Sfogliando una tabella con le energie di prima ionizzazione
degli elementi si nota che questa sale quando si aggiungono
elettroni ad uno stesso "livello" (le virgolette sono dovute
al fatto che i livelli che si considerano nei libri di chimica
sono livelli fittizi, considerati in assenza di interazione
reciproca) perch� � aumentato il numero atomico, allora
l'energia di ionizzazione aumenta. Questo perch� gli elettroni
aggiunti sentono una pi� forte carica efficace.
Infatti si trova che se l'energia di
ionizzazione dell'idrogeno vale 13 ev quella dell'elio,
che vale 24 ev cio� il secondo elettrone aggiunto sente
un effetto di schermo da parte della carica dell'altro
elettrone, infatti l'energia di seconda ionizzazione �
circa 53 ev. Infatti conta Z^2 nella valutazione del
livello.
L'energia di ionizzazione del Litio va sui 5 ev. Cio�
l'elettrone sente una carica efficace che possiamo
valutare in questi termini: siamo al secondo livello
quindi n=2 allora Z^2/4 : 1 = 5 : 13.6. La radice di
20 / 13.6. Cio� il litio sente una carica lievemente
maggiore di uno.
Il Berillio va su 8.7 ev , il Boro che quindi impegna
un orbitale p va su 8.2 ev, questa diminuzione si spiega
con il fatto che l'orbitale p � pi� sviluppato lungo una
direzione, quindi l'elettrone che lo impegna sente un
effetto di schermo maggiore. Sebbene nell'idrogeno
i livelli p ed s siano degeneri in energia quando
consideriamo la shell elettronica questo non � pi� vero,
il livello p sente un effetto di distanza che si aggiunge
all'effetto dello schermo. Quindi si spiega bene che l'energia
di ionizzazione del Boro sia meno di quella del Berillio.
Procediamo
per questa via, troviamo che il Carbonio ha un energia
di ionizzazione di circa 12 ev. Questo si spiega ancora
perch� l'effetto di schermo non � aumentato ma la carica
nucleare � aumentata di una unit� da 7 ad 8 e 64/49
vale circa 1.3 Tuttavia gi� qui la mia intuizione vacilla
perch� se valuto 8.7 per 1.3 trovo ben meno di 12 ev.
E non riesco a immaginare quale effetto possa entrare.
Quando poi guardo l'azoto trovo circa 14.2 ev.
Qui 81/64 per 12 vale pi� di 14 ev. Cio� comincia
a sentirsi l'effetto di schermo degli altri elettroni
che occupano gli altri due livelli p.
Ora arriva l'ossigeno. L'ossigeno ha energia di ionizzazione
vicina a quella dell'idrogeno. Infatti l'elettrone
che aggiungiamo trova il livello gi� occupato
dall'altro elettrone e non ci sono dubbi che sentir�
un effetto di schermo maggiore. Il fluoro invece va
sui 17.5 ev di energia di ionizzazione. Ed infine il
Neon va sui 21 ev. Quindi ancora quel che si verifica
� che la carica efficace sentita dal nuovo elettrone
aggiunto � cresciuta ben pi� di quanto ci indicherebbe
la frazione 121/100 che tiene conto del fatto che la
carica nucleare passa da 10 a 11. Il Neon infine ha una
energia di ionizzazione di poco pi� bassa di quella
dell'elio. Che avevamo visto � di 24 ev. Ma anche questa
non si spiega benissimo con un rapporto 144/121 E' come
se gli ulteriori elettroni aggiunti in presenza di altri elettroni
affondassero di pi� nella shell elettronica
preesistente, di quanto non faccia il primo elettrone
aggiunto.
Qualcuno ha un'idea semplice per spiegare questo fenomeno?
Se andiamo a vedere cosa succede nell'ottava seguente
si verifica la stessa situazione: l'alluminio ha
energia di ionizzazione meno del magnesio, lo zolfo
meno del fosforo ed il Magnesio, il Silicio ed il Cloro
hanno energie di ionizzazione maggiori di quanto potremmo
pensare per effetto dell'aumento di carica nucleare,
a parit� di schermo.
Altra curiosit� se valutiamo il rapporto fra i quadrati
dei numeri atomici della seconda ottava con quelli della
prima ottava non troviamo un riscalamento confrontabile
delle energie di ionizzazione. Si ottiene un accordo
migliore con le osservazione se scaliamo linearmente
invece che quadraticamente.
Infine se andiamo a guardare l'energia di seconda ionizzazione dello zolfo
con quella del cloro troviamo che fa eccezione.
Anche se il Cloro + ha un elettrone doppio su un orbitale
mentre lo zolfo + ha tre elettroni in singoletto, tuttavia
l'energia di ionizzazione ulteriore � maggiore. Fra ossigeno
e fluoro invece si verifica il solito trend. L'energia
di seconda ionizzazione del fluoro � leggermente minore
di quella del cloro.
P.S.: ho imparato che un chimico, nel 1962, si accorse
della possibilit� di creare una nuova molecola confrontando
i potenziali di ionizzazione dell'ossigeno molecolare e dello Xeno, che sono
molto vicine.
Quello che mi ha stupito � che lo Xeno era ritenuto fino
al 1962 incapace di formare legami in quanto si tratta
di uno dei cosiddetti elementi ad "ottetto completo" la
denominazione ottetto � impropria nel caso dello Xeno
perch� questo va oltre la legge delle ottave di Newlands.
Tuttavia era ritenuto inerte. Da allora altre molecole
sono state costruite utilizzando anche elementi d'ottava
come il Neon e l'Elio. Quello che importa quindi per la
capacit� chimica in composti � proprio l'affinit� elettromagnetica degli
elettroni esterni. Che la
gente non se ne fosse accorta prima � dovuto, penso,
alla rarit� di questi elementi ed alla difficolt� di
misurare i potenziali di ionizzazione.
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Received on Tue Dec 30 2003 - 02:28:10 CET