Come Scrivere la Configurazione Elettronica di Qualsiasi Elemento

La configurazione elettronica di un atomo è una rappresentazione numerica dei suoi orbitali. Gli orbitali hanno differenti forme e posizioni rispetto al nucleo, e rappresentano l'area in cui si hanno le maggiori probabilità di individuare un elettrone. La configurazione elettronica indica rapidamente quanti orbitali possiede un atomo e la quantità di elettroni che "popola" ciascun orbitale. Quando hai compreso i principi di base che sottendono alla configurazione elettronica e sei in grado di scriverla, allora potrai affrontare con tranquillità qualunque esame di chimica.

Metodo 1

Metodo 1 di 2:

Con la Tavola Periodica

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Trova il numero atomico. Ad ogni atomo è associato un numero atomico che indica il numero di protoni. Quest'ultimo, in un atomo neutro, è pari al numero di elettroni. Il numero atomico è un numero intero positivo, l'idrogeno ha un numero atomico uguale a 1, e questo valore cresce di una unità man mano che ci si sposta verso destra nella tavola periodica.
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Determina la carica dell'atomo. Quelli neutri hanno un numero di elettroni pari al numero atomico, mentre gli atomi carichi possono averne una quantità maggiore o minore, in base alla potenza della carica; quindi aggiungi o sottrai il numero di elettroni a seconda della carica: aggiungi un elettrone per ogni carica negativa e sottrai un elettrone per ogni carica positiva.
- Per esempio un atomo di sodio con una carica negativa -1 avrà un elettrone "in più" del numero atomico 11, quindi 12 elettroni.
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Impara a memoria la lista base degli orbitali. Una volta che conosci l'ordine degli orbitali, sarà semplice completarli secondo il numero degli elettroni di un atomo. Gli orbitali sono:
- Il gruppo degli orbitali di tipo s (qualsiasi numero seguito da una "s") contiene un orbitale singolo; secondo il "principio di esclusione di Pauli, un orbitale singolo può contenere un massimo di 2 elettroni. Ne consegue che ogni orbitale s può contenere 2 elettroni.
- Il gruppo degli orbitali di tipo p contiene 3 orbitali, quindi potrà contenere un totale di 6 elettroni.
- Il gruppo degli orbitali di tipo d contiene 5 orbitali, quindi potrà contenere 10 elettroni.
- Il gruppo degli orbitali di tipo f contiene 7 orbitali, quindi potrà contenere 14 elettroni.
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Comprendi la notazione della configurazione elettronica. Si scrive in maniera che appaiano chiaramente sia il numero degli elettroni dell'atomo, sia il numero di elettroni in ciascun orbitale. Ogni orbitale viene scritto in base a una determinata sequenza e con il numero degli elettroni che seguono il nome dell'orbitale stesso. La configurazione finale è una singola riga di nomi di orbitali e di apici.
- Per esempio ecco una semplice configurazione elettronica: 1s² 2s² 2p⁶. Puoi notare che ci sono due elettroni sull'orbitale 1s, due nell'orbitale 2s e 6 nell'orbitale 2p. 2 + 2 + 6 = 10 elettroni in tutto. Questa configurazione si riferisce a un atomo neutro di neon (che ha il numero atomico pari a 10).
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Impara a memoria l'ordine degli orbitali. Ricorda che i gruppi degli orbitali sono numerati in base al guscio elettronico, ma ordinati in termini di energia. Per esempio, un orbitale completo 4s² ha un livello energetico più basso (o potenzialmente meno instabile) di uno parzialmente completo o del tutto completo 3d¹⁰; ne consegue che 4s verrà prima nella lista. Quando conosci l'ordine degli orbitali devi semplicemente riempire lo schema con il numero di elettroni dell'atomo. L'ordine è il seguente: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s.
- Una configurazione elettronica per un atomo con tutti gli orbitali occupati dovrebbe essere scritta così: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰7p⁶8s².
