Come scrivere la configurazione elettronica di un elemento

Tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

In chimica, una delle questioni più ostiche da capire è la scrittura della configurazione elettronica di un elemento.Cosa si intende per configurazione elettronica?Ogni elemento è caratterizzato da un certo numero di protoni, e da un certo numero di elettroni. A meno che non si stia parlando di ioni (anioni o cationi), il numero di protoni è sempre uguale a quello degli elettroni. Per configurazione elettronica si intende la scrittura di ogni orbitale dell'atomo e del numero di elettroni in esso contenuti.Vediamo quindi come scrivere la configurazione elettronica di un elemento.

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Occorrente

  • Tavola periodica.
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Teoria degli orbitali

Prima di iniziare la schematizzazione vera e propria degli orbitali è bene ricordare cosa sono e che ruolo svolgono. Gli orbitali sono una proiezione della funzione onda (stato di un sistema fisico) e si occupa di descrivere il comportamento di un elettrone all'interno di un atomo. Inoltre, è importante sapere che esistono diversi tipi di orbitali: gli orbitali s, sferici; gli orbitali p, bilobati; e gli orbitali d e f, che di solito non vengono trattati, in quanto hanno forme complesse e sono presenti solo negli elementi più pesanti. La teoria atomica ci dice che gli elettroni presenti su di uno stesso orbitale non possono presentare lo stesso numero di spin. Dato che esistono solo due numeri di spin (-1/2; 1/2), ne deduciamo che ogni orbitale può contenere un massimo di due elettroni.

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Livello energetico degli orbitali

Ogni orbitale appartiene ad un determinato livello energetico indicato con "n", essendo n un numero positivo. La forma dell'orbitale ne determina il sottolivello energetico. Ogni livello n ha dei sottolivelli energetici che vanno da 1 a n . Ciò significa che, se il livello energetico n è 1, avremo solo un sottolivello energetico, 1, che corrisponderà ad un orbitale s.Se il livello n è 2, avremo i sottolivelli 1 e 2, che corrisponderanno ad orbitali s e p.Gli orbitali vanno sempre riempiti secondo ordine energetico crescente. Tuttavia non è sempre detto che quest'ordine segua quello dei livelli n: può capitare che un sottolivello di un livello inferiore sia più energetico di un sottolivello di livello superiore.Per ricordare il corretto ordine di riempimento degli orbitali è utile conoscere la regola della diagonale, di cui trovate un link sotto.è importante sapere che i diversi livelli energetici contengono un diverso numero di orbitali. In particolare il livello s ha un solo orbitale, mentre il livello p ne ha tre. Perciò il livello s può contenere solo 2 elettroni, mentre il livello p 6. La differenza nel numero di orbitali dipende dalle possibili disposizioni spaziali degli stessi. L'orbitale s è sferico e quindi ha solo una disposizione spaziale, mentre p è bilobato e ne ha 3. Il numero di disposizioni spaziali è indicato dal numero magnetico m che appunto ha 1 valore per gli orbitali s e 3 per gli orbitali p.

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Riempimento degli orbitali

Vediamo ora come procedere al riempimento degli orbitali e alla scrittura della vera e propria configurazione elettronica.Facciamo un esempio con un elemento semplice: l'ossigeno.Troviamo l'ossigeno sulla tavola periodica e notiamo due cose: ha numero atomico 8 e appartiene al secondo periodo. Il periodo è importante perché indica il massimo livello energetico n degli orbitali di un certo elemento. Perciò procediamo a scrivere in ordine di energia crescente gli orbitali fino al secondo livello: 1s, 2s, 2p. Gli orbitali si scrivono con il numero del livello seguito dalla lettera che indica il sottolivello. Ora dobbiamo distribuire gli elettroni tra questi orbitali.Ricordiamo che il livello s ha solo un orbitale e può quindi contenere solo 2 elettroni, mentre il p ne ha 3 e ne può contenere 6.Perciò scriveremo: 1s^2, 2s^2, 2p^4, dove gli esponenti indicano il numero di elettroni in ciascun sottolivello. Come vedete la somma degli elettroni deve dare il numero atomico, in questo caso 8.Notate inoltre come la somma degli elettroni nel livello più esterno dia 6, che è il gruppo di appartenenza dell'ossigeno.

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Configurazione elettronica di ioni

Se gli elementi di cui vogliamo scrivere la configurazione elettronica sono in forma ionica, ovvero presentano una carica non neutra, c'è da fare un passo in più.Innanzitutto dobbiamo capire se abbiamo a che fare con un catione o con un anione. Gli anioni hanno carica negativa, i cationi positiva. Dopodiché dobbiamo capire il valore della carica.Il valore della carica indica quanti elettroni in più o in meno presenta lo ione rispetto all'elemento neutro. Una carica negativa indica che ci sono elettroni in più, una positiva indica che mancano degli elettroni. Perciò una volta calcolata la carica la si va a sottrarre dal numero atomico dell'elemento per capire quanti elettroni si devono disporre negli orbitali.Si procede quindi normalmente verificando poi che la somma degli esponenti attribuiti ai vari livelli energetici corrisponda a questo numero e non a quello atomico.Facciamo un esempio: consideriamo lo ione O + +.Si tratta di un catione dell'ossigeno, con carica positiva + 2. Sottraiamo questo valore al numero atomico dell'ossigeno: 8 - 2 = 6.Distribuiamo quindi 6 elettroni tra i sottolivelli dell'ossigeno e otteniamo: 1s^2, 2s^2, 2p^2.Vediamo invece il caso di un anione: O - .Ha carica negativa -1.Sottraiamola al numero atomico: 8 --1= 9. Distribuiamo i 9 elettroni tra gli orbitali: 1s^2, 2s^2, 2p^5.

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Configurazione elettronica e gruppi

Nella tavola elettronica sono definiti gruppi le colonne verticali. Elementi che si trovano incolonnati fanno parte dello stesso periodo. Ora che abbiamo imparato cos'è la configurazione elettronica possiamo capire davvero quale sia il significato di un periodo. Il numero di un periodo indica il numero di elettroni presenti nello strato più esterno dell'atomo, ovvero nel suo massimo livello energetico, che sono detti elettroni di valenza, in quanto sono quelli coinvolti nella formazione dei legami atomici. Ad esempio, gli atomi del periodo 7, ovvero il periodo degli alogeni, come il cloro e il fluoro, avranno 7 elettroni nello strato più esterno, cioè presenteranno una configurazione elettronica esterna del tipo Xs^2, Xp^5, dove X è il livello energetico massimo. Notate come la somma degli esponenti restituisca il numero di periodo.

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