ne] • bassa energia di ionizzazione • E = -5,1 eV • - livelli energetici simili a quelli del Li 4p 3 3d 3d 3p 3s 4s 3p 2 2p 3s 2s idrogeno - litio - sodio

  15. splitting dei livelli del sodio Perché la linea gialla del sodio è sdoppiata? E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 E 10-6eV Accoppiamento di spin-orbita: il “buon numero quantico” è il momento angolare totale j dell’elettrone che può avere due valori a parità di l: j=l+1/2 j=l-1/2 Negli atomi, - l’effetto sull’energia è piccolo (accoppiamento magnetico fra il momento magnetico di spin e il campo magnetico visto dall’elettrone in moto, per effetto della trasformazione di Lorentz del campo coulombiano) - lo stato j=l-1/2 ha energia minore 4d5/2 4d3/2 4p3/2 E 7·10-4eV 3d5/2 4p1/2 3d3/2 E 6·10-5eV 4s1/2 3p3/2 E 2·10-3eV 3p1/2 3s1/2

  16. proibita in dipolo elettrico principali transizioni radiative del sodio E (eV) 0 -1 -2 -3 -4 -5 - 6 E 10-6eV 4d5/2 4d3/2 4p3/2 E 7·10-4eV 3d5/2 4p1/2 E 6·10-5eV 3d3/2 4s1/2 Regole di selezione di dipolo elettrico:  l =  1  ml = 0,  1  S= 0  ms = 0  j= 0,  1 3p3/2 E 2·10-3eV 3p1/2 praticamente coincidenti in energia linea “D” doppietto giallo del sodio 3s1/2

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