Regola della diagonale nella configurazione elettronica: numeri quantici e riempimento degli orbitali
La regola della diagonale o regola di Madelung permette di prevedere l’ordine di riempimento degli orbitali per determinare la configurazione elettronica degli elementi chimici.
Gli elettroni sono caratterizzati da quattro numeri quantici: il numero quantico principale (n), il numero quantico secondario (l), il numero quantico magnetico (m) e il numero quantico di spin. Questi numeri quantici sono legati all’energia, alla forma, all’orientazione e al movimento rotatorio degli elettroni.
La configurazione elettronica di un elemento inizia con l’orbitale 1s, che ospita 2 elettroni (1s^2), poi si procede con l’orbitale 2s (2s^2) e l’orbitale 2p (2p^6), e così via, seguendo l’ordine di riempimento stabilito dai numeri quantici.
La regola della diagonale afferma che gli elettroni si dispongono in ordine crescente secondo la somma dei numeri quantici n e l. Pertanto, gli orbitali vengono riempiti in base alla loro somma n + l, occupando prima quelli con la somma minore.
Nel riempimento degli orbitali, se la somma dei numeri quantici è la stessa, viene prima occupato l’orbitale in cui n ha il valore più basso. Ad esempio, l’orbitale 4p ha la somma n + l uguale a 5, mentre l’orbitale 5s ha la stessa somma, ma poiché n nell’orbitale 4p è più basso, viene occupato prima.
Un esempio pratico è la configurazione elettronica dello Xeno, che ha 54 elettroni: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6 5s^2 4d^10 5p^6.
Seguendo la regola della diagonale, è possibile determinare l’ordine di riempimento degli orbitali secondo la somma dei numeri quantici, garantendo una stesura corretta della configurazione elettronica di un elemento.
Il diagramma riportato sintetizza la regola della diagonale, mostrando gli orbitali a energia crescente che vengono riempiti a mano a mano in base al numero di elettroni dell’elemento.