Livelli ed effetti elettronici negli atomi multielettronici: sottolivelli, orbitali e numeri quantici

TEMA 2: Livelli e sottolivelli nell’atomo. Atomi polielettronici

1. A quanti sottolivelli energetici corrisponde un determinato livello energetico? Quale valore del numero quantico principale caratterizza il livello energetico se esso ha 4 sottolivelli? Indicatene la designazione letterale.

2. Quale elemento possiede nell’atomo tre elettroni per i quali n = 3 e l = 1? Qual è il valore del numero quantico magnetico per essi? Devono avere spin antiparalleli?

3. Indicate i valori dei numeri quantici n e l per gli elettroni esterni negli atomi degli elementi con numeri atomici 12, 13, 23.

4. Scrivete le formule elettroniche ed elettro-grafiche degli atomi con numeri atomici 18, 63. A quale famiglia elettronica appartengono?

5. Spiegate, usando la regola di Klechkowski, quali orbitali atomici si riempiono prima:

a) 3d o 4p; b) 4f o 5p; c) 5p o 6s; d) 4d o 4f.

6. Scrivete le formule elettroniche ed elettro-grafiche degli atomi con numeri atomici 27, 7. Quante orbitali f libere possiedono gli atomi di questi elementi?

7. Quali delle seguenti formule elettroniche sono errate e spiegatene il motivo:

a) 1s12s22p6
b) 1s22s22p63s23p54s1
c) 1s22s22p63s1
d) 1s22s22p63s23p63d4
e) 1s22s22p3
f) 1s22s3

9. Quali valori possono assumere i numeri quantici n, l, ml e ms che caratterizzano lo stato degli elettroni nell’atomo di alluminio?

10. Qual è il numero massimo di elettroni che si trovano nei sottolivelli s-, p-, d-, f-? Scrivete la formula elettronica ed elettro-grafica dell’atomo con numero atomico 51.

11. Qual è il numero massimo di elettroni che possono trovarsi nei livelli K, L, M, N, O, P? Cosa sono i numeri quantici?

12. I numeri quantici degli elettroni del livello energetico esterno di un certo elemento hanno i seguenti valori: n = 5, l = 0, ml = 0, ms = +1/2. Quante orbitali 4d libere contiene l’atomo di questo elemento? Scrivete la formula elettronica ed elettro-grafica di tale atomo.

13. Scrivete i valori dei numeri quantici l, ml e ms per gli elettroni i cui numeri quantici principali sono 3 e 4.

14. Indicate il numero atomico dell’elemento per il quale:

a) termina il riempimento degli orbitali 3d;
b) termina il riempimento degli orbitali 4s;
c) inizia il riempimento degli orbitali 4p;
d) inizia il riempimento degli orbitali 4f.

15. Quante orbitali 3d vacanti possiedono gli atomi eccitati di:
    a) zolfo; b) cloro; c) fosforo; d) vanadio?

16. Indicate i valori dei numeri quantici n e l per gli elettroni esterni negli atomi degli elementi con numeri atomici 10, 15, 33.

17. Quale valore assume:
    a) il numero quantico orbitale per i sottolivelli energetici con capacità pari a 10 e 14;
    b) il numero quantico principale per i livelli energetici con capacità pari a 32, 50, 72?

18. Considerando la capacità dei livelli energetici, indicate quanti di essi contiene la configurazione elettronica dell’atomo con 18, 36, 54 e 86 elettroni.

19. Quanti elettroni spaiati contengono gli atomi allo stato fondamentale di:
    a) magnesio; b) alluminio; c) carbonio; d) boro; e) zolfo?

20. Scrivete le formule elettroniche ed elettro-grafiche degli atomi con numeri atomici 39 e 41. Quante orbitali d libere si trovano negli atomi di questi elementi?

21. Scrivete le formule elettroniche ed elettro-grafiche degli atomi con numeri atomici 24 e 33, tenendo conto che nel primo si verifica il “trasferimento” di un elettrone 4s verso il sottolivello 3d. Qual è il valore massimo dello spin degli elettroni d del primo atomo e degli elettroni p del secondo elemento?

22. Scrivete le formule elettroniche degli atomi dei seguenti elementi:
    a) cesio; b) bromo; c) vanadio; d) molibdeno; e) ferro; f) titanio; g) calcio; h) stagno; i) cloro; j) bromo; k) cobalto; l) platino; m) piombo; n) manganese; o) zolfo.

23. Quanti elettroni si trovano nei livelli energetici per i quali il numero quantico principale è 2, 3 e 4?

24. Quanti elettroni si trovano su:

a) i sottolivelli 4f e 5d dell’atomo di piombo;
b) i sottolivelli 5s e 4d dell’atomo di cesio;
c) i sottolivelli 5d e 4f dell’atomo di tungsteno;
d) i sottolivelli 3p e 3d dell’atomo di cobalto;
e) i sottolivelli 3d e 4s dell’atomo di arsenico?

25. Quanti neutroni si trovano nei nuclei degli atomi di:
    a) fosforo; b) piombo; c) magnesio; d) silicio; e) stagno; f) argento; g) bismuto; h) cadmio; i) ferro?

26. Quale stato di valenza massimo possono mostrare:
    a) stagno; b) tungsteno; c) alluminio; d) bismuto; e) calcio; f) titanio; g) ossigeno; h) fluoro; i) cloro?

27. Quante orbitali f libere contengono gli atomi degli elementi con numeri atomici 57, 68 e 82? Utilizzando la regola di Hund, distribuite gli elettroni tra le orbitali.

28. In base alla struttura elettronica degli atomi di fluoro e cloro, spiegate le somiglianze e le differenze delle proprietà di questi elementi.

29. Applicando la regola di Klechkowski, scrivete le formule elettroniche degli atomi dei seguenti elementi:
    a) manganese; b) cromo; c) zirconio; d) afnio.

30. Utilizzando la regola di Hund, distribuite gli elettroni tra le orbitali che corrispondono allo stato fondamentale degli atomi di:
    a) fosforo; b) carbonio; c) manganese; d) ossigeno; e) ferro.

31. Utilizzando la regola di Hund, distribuite gli elettroni tra le orbitali che corrispondono allo stato eccitato degli atomi di:
    a) boro; b) zolfo; c) cloro.