Configurazione elettronica di atomi multielettronici

Il principio di esclusione di Pauli, la regola di Hund della massima molteplicità e il principio aufbau possono essere estesi per prevedere la configurazione degli elettroni di un qualsiasi elemento. Si consideri di scrivere la configurazione elettronica per il sodio. La distribuzione degli elettroni del core nel sodio è esattamente quella dell'elemento precedente, il neon.

Il singolo elettrone di valenza occupa l'orbitale 3s. Il neon appartiene alla diciottesima colonna della tavola periodica, i gas nobili. Le configurazioni elettroniche di questi elementi facilitano la rappresentazione schematica della configurazione degli elettroni per altri elementi.

Per ogni elemento, la configurazione degli elettroni del nucleo è la stessa di quella del gas nobile che lo precede nella tavola periodica. La configurazione degli elettroni del sodio, per esempio, può essere scritta come il core del neon, 3s1. La configurazione centrale degli elettroni del potassio è 1s22s22p63s23p6, lasciando un elettrone di valenza.

Quindi, il diciannovesimo elettrone entra nel subshell 3d? Ricordate che il subshell 4s ha una notevole capacità di penetrazione, che spesso porta ad avere un'energia inferiore rispetto al subshell 3d. Il principio aufbau, dunque, sosterrebbe che il subshell 4s si riempia prima del subshell 3d.

Il core del gas nobile precedente, l'argon, viene utilizzato per scrivere la configurazione dell'elemento. Sebbene questi principi forniscano un punto di partenza, le configurazioni elettroniche effettive devono essere confermate sperimentalmente. In diversi elementi di transizione, antanidi e attinidi, le energie orbitali sono in un ordine relativo diverso e il principio aufbau potrebbe non essere sempre seguito.

Negli elementi di transizione, i subshell 3d e 4s hanno energie simili. Il subshell 4s è spesso riempito completamente. Per esempio, nello scandio, la configurazione degli elettroni è il core dell'argon, 4s23d1.

Nello zinco, i subshell 4s e 3d sono riempiti alla loro massima capacità. Tuttavia, gli stati fondamentali di alcuni metalli, come il cromo e il rame, occupano singolarmente gli orbitali 4s. Il cromo è particolarmente degno di nota perché due subshell sono parzialmente riempite, il che si discosta dal principio aufbau.

In tutta la serie dei lantanidi, che si estendono dal cerio al lutezio, i subshell 6s e 4f hanno energie simili. La configurazione elettronica per il neodimio è un core allo xeno, 6s24f4. Mentre, il cerio ha un'insolita configurazione degli elettroni del core dello xeno, 6s24f15d1 perché le sue subshell 6s, 4f e 5d sono insolitamente simili in termini di energia.