Dispense del corso di Elementi di Fisica Atomica e Molecolare

L’ordine dei livelli energetici di singolo elettrone Enl non dipendono in modo cruciale dalla formaesatta del potenziale V(r). Possiamo ordinarli (almeno parzialmente) in base a sempliciconsiderazioni.In particolare possiamo considerare il fatto che lo schermo dovuto agli altri N-1 elettroni tende a farsalire l’energia e che tale schermo è tanto più effettivo quanto più l’orbitale dell’elettrone chestiamo considerando è concentrato a grandi valori di r. Quindi :• all’aumentare di n E n cresce (se fisso l);• per ogni n, E nl sarà una funzione crescente di l visto che gli elettroni vengono forzati versol’esterno dalla barriera centrifuga tanto più efficientemente quanto più è elevato il valore di l.La sequenza però può essere diversa da quella presente nel caso degli stati eccitati dell’idrogeno incui E n+1 è sempre maggiore di E n .Osserviamo ad esempio che nel caso di atomi a molti elettroni la subshell 4s si riempie prima della3d perché ha una energia inferiore, e lo stesso tipo di inversione accade in altri casi.Questo è dovuto che al fatto che all’aumentare di n la dipendenza dell’energia da n diventa piùblanda e quindi può prevalere, nell’ordine delle energie, la dipendenza da l.L’ordine energetico delle varie subshell nl è indicato in figuraNotiamo che sono presenti gap di energia: ossia in alcuni casi la separazione energetica tra duesubshell successive è molto maggiore della separazione tra subshell precedenti e successive. In altreparole le subshell si presentano a gruppi. Tale struttura energetica ha una grande importanza neldefinire le proprietà chimiche dei vari elementi. Infatti le proprietà chimiche degli atomi e inparticolare la capacità di legarsi con altri atomi dipendono dagli elettroni meno legati, ovveropresenti nelle subshell più esterne, detti elettroni di valenza.I fattori chiave sono:• quale è l’ultima subshell occupata• se questa è completamente occupata• quanto dista in energia la subshell successiva76