- Nota che l'esempio sopra riportato, nel caso tutti i gusci elettronici fossero completi, andrebbe a indicare la configurazione elettronica dell'ununoctio (Uuo), 118, l'atomo con il numero atomico più grande della tavola periodica degli elementi. Questa configurazione elettronica contiene tutti i gusci elettronici conosciuti per un atomo neutro.
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Riempi gli orbitali in base al numero di elettroni del tuo atomo. Per esempio scriviamo la configurazione elettronica di un atomo neutro di calcio. Per prima cosa dobbiamo identificare il numero atomico nella tavola periodica. Questo numero è 20, quindi dobbiamo scrivere la configurazione elettronica di un atomo con 20 elettroni seguendo l'ordine sopra descritto.
- Riempi gli orbitali seguendo l'ordine fino a quando avrai posizionato tutti e 20 gli elettroni. L'orbitale 1s ha due elettroni, il 2s ne ha due, il 2p ne ha sei, il 3s ne ha sei e il 4s ne ha due (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20). Quindi la configurazione elettronica per un atomo di calcio neutro è: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².
- Nota: il livello energetico varia man mano che si sale negli orbitali. Per esempio, quando stai per salire al quarto livello energetico, prima viene 4s, dopo 3d. Dopo il quarto livello, passerai al quinto livello, che di nuovo segue l'ordine normale. Questo succede solo dopo il terzo livello energetico.
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Usa la tavola periodica come "scorciatoia" visiva. Avrai già notato che la forma della tavola periodica corrisponde all'ordine degli orbitali in una configurazione elettronica. Per esempio, gli atomi della seconda colonna da sinistra finiscono sempre in "s²", quelli più a destra della parte centrale più stretta finiscono sempre in "d¹⁰", e così via. Quindi sfrutta la tavola periodica come una guida per scrivere la configurazione; l'ordine con cui aggiungi gli elettroni agli orbitali corrisponde alla posizione nella tavola. Ecco come:
- Nello specifico, le due colonne più a sinistra rappresentano gli atomi la cui configurazione finisce con un orbitale s, il blocco a destra della tavola rappresenta gli atomi la cui configurazione termina con un orbitale p, mentre la sezione centrale racchiude gli atomi che hanno una configurazione terminante con un orbitale d. La porzione inferiore della tavola periodica contiene atomi con una configurazione che finisce con un orbitale f.
- Per esempio se devi scrivere la configurazione elettronica del cloro, pensa: "questo atomo si trova nella terza riga (o "periodo") della tavola periodica. Si trova anche nella quinta colonna quindi la configurazione finisce con... 3p⁵".
- Attenzione: gli orbitali d ed f degli elementi della tavola periodica hanno livelli energetici diversi rispetto al periodo in cui sono inseriti. Per esempio, la prima riga del blocco con orbitale d corrisponde all'orbitale 3d anche se è all'interno del periodo 4, mentre la prima riga dell'orbitale f corrisponde a 4f anche se si trova nel periodo 6.
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Impara qualche trucco per scrivere le lunghe configurazioni elettroniche. Gli atomi all'estremità destra della tavola periodica si chiamano gas nobili. Si tratta di elementi molto stabili. Per accorciare la scrittura di una lunga configurazione scrivi semplicemente, fra parentesi quadre, il simbolo chimico del gas nobile con meno elettroni rispetto all'elemento che stai prendendo in considerazione, e poi continua a scrivere la configurazione per gli elettroni rimanenti.
- Per comprendere il concetto è utile un esempio. Scriviamo la configurazione elettronica dello zinco (numero atomico 30) usando un gas nobile come scorciatoia. La configurazione completa per lo zinco è: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰. Tuttavia puoi notare che 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ è la configurazione dell'argon, un gas nobile. Quindi puoi sostituire questa parte della configurazione elettronica dello zinco con il simbolo dell'argon racchiuso da parentesi quadre ([Ar]).
- Quindi puoi scrivere che la configurazione elettronica dello zinco è: [Ar]4s² 3d¹⁰.
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Metodo 2

Metodo 2 di 2:

