2.04 – CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

2.04 – CONFIGURAZIONE ELETTRONICA

Con configurazione elettronica si intende la descrizione della disposizione degli elettroni di uno specifico atomo nei suoi orbitali.

Questa segue tre principi

PRINCIPIO DI AUFBAU:

E’ possibile scrivere la configurazione elettronica di tutti gli elementi sulla base della sequenza delle energie per gli orbitali e del principio di esclusione di Pauli. 
Questo procedimento è basato sul principio dell’Aufbau che rende possibile costruire la tavola periodica degli elementi determinando la loro configurazione elettronica progressivamente. 
Ogni passo richiede l’aggiunta di un elettrone all’ orbitale appropriato 
Dopo l’elio, l’elemento successivo nella tavola periodica è il litio che possiede tre elettroni. 
A causa del principio di esclusione di Pauli un orbitale non può ospitare più di un elettrone, quindi il terzo elettrone non può stare nell’orbitale 1s: dovrà occupare l’orbitale successivo con energia più bassa possibile. Quindi la configurazione elettronica del litio è 1s²2s¹.

In modo analogo si ottiene la configurazione elettronica del berillio che ha quattro elettroni come 1s²2s².

Adesso entrambi gli orbitali 1s e 2s sono completamente occupati, mentre l’elemento successivo, il boro, possiede cinque elettroni e il suo elettrone supplementare deve posizionarsi nel sottolivello 2p dato che tutti e tre i sottolivelli 2p hanno la stessa energia ( sono degeneri ) esso potrà occupare indifferentemente uno qualsiasi di loro.

PRINCIPIO DELLA MASSIMA MOLTEPLICITÀ O REGOLA DI HUND:

La regola di Hund o principio della massima molteplicità, afferma che se due elettroni occupano orbitali degeneri , cioè con uguali valori di [ n ] ed [ l ] essi si distribuiscono con spin paralleli sul numero massimo possibile di questi. 
La disposizione più stabile per elettroni in orbitali aventi la stessa energia ( degeneri ) è quella in cui è massimo il numero di elettroni con lo stesso spin. Due elettroni con lo stesso spin non possono occupare lo stesso orbitale; si può rendere massimo il numero di elettroni con lo stesso spin solo immettendo elettroni in orbitali separati. 
Ad esempio per il carbonio la configurazione elettronica è 1s²2s²2p².

In modo analogo per l’azoto si avrebbe 1s²2s²2p³.

Quando tutti gli orbitali 2p sono singolarmente occupati gli elettroni aggiuntivi si dovranno accoppiare con quelli già presenti negli orbitali, Quindi ad es. per ossigeno, fluoro e neon si avrebbe:

Sulla base degli esempi visti si possono ricavare le seguenti
regole generali per ricavare le configurazioni elettroniche dei vari atomi: 

1) Gli elettroni devono occupare gli orbitali disponibili a più bassa energia 
2) Ogni orbitale può ospitare al massimo 2 elettroni 
3) Se è disponibile un orbitale vuoto, gli elettroni non si accoppiano      nello stesso orbitale ma si  distribuiscono  in modo da occupare      tutti gli orbitali degeneri disponibili. 
4) Gli orbitali si riempiranno rispettando lo schema dei livelli energetici. 

Ricordiamo, inoltre, le regole convenzionali per indicare la configurazione elettronica di un elemento chimico. 
Dato un elemento chimico ad es. bromo [ Br ] con numero atomico z=35 ; si cerca il gas nobile che precede l’elemento, in questo caso l’argon [ Ar ]. 
Si aggiungono poi gli elettroni esterni della configurazione di valenza. [Br]=[Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁵

PRINCIPIO DI ESCLISIONE DI PAULI:

Due elettroni che occupano lo stesso orbitale devono avere numero di spin opposto -> – ½ o +½ (sono due elettroni con numero quantico di spin opposto quindi sono antiparalleli)

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA ESTERNA

La configurazione elettronica che considero è quella dell’ultimo livello energetico, cioè quello esterno. Da questa è possibile dedurre il gruppo ed il periodo di un dato atomo e non solo.

Colonna / gruppo = numero di elettroni presenti sul livello energetico di valenza cioè quello esterno

Riga / periodo = livello energetico di valenza cioè livello energetico maggiore (cioè livello energetico esterno che è l’energia degli elettroni più esterni)

Esempio:

Li = Colonna 1 e Periodo 2 -> 2s¹

ESEMPIO: CONFIGURAZIONE ELETTRONICA OSSIGENO

Applicando le regole descritte come esempio esplicativo vediamo la configurazione elettronica dell’ossigeno. Dalla tavola periodica vediamo che il numero atomico Z del carbonio è 8, dunque ha 8 protoni e 8 elettroni.
Sappiamo dunque di dover posizione 8 elettroni.
Per comodità si inizia a scrivere un orbitale alla volta, dunque:

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA ARSENICO

L’Arsenico appartiene a quarto periodo e quinto gruppo della tavola periodica
il gas nobile precedente è Argon. Cominciamo a percorrere il quarto periodo da sinistra verso destra fino a raggiungere la casella dell’Arsenico. Tale elemento si trova nella quindicesima casella de periodo, nel blocco 4p. Per raggiungerlo dobbiamo percorrere le prime due caselle 4s, poi le dici caselle 3d ed infine le prime tre caselle 4p.Quindi la configurazione finale che cerchiamo è [Ar] 4s2 3d10 4p3.