Orbitali Degeneri e Regole di Riempimento degli Elettroni
Gli orbitali degeneri all’interno delle molecole condividono lo stesso livello energetico e vengono riempiti secondo la regola di Hund. Tuttavia, questo equilibrio può essere influenzato da fattori esterni come campi magnetici, che possono causare la perdita della degenerazione. Ad esempio, consideriamo i tre orbitali degeneri presenti nel sottolivello 2p: p_x, p_y e p_z, i quali hanno la stessa energia. Con la configurazione elettronica dell’azoto (1s^2, 2s^2, 2p^3), i tre elettroni del sottolivello 2p si distribuiscono nei tre orbitali seguendo la regola di Hund.
Nel processo di costruzione degli atomi, si parte dal principio di esclusione di Pauli, che afferma che in un livello energetico possono esserci al massimo due elettroni con spin opposto, insieme alla regola di Hund e al diagramma delle energie. Ad esempio, nell’atomo di ossigeno con 8 elettroni e la configurazione elettronica 1s^2, 2s^2, 2p^4, i primi tre elettroni si distribuiranno nei tre orbitali 2p, mentre il quarto elettrone andrà nell’orbitale 2p_x, in accordo al principio di Pauli.
Nei complessi dei metalli di transizione che presentano elettroni negli orbitali degeneri d, si ha la perdita della degenerazione. Ad esempio, i cinque orbitali d degeneri includono d_xy, d_xz, d_yz, d_x2-y2 e d_z2. Secondo la teoria del campo cristallino, l’interazione tra l’ione del metallo di transizione e i leganti è di natura elettrostatica, ignorando gli effetti del legame covalente.
Nei complessi ottaedrici, gli orbitali d_x^2-y^2 e d_z^2 subiscono una maggiore repulsione da parte dei leganti rispetto agli altri orbitali, a causa della maggiore densità elettronica orientata lungo gli assi. Questi orbitali, insieme a d_xy, d_xz e d_yz, sono divisi in due gruppi a diversa energia: t2g ed eg. La differenza di energia, chiamata Δo, può essere determinata tramite spettroscopia UV-Vis. Da qui è possibile individuare i casi di complessi a basso spin e ad alto spin.
In conclusione, la disposizione degli elettroni negli orbitali degeneri, sia negli atomi che nei complessi dei metalli di transizione, dipende da vari fattori come la regola di esclusione di Pauli, la regola di Hund e la teoria del campo cristallino. Questi elementi sono fondamentali per una costruzione ideale degli atomi e per la comprensione dei complessi dei metalli di transizione.
