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Antonello Santini » 14.Le configurazioni elettroniche


Le configurazioni elettroniche

Si definisce configurazione elettronica di un atomo lo schema di distribuzione dei suoi elettroni nei singoli orbitali atomici.

La configurazione elettronica può essere rappresentata in simboli o con un semplice diagramma dove con la freccia si intende lo spin dell’elettrone mentre il quadrato o la sbarretta indicano l’orbitale ad un determinato livello energetico.


Le configurazioni elettroniche


1. Principio di Aufbau

Nella struttura elettronica allo stato fondamentale, cioè non eccitato, di un atomo gli elettroni occupano gli orbitali disponibili secondo l’ordine di energia crescente.

Disposizione degli orbitali in ordine di energia crescente

Disposizione degli orbitali in ordine di energia crescente


1. Principio di Aufbau

La figura indica il contenuto energetico che spetta ad ogni orbitale e, quindi, l’ordine di riempimento. Da notare la minore energia di alcuni sottolivelli rispetto ad altri di livelli precedenti (es. il 4s rispetto al 3d). Questa situazione si può facilmente comprendere ricordando che il contenuto energetico di ogni orbitale è definito anche dal secondo numero quantico.


2. Principio di esclusione di W. Pauli (1900-58)

Stabilisce che due elettroni in un atomo non possono avere mai tutti i quattro numeri quantici uguali cioè in un orbitale non si possono trovare più di due elettroni.

Numero degli orbitali e degli elettroni nei primi quattro livelli

Numero degli orbitali e degli elettroni nei primi quattro livelli


3. Principio della massima molteplicità o regola di F. Hund

Stabilisce che in uno stesso sottolivello gli elettroni tendono ad occupare il maggiore numero di orbitali a disposizione e con spin parallelo. Gli elettroni si dispongono prima singolarmente negli orbitali con lo stesso contenuto energetico (orbitali degeneri) e, solo quando non ci sono altri orbitali degeneri liberi, accettano di “accoppiarsi”.

Configurazioni elettroniche dei primi 11 elementi

Configurazioni elettroniche dei primi 11 elementi


Configurazione elettronica degli atomi dei primi sette elementi


Le configurazioni elettroniche

Confrontando le configurazioni elettroniche, ottenute rispettando i principi innanzi enunciati, con quelle ricavate da dati sperimentali ottenuti da studi degli spettri e delle proprietà magnetiche degli atomi è possibile riscontrare alcune differenze che si possono comprendere ricordando “un’ultima regola”:

“la configurazione elettronica è particolarmente stabile, e quindi favorita nella sua realizzazione, quando i livelli o i sottolivelli sono riempiti del tutto o a metà”.

Ad es. il Cu ha configurazione elettronica:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1

e non:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2

Le configurazioni elettroniche

Esempio

Scriviamo e leggiamo la configurazione elettronica del calcio (Z=20).

Seguendo lo schema di Aufbau otteniamo:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

(uno-esse-due, due-esse-due, due-pi-sei, tre-esse-due, tre-pi-sei, quattro-esse-due).

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