Le configurazioni elettroniche e i numeri quantici
Negli atomi con più elettroni i sottolivelli si riempiono in ordine di energia, seguendo la regola della diagonale, il principio di Pauli e la regola di Hund. Questo strumento scrive la configurazione elettronica di qualunque atomo o ione, con le eccezioni reali come il cromo e il rame, disegna i tre schemi che servono a ricavarla e traduce una quaterna di numeri quantici nella casella e nella freccia del suo elettrone.
Configurazione elettronica di atomi e ioni
Scrivi un elemento e premi Calcola: ottieni la configurazione e, sotto, il procedimento passo per passo con i disegni. Puoi scrivere il simbolo (Fe), il nome (ferro) o il numero atomico (26). Per uno ione aggiungi la carica: S2-, Fe3+, Z=19 1-. Per confrontare più specie, separale con una virgola. Ogni conto è scritto per intero: non serve fare calcoli a mente.
Leggere una quaterna di numeri quantici
Una quaterna (n, l, mₗ, mₛ) è l’indirizzo di un elettrone: livello, sottolivello, casella, freccia. Scrivine una per riga e lo strumento la traduce in caselle e frecce, e trova l’elemento di cui è l’ultimo elettrone. Due quaterne sulla stessa riga vengono confrontate. Per lo spin vanno bene +½, +1/2 o 0.5.
Le regole, in breve
L’ordine di riempimento. Gli elettroni occupano i sottolivelli dal meno energetico al più energetico. L’energia cresce con la somma n + l; a parità di somma viene prima quello con n più piccolo. Per questo il 4s si riempie prima del 3d:
4s: 4 + 0 = 4 3d: 3 + 2 = 5
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
Pauli e Hund. Ogni casella (un orbitale) contiene al massimo due elettroni con spin opposti: è il principio di Pauli. Quindi i posti sono 2 nell’s, 6 nel p, 10 nel d, 14 nell’f. Nello stesso sottolivello gli elettroni prima occupano una casella ciascuno con le frecce parallele, e solo dopo si accoppiano: è la regola di Hund. Per questo il carbonio, 1s² 2s² 2p², ha i due elettroni del 2p in due caselle diverse.
Le eccezioni e gli ioni. In alcuni elementi due sottolivelli hanno energie quasi uguali e conviene una disposizione diversa: il cromo è [Ar] 4s¹ 3d⁵ e non [Ar] 4s² 3d⁴. Negli ioni positivi gli elettroni si tolgono dal livello più esterno: il ferro [Ar] 4s² 3d⁶ diventa Fe²⁺ [Ar] 3d⁶, perdendo prima i due elettroni del 4s.
I numeri quantici. Ogni elettrone ha quattro numeri, e ciascuno dipende dal precedente:
n = 1, 2, 3, … l = 0 … n − 1 mₗ = −l … +l mₛ = ±½
Il numero l si traduce in lettera: 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f. Insieme, n e l danno il nome dell’orbitale: n = 3, l = 1 → 3p. Poi mₗ dice la casella, contando da sinistra (per un p: −1, 0, +1), e mₛ la freccia: +½ in su, −½ in giù.
Il trucco per non sbagliare. Davanti a una quaterna disegna subito la riga di caselle dell’orbitale (una per l’s, tre per il p, cinque per il d) e metti la freccia dove dicono mₗ e mₛ. Riempiendo con Hund conti quanti elettroni ci sono prima, e trovi l’elemento. Con due quaterne il confronto diventa visivo: stessa casella, caselle vicine della stessa riga o righe diverse.
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