Configurazione elettronica: regole e esempi

Il principio di Aufbau e la configurazione elettronica

La configurazione elettronica rivela la disposizione degli elettroni negli orbitali atomici intorno al nucleo dell’atomo. Questo principio è fondamentale per comprendere la struttura atomica e viene regolato dal Principio di Aufbau, ideato da Niels Bohr nel 1929. Secondo questo principio, gli orbitali vengono progressivamente riempiti con elettroni.

La configurazione elettronica di un atomo fornisce informazioni sul numero di elettroni presenti in ciascun livello energetico nello stato fondamentale. La regola della diagonale, conosciuta anche come regola di Madelung, è uno strumento che consente di prevedere l’ordine di riempimento degli orbitali per ottenere la configurazione elettronica corretta degli elementi.

I numeri quantici degli elettroni

Ogni elettrone è caratterizzato da quattro numeri quantici:

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Numero quantico principale (n)

: rappresenta l’energia dell’orbitale e varia da 0 a 7.
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Numero quantico secondario (l)

: correlato alla forma dell’orbitale, assume valori da 0 a n-1.
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Numero quantico magnetico (m)

: indica l’orientazione dell’orbitale nello spazio.
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Numero quantico di spin

: definisce il movimento rotatorio degli elettroni.

In base a tali numeri quantici, è possibile determinare la configurazione elettronica degli atomi, assegnando gli elettroni agli orbitali in conformità con le regole delle meccanica quantistica.

Principi e configurazione elettronica

Il Principio di Esclusione di Pauli, il Principio dell’Aufbau e la regola di Hund sono fondamentali per stabilire la configurazione elettronica degli atomi e comprendere la presenza di elettroni spaiati.

Il Principio di Esclusione di Pauli afferma che due elettroni in uno stesso atomo non possono avere gli stessi numeri quantici. Questo principio fu proposto da Wolfgang Ernst Pauli nel 1925, fisico austriaco vincitore del Premio Nobel nel 1945.

La regola di Hund, o principio della massima molteplicità, formulata dal fisico tedesco Friedrich Hund, stabilisce che gli orbitali con valori di n+l inferiori vengono riempiti prima degli orbitali con valori di n+l superiori, contribuendo a determinare la configurazione elettronica corretta.

Questi principi, insieme alla regola della diagonale e alla comprensione dei numeri quantici, sono essenziali per lo studio e la descrizione della natura e del comportamento degli elettroni negli atomi.

Imparare a costruire la configurazione elettronica degli atomi

Per poter determinare come si dispongono gli elettroni negli orbitali atomici, è fondamentale considerare il diagramma delle energie e la regola di Hund. Quando ci sono più orbitali con la stessa energia, gli elettroni cercano di riempirne il maggior numero possibile.

Configurazione elettronica: la guida alla distribuzione degli elettroni

La distribuzione degli elettroni negli orbitali atomici è definita come configurazione elettronica. Ad esempio, l’atomo di idrogeno ha una configurazione 1s¹, dove il numero indica quanti elettroni sono presenti nell’orbitale 1s.

Seguendo il principio di Pauli, che implica che gli elettroni occupino gli orbitali con energia più bassa, si può determinare la disposizione degli elettroni negli atomi successivi.

Esempi pratici: l’ordine degli orbitali e la loro occupazione

– L’elio, con due elettroni, ha configurazione 1s², dove entrambi gli elettroni si trovano nell’orbitale 1s.

– Per il litio, con tre elettroni, la configurazione diventa 1s², 2s¹, poiché l’orbitale 2s ha un’energia inferiore al 1s.

– Il berillio, con quattro elettroni, avrà configurazione 1s², 2s², dove tutti gli elettroni sono appaiati.

– Il boro, con cinque elettroni, avrà configurazione 1s², 2s², 2p¹, seguendo l’ordine di riempimento degli orbitali.

– Per il carbonio, con sei elettroni, la configurazione sarà 1s², 2s², 2p², con due elettroni nello stesso orbitale p ma con spin parallelo.

– L’azoto, con sette elettroni, avrà configurazione 1s², 2s², 2p³, con tre elettroni spaiati nell’orbitale p.

– Proseguendo, l’ossigeno con otto elettroni avrà configurazione 1s², 2s², 2p⁴, mentre il fluoro con nove elettroni avrà configurazione 1s², 2s², 2p⁵.

– Infine, il neon con dieci elettroni avrà configurazione 1s², 2s², 2p⁶, completando così tutti gli orbitali del secondo strato.

In conclusione, seguendo attentamente il diagramma delle energie e rispettando le regole di Pauli e di Hund, è possibile determinare la configurazione elettronica degli atomi in modo preciso e accurato.