Calcolatore di configurazione elettronica

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Come usare il calcolatore di configurazione elettronica

1. 1. Scegli l'elemento. Scrivi un simbolo (Fe), un nome in inglese (iron) o un numero atomico (26). Le maiuscole non contano.
2. 2. Aggiungi una carica per uno ione. Scrivila dopo il simbolo, come in Fe3+, Cl- o O2-, oppure usa la casella separata della carica.
3. 3. Leggi le configurazioni. Le forme completa e con gas nobile sono mostrate con veri apici, insieme al numero di elettroni, agli elettroni spaiati, al magnetismo e al guscio esterno. Seleziona le opzioni per scrivere i sottolivelli nell'ordine di riempimento o per mostrare solo la parte esterna del diagramma.
4. 4. Leggi il diagramma degli orbitali. Ogni casella è un orbitale, con frecce per gli elettroni, riempito secondo la regola di Hund. Gli atomi con elettroni spaiati sono paramagnetici; quelli senza sono diamagnetici.

Le regole di riempimento

Tre principi descrivono come gli elettroni occupano gli orbitali. Il principio Aufbau dice che gli elettroni riempiono il sottolivello disponibile a energia più bassa. Il principio di esclusione di Pauli dice che un orbitale contiene al massimo due elettroni, con spin opposti. La regola di Hund dice che gli elettroni occupano un orbitale alla volta negli orbitali di un sottolivello, con spin paralleli, prima che un orbitale ne riceva un secondo.

La regola di Madelung dà il solito ordine: i sottolivelli si riempiono in ordine crescente di n + l, e a parità di n + l prima quello con n più basso. Ne deriva la sequenza familiare qui sotto. Un sottolivello contiene 2 (s), 6 (p), 10 (d) o 14 (f) elettroni.

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

s 2, p 6, d 10, f 14

Esempio svolto: il ferro e i suoi ioni

Il ferro ha 26 elettroni. Riempiendo in ordine si ottiene 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶, che si scrive per guscio come 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². Sostituendo il nucleo di argon 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ con [Ar] si ottiene la forma con gas nobile [Ar] 3d⁶ 4s². Nel sottolivello 3d, cinque orbitali ricevono ciascuno un elettrone e poi uno viene accoppiato, lasciando 4 elettroni spaiati, quindi il ferro è paramagnetico. Il suo guscio esterno è n = 4, con 2 elettroni.

I cationi perdono prima gli elettroni del guscio più esterno, quindi Fe²⁺ è [Ar] 3d⁶ e Fe³⁺ è [Ar] 3d⁵, un sottolivello d semipieno con 5 elettroni spaiati. È l'inverso dell'ordine di riempimento, in cui il 4s si riempie prima del 3d, perché una volta presenti gli elettroni 3d il livello 4s è quello a energia più alta.

Eccezioni all'ordine di riempimento

Per questi venti elementi lo stato fondamentale misurato differisce da quello previsto dalla regola di Madelung. Il calcolatore prende ogni configurazione neutra dalla tabella NIST degli stati fondamentali, quindi le dà corrette; la tabella riporta la previsione accanto alla misura.

Nel cromo e nel rame i livelli 3d e 4s sono così vicini che un sottolivello d semipieno o pieno prevale. Il palladio non ha affatto un elettrone 5s. I casi dei lantanidi e degli attinidi derivano dal fatto che 4f e 5d (o 5f e 6d) hanno energie quasi uguali. Niente di tutto questo è una regola prevedibile dalla sola tabella degli orbitali, ed è per questo che i dati provengono dalla misura.

Domande frequenti

Come si scrive la configurazione elettronica di un elemento?

Trova il numero di elettroni (il numero atomico, per un atomo neutro) e riempi i sottolivelli nell'ordine 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d e così via, fino alla capacità di ciascun sottolivello. Per esempio, lo zolfo con 16 elettroni è 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Controlla la tabella delle eccezioni prima di fidarti dello schema per i metalli di transizione.

Che cos'è l'abbreviazione con gas nobile di una configurazione elettronica?

Sostituisce gli elettroni interni con il simbolo del gas nobile precedente tra parentesi quadre. Lo zolfo diventa [Ne] 3s² 3p⁴ e il ferro [Ar] 3d⁶ 4s². La parte tra parentesi deve essere una configurazione completa di gas nobile, quindi il calcolatore sceglie quella più grande che può essere usata.

Perché i metalli di transizione perdono prima gli elettroni 4s rispetto ai 3d?

Una volta che il sottolivello 3d contiene elettroni, ha un'energia più bassa del 4s, quindi gli elettroni 4s sono i più esterni e i più facili da rimuovere. Per questo Fe²⁺ è [Ar] 3d⁶ e non [Ar] 3d⁴ 4s².

Perché cromo e rame sono eccezioni?

I loro sottolivelli 3d e 4s sono così vicini in energia che un sottolivello d semipieno (Cr, 3d⁵ 4s¹) o completamente pieno (Cu, 3d¹⁰ 4s¹) è leggermente più stabile della disposizione prevista. Lo stesso effetto produce le eccezioni nelle serie 4d, 5d, dei lantanidi e degli attinidi.

Che cos'è la regola di Hund?

Gli elettroni occupano singolarmente gli orbitali di un sottolivello, con spin paralleli, prima che un orbitale venga occupato due volte. Per questo i tre elettroni 2p dell'azoto occupano tre orbitali diversi, dando 3 elettroni spaiati, e perché il diagramma degli orbitali mostra prima le frecce singole e poi le coppie.

Come sono collegati gli elettroni spaiati al magnetismo?

Un atomo o uno ione con uno o più elettroni spaiati è paramagnetico, cioè viene attratto in un campo magnetico. Uno con tutti gli elettroni accoppiati è diamagnetico e viene respinto debolmente. Fe³⁺, con 5 elettroni spaiati, è fortemente paramagnetico; Zn²⁺, [Ar] 3d¹⁰, è diamagnetico.

Qual è la configurazione elettronica di un anione?

Aggiungi gli elettroni in più al sottolivello successivo nell'ordine di riempimento. Il cloruro, Cl⁻, ha 18 elettroni, 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, come l'argon, quindi si scrive [Ar]. L'ossido, O²⁻, è [Ne].