2 p 2 po Il carbonio Z6 2

2 p+ 2 po Il carbonio (Z=6) 2 p- 2 s configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin 1 s [He] (2 s)2 (2 p)2 - 2 elettroni “equivalenti” nello stato 2 p - la funzione d’onda globale deve essere antisimmetrica tripletto di spin, S=1 2 possibilità: 2 p+ 2 s 1 s 2 po 2 p- configurazione elettronica del C nello stato eccitato di singoletto di spin [He] (2 s)2 (2 p)2 = parte spaziale antisimmetrica parte di spin simmetrica = parte spaziale simmetrica parte di spin antisimmetrica regola di Hund: il tripletto ha energia minore singoletto di spin, S=0

2 p+ 2 po 2 p- 2 s configurazione elettronica del C nello stato fondamentale di tripletto di spin 1 s [He] (2 s)2 (2 p)2 Il momento angolare totale del carbonio un nuovo problema: come comporre i momenti angolari orbitali in modo da avere una funzione d’onda con la corretta simmetria o antisimmetria spaziale? 3 possibili valori: L=2 stato D L=1 stato P 2 p+ 2 po 2 p- configurazione 2 s elettronica del C nello stato eccitato di singoletto di spin 1 s [He] (2 s)2 (2 p)2 L=0 stato S P è antisimmetrico tripletto, S=1 3 P stato fondamentale EP =-11, 3 e. V S e D sono simmetrici singoletto, S=0 1 D, 1 S stati eccitati ED =-10, 1 e. V ; ES = -8, 7 e. V

Uno stato eccitato interessante 2 p+ 2 s 1 s 2 po 2 p- configurazione elettronica del C nello stato eccitato con S=2 [He] (2 s) (2 p)3 la grafite è C allo stato solido, con legame ibrido sp 2 il diamante è C allo stato solido, con legame ibrido sp 3 -uno stato eccitato molto interessante del carbonio è lo stato con S=2 - favorito in energia per la regola di Hund - 3 elettroni “equivalenti” nello stato 2 p, 1 solo elettrone nello stato 2 s - il carbonio si comporta come tetravente - energia di legame = -7 e. V - è uno stato metastabile nell’atomo isolato - è alla base dei legami ibridi del carbonio nello stato solido e nelle molecole organiche la molecola di benzene

Stato fondamentale e stati eccitati del carbonio E (e. V) 2 s 2 2 p 3 s 1 P -3, 7 e. V 2 s 2 2 p 2 s 3 P - 3, 9 e. V 2 s 2 p 3 5 S - 7 e. V 2 s 22 p 2 1 S 2 s 22 p 2 1 D -8, 7 e. V -10 e. V 2 s 22 p 2 3 P - 11, 3 e. V S=0 S=1 S=2

Z configurazione simbolo stato fondamentale energia di ionizzazione (e. V) 1 2 H He 1 s (1 s)2 13, 6 24, 6 3 Li [He] 2 s 5, 4 4 Be [He] (2 s)2 9, 3 5 B [He] (2 s)2 2 p 8, 3 s K K L K 7 8 9 10 C [He] (2 s)2 (2 p)2 N [He] (2 s)2 (2 p)3 [He] (2 s)2 (2 p)4 [He] (2 s)2 (2 p)5 [He] (2 s)2 (2 p)6 O F Ne 11, 3 14, 5 13, 6 17, 4 21, 6 (1 s)2 = [He] Regole per il riempimento degli stati nei primi due periodi: L K 6 p Tabella periodica L K L K L • principio di esclusione • stato con n minore • a parità di n, stato con l minore • regola di Hund • “gas nobile” al riempimento della shell K L K [He] (2 s)2 (2 p)6 = [Ne]

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

E (e. V) splitting dei livelli del sodio Perché la linea gialla del sodio è sdoppiata? 0 E 10 -6 e. V -1 -2 4 d 5/2 4 d 3/2 E 7· 10 -4 e. V 4 p 3/2 4 p 1/2 E 6· 10 -5 e. V 4 s 1/2 3 d 5/2 3 d 3/2 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 -3 E 2· 10 -3 e. V -4 -5 3 s 1/2 -6 3 p 3/2 3 p 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

E (e. V) principali transizioni radiative del sodio 0 E 10 -6 e. V -1 -2 -3 4 d 3/2 E 4 p 3/2 4 p 1/2 7· 10 -4 e. V 3 d 5/2 E 6· 10 -5 e. V 3 d 3/2 4 s 1/2 proibita in dipolo elettrico 3 p 3/2 E 2· 10 -3 e. V 3 p 1/2 -4 -5 3 s 1/2 -6 4 d 5/2 praticamente coincidenti in energia linea “D” doppietto giallo del sodio Regole di selezione di dipolo elettrico: l = 1 ml = 0, 1 S= 0 ms = 0 j = 0, 1

