configurazione elettronica e tavola periodica

CONFIGURAZIONE ELETTRONICA
In generale la configurazione elettronica indica come sono posizionati gli elettroni intorno al nucleo di un
atomo.
ORBITA : Zona intorno al nucleo di diversa energia dove ruotano gli elettroni.
L'energia delle varie orbite è riportata in un grafico energetico. I punti del grafico che indicano l'energia
delle orbite vengono chiamati LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI (ad ogni orbita è associato un livello
energetico)
LIVELLI ENERGETICI
PRINCIPALI
E4
n=4
E3
n=3
E2
n=2
E1
n=1
BOHR Studiò le orbite e la loro energia ed introdusse il numero quantico principale (n). Il numero quantico
principale classifica le orbite. (prima orbita n=1, seconda orbita n=2; e così via)
ORBITALE: zone dell'orbita dove è più probabile trovare gli elettroni. Si classificano con le lettere s,p,d,f e
ciascuno ha una forma propria dalla quale deriva il numero di orientazioni che possiede ciascun orbitale.
L'orientazione è la forma che un orbitale può assumere nello spazio in finzione della posizione.
ORBITALE
NUMERO DI ORIENTAZIONI
s
1
p
3
d
5
f
7
Ciascun orbitale appartenente ad una certa orbita possiede una propria energia che può essere indicata nel
grafico energetico, usato precedentemente per indicare l'energia delle orbite. I punti che nel grafico
indicano l'energia degli orbitali prendono il nome di SOTTOLIVELLI ENERGETICI.
LIVELLI ENERGETICI
PRINCIPALI
SOTTOLIVELLI ENERGETICI
Per indicare in quale orbita è posizionato un determinato orbitale si usa scrivere davanti alla lettera che
identifica l'orbitale il numero quantico dell'orbita in cui esso si trova.
ESEMPIO
1s indica l'orbitale s che si trova nella prima orbita ( la prima orbita è caratterizzata dal numero
quantico n=1)
2p indica l'orbitale p che si trova nella seconda orbita ( la seconda orbita è caratterizzata dal
numero quantico n=2)
Se si osserva il grafico energetico sopra riportato si nota che a ciascun livello energetico principale sono
associati un certo numero di sottolivelli (equivale a dire che all'interno di ciascuna orbita ci sono un certo
numero di orbitali). Se si osserva con attenzione si può vedere che il numero di orbitali che si trovano
all'interno di ciascuna orbita corrisponde al valore del numero quantico principale che caratterizza
quell'orbita.
ESEMPIO
La prima orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=1 questo significa che al suo interno ha
un solo orbitale, cioè il primo (s). Che indicherò come 1s
La seconda orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=2 questo significa che al suo interno ha
due orbitali, cioè il primo (s) e il secondo (p) . Che indicherò come 2s e 2p
La terza orbita è caratterizzata dal numero quantico principale n=3 questo significa che al suo interno ha tre
orbitali, cioè il primo (s), il secondo (p) e il terzo (d) . Che indicherò come 3s, 3p e 3d
Possiamo concludere che il numero quantico principale oltre a classificare le orbite indica il numero di
orbitali presento all'interno di ciascuna orbita.
Il grafico energetico può essere completato inserendo anche le varie orientazioni di ciascun orbitale
mediante dei quadratini. Avremo un grafico dal quale si può ottenere un numero di informazioni maggiori
con le quali è possibile completare la configurazione elettronica. Ogni orientazione di un orbitale viene
rappresentata mediante un quadrato. Avremo quindi che l'orbitale s sarà sempre rappresentato da un
quadrato, l'orbitale p da tre quadrati, l'orbitale d da cinque quadrati e quello f da sette quadrati. Il grafico
risultante è il seguente:
PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DI PAULING
Indica come si dispongono gli elettroni nei vari orbitali, possiamo riassumerlo con tre punti:
1) Gli elettroni occupano gli orbitali in ordine crescente di energia (questo vuol dire che prima occuperanno
l'orbitale 1s poi il 2s, poi il 2p e così via)
2) In un orbitale non possono esserci più di due elettroni e questi devono avere SPIN opposto
3) Se gli elettroni hanno a disposizione più orientazioni dello stesso orbitale, si dispongono uno per ciascuna
orientazione con SPIN orario, quindi gli elettroni successivi si accoppiano con quelli già presenti con SPIN
antiorario. (Se un elettrone si trova da solo in una orientazione quest'ultimo avrà sempre SPIN orario)
SPIN : Verso di rotazione dell'elettrone intorno al proprio asse.
SPIN ORARIO O
POSITIVO (+)
SPIN ANTIORARIO O
NEGATIVO (-)
Quando due elettroni hanno lo stesso SPIN (cioè ruotano entrambi nello stesso verso: entrambi in senso
orario e entrambi in senso antiorario) si dice che possiedono SPIN PARALLELO
Quando due elettroni hanno diverso SPIN (cioè ruotano uno in senso orario e l'altro in senso antiorario) si
dice che possiedono SPIN OPPOSTO.
