Spiegazione fisica di alcune proprietà della tavola periodica

From: Davide D'Elia <dvdelia_at_gmail.com>
Date: Wed, 3 Feb 2021 04:47:47 -0800 (PST)

Domanda a cavallo tra fisica e chimica, posta in entrambi i forum al di là dei riduzionismi. Sono laureato in fisica ma i miei ricordi dell'esame di struttura della materia (l'esame di meccanica quantistica arrivava solo all'atomo di idrogeno) sono troppo lontani nel tempo e non ho testi a disposizione.


Si parla di energie di prima (I1) e seconda (I2) ionizzazione degli atomi e dell'andamento del raggio atomico R in uno stesso periodo della tavola periodica all'aumentare del numero atomico Z.





Per certi libri (non solo del liceo) ci sarebbe una spiegazione "distributiva" per il primo problema. Ovvero I2>I1 perché in un atomo già ionizzato l'attrazione del nucleo si distribuisce su un minor numero di elettroni che quindi sono più attratti. Supponendo che l'attrazione del nucleo sia la forza che esercita sugli elettroni, questa proprietà distributiva non mi pare giustificabile con la legge di Coulomb perché la carica di un elettrone e quella del nucleo, nonché la distanza degli elettroni dal nucleo, non dovrebbero cambiare in base al numero degli altri elettroni, quindi non capisco perché il nucleo dovrebbe attrarre di più.




Inoltre questa spiegazione distributiva mi sembra incoerente con la spiegazione della diminuzione di R lungo un periodo. In questo caso il rapporto tra protoni ed elettroni rimane costante passando da un elemento all'elemento successivo in uno stesso periodo (Z/Z in un caso, Z+1/Z+1 nell'altro caso), ma si ha comunque una maggior attrazione che riduce R. Quindi per valutare l'attrazione del nucleo si considera la "distributività" o si considera, come insegna Coulomb, il valore della carica del nucleo?




Volendo si può invocare la repulsione tra elettroni, come credo si faccia ad un livello meno approssimato. Però se, nel caso delle energie di ionizzazione, la minor repulsione viene presa in considerazione ed effettivamente giustifica l'aumento di I2 rispetto a I1, mi sembra altrettanto vero che l'effetto di repulsione dovrebbe influire anche su R che, a questo punto, dovrebbe aumentare invece di diminuire. Se, quindi si sceglie di prendere in considerazione la repulsione, perché questa ha effetto solo in un fenomeno e non anche nell'altro?


Se queste domande trovano risposte solo nella meccanica quantistica, come sospetto, cosa dovrei (ri)studiare per chiarirmi le idee? Se, invece, tali proprietà si possono spiegare anche in ambito classico, come si spiegano quelle che a me sembrano incongruenze?

Grazie a tutti e scusate la lunghezza, ma non sapevo come spiegare i dettagli in modo più sintetico.
Received on Wed Feb 03 2021 - 13:47:47 CET