Z configurazione simbolo stato fondamentale energia di ionizzazione (e. V) s 11 Na [Ne] 3 s 5, 1 M L K 12 Mg [Ne] (3 s)2 7, 6 M L K 13 Al [Ne] (3 s)2 3 p 6, 0 M L K 14 Si [Ne] (3 s)2 (3 p)2 8, 1 M L K 15 P [Ne] (3 s)2 (3 p)3 10, 5 M L K 16 S [Ne] (3 s)2 (3 p)4 10, 4 M L K 17 Cl [Ne] (3 s)2 (3 p)5 13, 0 M L K 18 Ar [He] (3 s)2 (3 p)6 15, 8 M L K 4, 3 N M L K 19 K [Ar] 4 s p d Tabella periodica Regole per il riempimento degli stati: • principio di esclusione • stato con n+l minore • a parità di n+ l, stato con n minore • regola di Hund • il “gas nobile” al riempimento dell’orbitale p [Ne] (3 s)2 (3 p)6 = [Ar]

Z configurazione simbolo stato fondamentale energia di ionizzazione (e. V) s 19 K [Ar] 4 s 4, 3 N M 20 Ca [Ar] (4 s)2 6, 1 N M 21 Sc [Ar] (4 s)2 3 d 6, 5 N M 22 Ti [Ar] (4 s)2 (3 d)2 6, 8 N M 23 V [Ar] (4 s)2 (3 d)3 6, 7 N M 6, 8 N M 7, 4 N M 4 s (3 d)5 24 Cr [Ar] 25 Mn [Ar] (4 s)2 (3 d)5 p d Tabella periodica Regole per il riempimento degli stati: • principio di esclusione • stato con n+l minore 26 Fe [Ar] (4 s)2 (3 d)6 7, 9 N M 27 Co [Ar] (4 s)2 (3 d)7 7, 9 N M • a parità di n+ l, stato con n minore 28 Ni [Ar] (4 s)2 (3 d)8 7, 6 N M • regola di Hund 29 Cu [Ar] 4 s (3 d)10 7, 7 N M 30 Zn [Ar] (4 s)2 (3 d)10 9, 4 N M • il “gas nobile” al riempimento dell’orbitale p 31 Ga [Ar] (4 s)2 (3 d)10 4 p 6, 0 N M

volumi atomici energie di ionizzazione

. n=3, l=2 n=4, l=2 n=5, l=2 n=6, l=2 n=4, l=3 n=5, l=3

Come leggere la tavola periodica Esempio: il polonio (Po); Z=84 . - ha il guscio interno dello Xe, che comprende la configurazione elettronica di 54 elettroni -è nel gruppo dell’O, 4 periodi sotto: (6 p)4 - ha davanti 10 stati dell’orbitale 5 d: (5 d)10 - davanti ancora 14 stati dell’orbitale 4 f: (4 f)14 -davanti ancora 2 stati dell’orbitale 6 s: (6 s)2 [Xe](6 s)2(4 f)14(5 d)10(6 p)4

E (ke. V) L edge 0 2 M M edge n 4 -N 3 -M 2 -L L L 4 K K K 8 K edge 6 Legge di Moseley: Öf = A(Z-c) con A 2 11/h e. V 10 12 Raggi X: spettri di emissione di un atomo con Z 30 c 1 1 -K

sdoppiamenti di “struttura fine” 4 -N V IV III II I 3 -M 2 -L L L III II I 2 d 2 d 2 p 2 p 2 s 3/2 j=l+1/2 j=l-1/2 3/2 1/2 5/2 j=l+1/2 j=l-1/2 Raggi X: struttura fine degli spettri di emissione di un atomo con Z 30 1 -K K

4 -N V IV III II I 3 -M M 2 -L L III II I 2 d 2 d 2 p 2 p 2 s 5/2 3/2 1/2 Raggi X: spettri di assorbimento di un atomo con Z 30 1 -K K

Modello a shell nei nuclei Energia Accoppiamento di spin-orbita: 1 d 2 s 1 p 1 s 3/2 20 1/2 5/2 16 14 1/2 8 3/2 6 1/2 j Ca 20 il “buon numero quantico” è il momento angolare totale j del nucleone (protone o neutrone), che può avere due valori a parità di l: j=l+1/2 j=l-1/2 O 8 2 Nucleo Z “magico” Nei nuclei, - l’effetto sull’energia è grande - lo stato j=l-1/2 ha energia maggiore