Configurazioni elettroniche

La configurazione elettronica di un atomo rappresenta la distribuzione degli elettroni tra i suoi orbitali atomici. Il principio di esclusione di Pauli, la regola di Hund della massima molteplicità e il principio di Aufbau possono essere estesi per prevedere la configurazione elettronica di qualsiasi elemento.

Il principio di Aufbau afferma che nello stato fondamentale, gli orbitali atomici si riempiono in ordine crescente di energia. Le energie relative degli orbitali atomici sono razionalizzate dalle interazioni di Coulomb, dall'effetto schermante e dalla penetrazione orbitale.

Si consideri la configurazione elettronica del carbonio, un elemento con numero atomico sei e quindi neutro con sei elettroni. L'orbitale1 s, che ha l'energia più bassa, viene riempito per primo.

Secondo il principio di esclusione di Pauli, non ci sono due elettroni in un atomo che possono avere lo stesso insieme di quattro numeri quantici. Poiché gli elettroni nello stesso orbitale hanno gli stessi numeri quantici principali, azimutali e magnetici, devono avere numeri quantici di spin diversi.

Poiché il numero quantico di spin ha solo due valori possibili, un orbitale può ospitare solo due elettroni, con spin opposti.

Sebbene l'energia aumenti con il numero di proiettili, la maggiore penetrazione degli orbitali s diminuisce l'energia degli orbitali s rispetto a quella degli orbitali p.

Pertanto, i due elettroni successivi occupano l'orbitale2 s e il quinto entra nel sottoguscio 2p. Poiché si presume che gli orbitali all'interno di un sottoguscio siano degeneri, il quinto elettrone può entrare in uno qualsiasi dei tre orbitali degeneri 2p.

Il sesto elettrone segue la regola di Hund della massima molteplicità e occupa singolarmente un orbitale degenere piuttosto che un accoppiamento. Quindi, per il carbonio, i due elettroni 2p occupano due orbitali diversi e hanno spin paralleli.

Il diagramma di configurazione elettronica rivela che il carbonio ha due elettroni, chiamati elettroni del nucleo, nel guscio interno e quattro elettroni, chiamati elettroni di valenza, nei gusci più esterni.

L'ordine degli orbitali atomici rispetto alle loro energie può essere ricordato utilizzando tali diagrammi, in cui il percorso della freccia rivela la sequenza in cui gli elettroni sono assegnati agli orbitali.

Tuttavia, questa progressione diventa più complessa man mano che vengono introdotti gli orbitali d e f e la sequenza diventa meno prevedibile per gli elementi di transizione, lantanidi e attinidi.