Per rappresentare nel grafico gli elettroni si usano delle frecce :
Indica un elettrone che ha spin orario
Indica un elettrone che ha spin antiorariorario
Si hanno ora tutte le informazioni per scrivere la configurazione elettronica degli elementi chimici mediante
grafico energetico (a quadratini).
Vediamo quali sono i passaggi da effettuare per scrivere la configurazione elettronica del Na (sodio).
1) Una volta noto l'elemento chimico di cui si deve scrivere la configurazione elettronica si deve
determinare il numero atomica Z (dalla tavola periodica)
Na Z=11
2) Osservare se si tratta di una atomo neutro, un anione o un catione. Se l'atomo è neutro il numero
atomico indica sia il numero di protoni che quello degli elettroni, se è un catione significa che possiede
meno elettroni rispetto ai protoni se invece è un anione significa che ha più elettroni rispetto ai protoni.
3) Nel nostro caso il Na è neutro quindi Z indica sia il numero di protoni che quello degli elettroni. A noi
interessa in questo caso il numero degli elettroni cioè 11.
4) Per posizionare gli undici elettroni nei vari orbitali si deve seguire quanto detto dal principio di esclusione
di Pauling si avrà:
E3
3s
2p
E2
2s
E1
1s
Un altro modo per scrivere la configurazione elettronica è la forma estesa (nello stesso modo in cui è
riportata sulla tavola periodica.
Prendiamo a esempio la configurazione elettronica del Na scritta sopra con il grafico energetico , per
indicare i due elettroni che si trovano nell'orbitale 1s mettiamo un esponente alla lettera s che indica il
numero di elettroni contenuti nell'orbitale cioè 1s2. Si legge in questo modo: nell'orbitale s della prima
orbita sono presenti due elettroni.
In definitiva la configurazione elettronica scritta in forma estesa del Na (sodio) sarà quindi :
1s2 2s2 2p6 3s1
GRUPPI E PERIODI DELLA TAVOLA PERIODICA
Gli elementi chimici sono classificati mediante la tavola periodica degli elementi. Essi sono disposti in righe
chiamate GRUPPI e colonne chiamate PERIODI.
Dal punto di vista configurazionale gli elementi che si trovano sullo stesso gruppo hanno in comune il
numero di elettroni nell'ultima orbita cioè tutti gli elementi che si trovano sullo stesso gruppo hanno lo
stesso numero di elettroni sull'ultima orbita. Il numero di elettroni coincide con il numero del gruppo. (Es.
glie elementi del primo gruppo avranno tutti un elettrone sull'ultima orbita) , mentre gli elementi che si
trovano sullo stesso periodo hanno in comune l'ultima orbita occupata cioè gli elementi che si trovano
sullo stesso periodo hanno un numero di elettroni tali da occupare al massimo l'orbita corrispondente al
numero del periodo a cui fanno parte ( ES. tutti gli elementi che si trovano sul quarto periodo
occuperanno al massimo la quarta orbita).
Sapendo quale è il gruppo e il periodo di appartenenza di un elemento chimico siamo in grado di indicare la
configurazione elettronica .
Esempio: il Na appartiene al primo gruppo e al terzo periodo, se abbiamo una serie di configurazione
elettroniche noi siamo in grado di determinare quale sia quella corretta:
a.
b.
c.
d.
1s2, 2s2, 2sp6, 3s2
1s2, 2s2, 2sp6, 3s1
1s2, 2s2, 2sp6
1s2, 2s2, 2sp6, 3s2, 3p1
la configurazione elettronica corretta è la seconda in quanto il Na facendo parte del terzo periodo ha un
numero di elettroni tali da occupare al massimo la terza orbita, inoltre facendo parte del primo gruppo avrà
un elettrone nell'ultima orbita
ESERCIZI
1) COSA SONO LE ORBITE?
2) COSA INDICA IL NUMERO QUANTICO PRINCIPALE?
3) COSA SONO GLI ORBITALI?
4) COSA SONO I LIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI?
5) COSA SONO I SOTTOLIVELLI ENERGETICI PRINCIPALI?
6) COSA INDICANO I QUADRATINI NEL GRAFICO DEI SOTTOLIVELLI ?
7) DETERMINARE TRA LE SEGUENTI CONFIGURAZIONI ELETTRONICHE QUELLA RELATIVA AL Mg (secondo
gruppo terzo periodo), Al (terzo gruppo terzo periodo), Ne (ottavo gruppo secondo periodo)
a. 1s2, 2s2, 2sp6
b. 1s2, 2s2, 2sp6, 3s2, 3p1
c. 1s2, 2s2, 2sp6, 3s2