Concetti Chiave
- La configurazione elettronica descrive come gli elettroni sono distribuiti tra i livelli e sottolivelli di un atomo, seguendo regole specifiche come il principio di Aufbau.
- Il principio di indeterminazione di Pauli stabilisce che due elettroni nello stesso atomo non possono avere identici numeri quantici, richiedendo spin opposti nello stesso orbitale.
- La regola di Hund afferma che gli elettroni occupano orbitali di identica energia singolarmente prima di appaiarsi, massimizzando il numero di elettroni spaiati.
- La regola dell'n+l determina l'ordine di riempimento degli orbitali, ordinandoli per la somma crescente di n e l, dando priorità all'orbitale con n minore in caso di pari valore.
- Gli elementi dello stesso gruppo hanno configurazioni elettroniche esterne simili, influenzando proprietà chimiche, con eccezioni per elementi come Cr e Cu che mostrano configurazioni stabili semiriempite o completamente riempite.
Configurazioni elettroniche
La configurazione elettronica di un atomo è un'indicazione di come gli elettroni sono distribuiti livelli principali e sottolivelli.
Le principali regole per l'assegnazione degli elettroni negli orbitali sono le seguenti:
1. Principio di Aufbau: gli elettroni occupano gli orbitali in modo da minimizzare l'energia dell'atomo. Quindi verrà occupato prima l’1s, poi il 2s, il 2p e così via. L'ordine esatto di riempimento degli orbitali è il seguente:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
2. La seconda regola coincide con il principio di indeterminazione di Pauli. Ovvero in uno stesso atomo non possono esistere due elettroni aventi tutti i quattro numeri quantici uguali. Un altro modo di esprimere questo principio è che in uno stesso orbitale possono esistere due elettroni purché abbiano spin opposti;
3. Regola di Hund, secondo la quale quando sono disponibili orbitali di identica energia, gli elettroni inizialmente occupano questi orbitali singolarmente. Di conseguenza un atomo tende ad avere il maggior numero possibile di elettroni spaiati. Questo comportamento è spiegabile con il fatto che gli elettroni possiedono la stessa carica elettrica, di conseguenza cerco di disporsi il più lontano possibile l'uno dall'altro, occupando da soli orbitali vuoti di energia simile invece di appaiarsi con altri elettroni in orbitali semipieni.
4. Regola dell’”n+l”. Secondo questa regola, per ricavare velocemente a corretta sequenza di riempimento degli orbitali si può applicare il seguente procedimento:
- Pero ogni orbitale si somma n+l;
- Si ordinano gli orbitali per somma crescente;
- In caso di valori plurimi ha la precedenza l’orbitale con n minore.
Al fine di contenere gli elettroni dei 113 elementi noti sono sufficienti gli orbitali fino ad n=7.
Inoltre è bene ricordare i seguenti concetti:
- Elementi dello stesso gruppo presentano identica configurazione elettronica esterna;
- Identica configurazione elettronica esterna specifica proprietà chimiche simili;
In alcuni casi vi sono delle deviazioni dal principio di Aufbau. Le deviazioni che si hanno per Cr e Cu si hanno anche per Mo e Ag. Cr e Mo appartengono al gruppo 6 (6B), mentre Cu e Ag appartengono al gruppo 11 (11B). Da questo si può dedurre che configurazioni elettroniche a sottolivelli semiriempiti (es. 4s13d5) o completamente riempiti (es. 4s13d10):
- Abbassano l’energia dell’atomo;
- Sono più stabili di configurazioni a orbitali parzialmente riempiti.
Domande da interrogazione
- Qual è il principio di Aufbau e come determina la configurazione elettronica di un atomo?
- Come si applica la regola di Hund nella distribuzione degli elettroni negli orbitali?
- Quali sono le eccezioni al principio di Aufbau e perché si verificano?
Il principio di Aufbau stabilisce che gli elettroni occupano gli orbitali in modo da minimizzare l'energia dell'atomo, seguendo un ordine specifico di riempimento: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
La regola di Hund afferma che quando sono disponibili orbitali di identica energia, gli elettroni occupano inizialmente questi orbitali singolarmente per massimizzare il numero di elettroni spaiati, riducendo la repulsione tra elettroni con la stessa carica.
Le eccezioni al principio di Aufbau si verificano per elementi come Cr, Mo, Cu e Ag, dove configurazioni elettroniche a sottolivelli semiriempiti o completamente riempiti abbassano l'energia dell'atomo e risultano più stabili rispetto a configurazioni con orbitali parzialmente riempiti.
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