Dispense del corso di Elementi di Fisica Atomica e Molecolare

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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
Le configurazioni elettroniche dei vari atomi nello stato fondamentale sono riportate nella figuraseguente.Gli atomi che hanno una configurazione in cui la ultima subshell è piena e corrisponde a una gap dienergia, ossia la subshell successiva è molto distante in energia, sono particolarmente stabili einerti. Essi sono i gas nobili (He, Ne, Ar,….)Atomi che avranno lo stesso tipo di elettroni di valenza (stesso numero di elettroni e stesso valore dil) si comporteranno in maniera simile.Per esempio:• Gli alcalini che hanno un elettrone s in più di una configurazione tipo gas nobile sono tuttimolto reattivi in quanto tenderanno facilmente a perdere il loro elettrone.77
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