La disposizione degli elettroni dentro l’atomo

La disposizione degli elettroni dentro l’atomo viene detta configurazione elettronica
Gli elettroni si aggregano nell’atomo, non casualmente, ma con un ordine energetico preciso. Gli elettroni si distribuiscono in modo concentrico, con orbite concentriche.

8 Livelli n

Le orbite concentriche costituiscono i livelli, si contano fino a 8 livelli, immaginiamo l’atomo più grande come un condominio di 8 piani, dove al piano terreno c’è il nucleo e all’ultimo piano gli elettroni più esterni.

Sottolivelli l, m, s

Poi in ogni piano potrebbe accogliere più piani, cioè ad ogni livello ci sono più sottolivelli. La posizione nei livelli e sottolivelli è definita dai quattro numeri quantici: n, l, m, s. Per cui di ogni elettrone si può definire con certezza la posizione che occupa nell’atomo.

Il primo numero quantico “n”

Configurazione elettronica

Il numero quantico “n” indica la distanza del livello energetico e quindi dei suoi orbitali dal nucleo: i livelli energetici sono 8.
La disposizione degli elettroni dentro l’atomo più piccolo, l’idrogeno, si ferma al 1° livello, così gli elettroni più esterni del francio occupano il 8° livello.
Ogni livello energetico può ospitare fino a quattro differenti orbitali s, p, d, f.

Il secondo numero quantico ” l “

Configurazione elettronica

Il secondo numero quantico ” l ” indica i sottolivelli, cioè i 4 tipi di orbitali: s, p, d, f. Gli orbitali possono assumere forma sferica, bilobata, polilobata e ad anello, il punto centrale di questi disegni che compie l’elettrone è sempre il nucleo.

L’orbitale “s”

L’orbitale “s” è sferico, gli elettroni dell’orbitale “s” si trovano all’interno di una nuvola sferica. L’orbitale “s” è presente fin dall’inizio nel 1° livello e per tutti gli 8 livelli.

orbitale s
orbitale esse

Gli orbitali “p”

Gli orbitali “p” sono bilobati, gli elettroni si muovono all’interno di nuvole bilobate. Il sottolivello “p” contiene fino a 3 orbite bilobate. Il sottolivello “p” è presente dal 2° livello.

orbitale p
orbitale p come due palloni aerostati

Gli orbitali “d”

Il sottolivello “d” contiene fino a 5 orbite: bilobate o ad anello. Il sottolivello “d” è presente dal 3° livello.

L’orbitale “f”

L’orbitale “f” contiene fino a 7 orbite: bilobate, ad anello, polilobate. Il sottolivello “f” è presente dal 4° livello.

Il terzo numero quantico magnetico ” m “

Configurazione elettronica

Il terzo numero quantico “m” è detto numero magnetico.
Il terzo numero quantico descrive l’orientamento o l’inclinazione dei sottolivelli ” p, d, f “.
Le 3 orbite del sottolivello “p” si orientano in 3 modi diversi, lungo i 3 possibili assi: x, y, z. Il sottolivello “p” può allora avere valore: -1, 0, +1.
Le 5 orbite del sottolivello “d” si orientano in 5 modi diversi. Il sottolivello “d” può allor avere valore: -2, -1, 0, +1, +2.
Le 7 orbite del sottolivello “f” si orientano in 7 modi diversi. Il sottolivello “f” può allora avere valore: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3.

Il quarto numero quantico spin ” s “

Configurazione elettronica

Il quarto numero quantico spin ” s ” descrive in che direzione viaggiano gli elettroni di ciascuna orbita.
In ogni orbita possono coesistere solo 2 elettroni.
I due elettroni di ogni orbita possono andare solo in direzione opposta: uno va in sens orario (+1/2 o freccia in sù) e l’altro va in senso antiorario (-1/2 o freccia in giù).

Ordine di riempimento degli orbitali

Gli orbitali così definiti vengono riempiti dagli elettroni con un ordine preciso. L’ordine di riempimento: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
L’Idrogeno (Z1) ha un elettrone posizionato nell’orbitale 1s.
L’Elio (Z2) ha due elettroni posizionati nell’orbitale 1s: uno è orario e l’altro antiorario.
Adesso è stato riempito il 1° livello, si può passare al 2° livello.
Il Litio (Z3) ha tre elettroni: 2 sono posizionati nell’orbitale 1s, il 3° elettrone si posiziona nel secondo livello e nel primo orbitale (s) cioè il 2s.
Nella tavola periodica degli elementi di Mendeleev è descritta con precisione la configurazione elettronica di ogni elemento.

Esempi

Nella tavola periodica degli elementi di Mendeleev leggiamo che la configurazione elettronica dell’idrogeno è 1s1, significa che l’unico elettrone dell’idrogeno si trova nel primo livello in un orbitale sferico.

Nella tavola di Mendeleev leggiamo che la configurazione elettronica dell’elio è 1s2, significa che i due elettroni dell’elio si trovano nel primo livello in un unico orbitale sferico.

Nella tavola leggiamo che la configurazione elettronica del carbonio è [He] 2s2 2p2, significa che il primo livello è identico a quello dell’elio cioè 1s2, e che il secondo livello è occupato solo parzialmente con 2 elettroni nell’orbitale sferico e 2 elettroni in 2 orbitali p, ogni singolo orbitale p è quì occupato da un solo elettrone.

Leggiamo che la configurazione elettronica del neon è [He] 2s2 2p6, significa che il primo livello è identico a quello dell’elio cioè 1s2, e che il secondo livello è occupato integralmente con 2 elettroni nell’orbitale sferico e 6 elettroni nei 3 orbitali p.

Infine leggiamo che la configurazione elettronica del cloro è [Ne] 3s2 3p5, significa che il primo e il secondo livello sono identici a quelli del neon, in più nel terzo livello c’è un orbitale sferico con 2 elettroni, e 3 orbitali p con 5 elettroni, quì 2 orbitali p sono al completo e un orbitale p ha 1 solo elettrone.