Struttura elettronica dell'atomo - Esercitazione

Argomenti dell'esercitazione

Tipi di orbitali atomici - Livelli e sottolivelli energetici (elettronici) - Numeri quantici e grandezze fisiche correlate - Numero quantico principale, numero quantico secondario (azimutale) e numero quantico magnetico - Numero quantico di spin dell’elettrone - Orbitali degeneri - Individuazione della combinazioni possibili e delle combinazioni non possibili di numeri quantici - Determinazione del valore dei numeri quantici relativi ad un certo livello energetico - Determinazione del numero di sottolivelli contenuti in un certo livello energetico - Determinazione del numero di orbitali appartenenti ad un certo livello o sottolivello energetico - Calcolo del numero di elettroni aventi una data combinazione di numeri quantici.
Ordine di riempimento dei livelli energetici e degli orbitali - Principio della minima energia - Principio di esclusione di W. Pauli - Regola di Hund (o della massima molteplicità) - Successione dell’energia negli orbitali e regola per la determinazione della successione dell’energia degli orbitali - Il principio dell'Aufbau (o principio di costruzione della configurazione elettronica di un atomo) - Diagramma a zig-zag - Determinazione della configurazione elettronica fondamentale e della configurazione elettronica eccitata di atomi polielettronici neutri mediante il diagramma a zig-zag o la tavola periodica - Determinazione della configurazione elettronica fondamentale e della configurazione elettronica eccitata di cationi ed anioni monoatomici polielettronici.

Esercizi

Esercizio n. 1

Di seguito sono riportate cinque diverse combinazioni del numero quantico principale e del numero quantico secondario riferite a cinque differenti orbitali. Indica per ogni combinazione il rispettivo orbitale.

(a)	n = 3			l = 2
(b)	n = 4			l = 0
(c)	n = 2			l = 1
(d)	n = 6			l = 5
(e)	n = 5			l = 4

Esercizio n. 2

Calcolare quale è il numero massimo di elettroni (n elettroni) che sono caratterizzati da ciascuna delle seguenti combinazioni di numeri quantici. Per le combinazioni non possibili, giustificare la risposta

(a)	n = 4			l = 2						ms = ½
(b)	n = 2			l = 1						ms = -½
(c)	n = 3
(d)	n = 3			l = 3			m = -1
(e)	n = 5			l = 1			m = 1

Esercizio n. 3

Per ognuno dei seguenti insiemi di numeri quantici dire se si tratta di un insieme possibile o non possibile. Per gli insiemi non possibili giustificare la risposta.

(a)	n = 1			l = 1			m = 2			ms = ½
(b)	n = 8			l = 6			m = - 4			ms = ½
(c)	n = 5			l = 3			m = -3			ms = 0
(d)	n = 2			l = -1			m = -1			ms = -½
(e)	n = 4			l = 3			m = 4			ms = -½

Esercizio n. 4

Calcolare quale è il numero massimo di elettroni (n_elettroni) che sono caratterizzati da ciascuna delle seguenti combinazioni di numeri quantici. Per quelle non possibili, giustificare la risposta.

(a)	n = 5			l = 3			m = 3
(b)	n = 2			l = 0			m = ½
(c)	n = 3			l = -2			m = 0			ms = -½
(d)	n = 6			l = 3
(e)	n = 7			l = 4

Esercizio n. 5

Identificare, fra i seguenti insiemi di numeri quantici, quelli possibili. Per gli insiemi che non sono possibili, indicare qual è l'errore.

(a)	n = 4			l = 3			m = -2			ms = -½
(b)	n = 4			l = 3			m = -3			ms = ½
(c)	n = -3			l = 2			m = 0			ms = -½
(d)	n = 7			l = 5			m = 4			ms = -½
(e)	n = 3			l = 2			m = 0			ms = -⅔

Risposte

Esercizio n. 1

(a) 3d.
(b) 4s.
(c) 2p.
(d) 6h.
(e) 5g.

Esercizio n. 2

(a) n_elettroni = 5 elettroni.
(b) n_elettroni = 3 elettroni.
(c) n_elettroni = 18 elettroni.
(d) nessun elettrone (se n = 3, l deve essere minore di 3).
(e) n_elettroni = 2 elettroni.

Esercizio n. 3

(a) Non possibile: se l = 1, m = -1, 0, 1.
(b) Possibile.
(c) Non possibile: m_s = ±½.
(d) Non possibile: l non può essere negativo.
(e) Non possibile: se l = 3, m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3.

Esercizio n. 4

(a) n_elettroni = 2 elettroni.
(b) nessun elettrone: m è sempre un numero intero.
(c) nessun elettrone: l non può essere negativo.
(d) n_elettroni = 14 elettroni.
(e) n_elettroni = 18 elettroni.

Esercizio n. 5

(a) Possibile.
(b) Possibile.
(c) Non possibile: n non può essere negativo.
(d) Possibile.
(e) Non possibile: m_s = -½, ½.

Risorse

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• Configurazione elettronica

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Bibliografia

• Peter William Atkins, Loretta Jones e Leroy Laverman, Fondamenti di chimica generale, Bologna, Zanichelli, 2018, ISBN 97-888-0867-012-0.

Collegamenti esterni

• Rodomontano, Chimica generale, rodomontano.altervista.org. URL consultato il 4 gennaio 2020.

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