Con la Tavola Periodica ADOMAH

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Per scrivere le configurazioni elettroniche esiste un metodo alternativo che non richiede né memorizzazione, né diagrammi mnemonici. Richiede, però, una tavola periodica modificata. In quella tradizionale, dalla quarta riga, i numeri periodici non corrispondono ai gusci elettronici. Questa tavola speciale è stata sviluppata da Valery Tsimmerman e la puoi trovare sul sito:(www.perfectperiodictable.com/Images/Binder1).
- Nella tavola periodica ADOMAH le righe orizzontali rappresentano i gruppi di elementi, quali alogeni, gas inerti, metalli alcalini, terre alcaline, ecc. Le colonne verticali corrispondono ai gusci elettronici e le cosiddette "cascate" corrispondono ai periodi (dove delle linee diagonali uniscono i blocchi s,p,d e f).
- L'elio si trova vicino all'idrogeno, poiché sono entrambi caratterizzati da elettroni localizzati nello stesso orbitale. I blocchi dei periodi (s,p,d e f) appaiono sulla destra, mentre i numeri dei gusci si trovano in basso. Gli elementi sono rappresentati in rettangoli numerati da 1 a 120. Questi sono chiamati numeri atomici e rappresentano anche il numero totale di elettroni in un atomo neutro.
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Stampa una copia della tavola periodica ADOMAH. Per scrivere la configurazione elettronica di un elemento, cerca il suo simbolo nella tavola ADOMAH, e cancella tutti gli elementi che hanno un numero atomico più alto. Per esempio, se devi scrivere la configurazione elettronica dell'erbio (68), cancella gli elementi partendo dal 69 fino al 120.
- Considera i numeri dall'1 all'8 alla base della tavola. Questi sono i numeri dei gusci elettronici, o i numeri delle colonne. Non considerare le colonne in cui tutti gli elementi sono cancellati. Quelle che rimangono per l'erbio sono 1,2,3,4,5 e 6.
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Guarda i simboli dei blocchi sulla destra della tavola (s,p,d,f) e i numeri delle colonne in basso; non considerare le linee diagonali fra i vari blocchi, separa le colonne in coppie colonna-blocco e ordinale dal basso verso l'alto. Ancora una volta, non considerare i blocchi dove gli elementi sono tutti cancellati. Scrivi le coppie colonna-blocco partendo dal numero delle colonne seguito dal simbolo del blocco, come indicato qui: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (nel caso dell'erbio).
- Nota: la configurazione elettronica dell'Er riportata sopra è scritta in ordine ascendente rispetto al numero dei gusci. Si potrebbe anche scrivere secondo l'ordine di riempimento degli orbitali. Semplicemente, devi seguire le cascate dall'alto verso il basso invece delle colonne quando scrivi le coppie colonna-blocco: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹².
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Conta gli elementi che non sono cancellati in ogni blocco-colonna e scrivi questo numero vicino al simbolo del blocco, come qui sotto: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹² 5s² 5p⁶ 6s². Questa è la configurazione elettronica dell'erbio.
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Esistono diciotto eccezioni comuni alle configurazioni elettroniche degli atomi nel livello energetico più basso, anche definito stato base. Si discostano dalla regola generale solo nella penultima e terzultima posizione degli elettroni. Eccole qui:
- Cr(..., 3d5, 4s1); Cu(..., 3d10, 4s1); Nb(..., 4d4, 5s1); Mo(..., 4d5, 5s1); Ru(..., 4d7, 5s1); Rh(..., 4d8, 5s1); Pd(..., 4d10, 5s0); Ag(..., 4d10, 5s1); La(..., 5d1, 6s2); Ce(..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd(..., 4f7, 5d1, 6s2); Au(..., 5d10, 6s1); Ac(..., 6d1, 7s2); Th(..., 6d2, 7s2); Pa(..., 5f2, 6d1, 7s2); U(..., 5f3, 6d1, 7s2); Np(..., 5f4, 6d1, 7s2) e Cm(..., 5f7, 6d1, 7s2).
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Consigli

Per trovare il numero atomico di un elemento, data la configurazione elettronica, somma fra loro tutti i numeri che seguono le lettere (s, p, d, ed f). Questo funziona solo se l'atomo è neutro; se hai a che fare con uno ione devi aggiungere o sottrarre tanti elettroni in base alla carica.
I numeri che seguono le lettere sono degli apici, quindi non fare confusione nelle verifiche.
Non esiste una cosa del tipo "la stabilità di un sottolivello riempito per metà". È una semplificazione eccessiva. Ogni stabilità che si riferisce a un livello "completato per metà" è dovuta al fatto che ciascun orbitale è occupato da un singolo elettrone e che la repulsione elettrone-elettrone è minima.
Quando devi lavorare con uno ione, significa che il numero di protoni non è pari a quello degli elettroni. La carica si esprime, di solito, in alto a destra del simbolo chimico. Quindi un atomo di antimonio con una carica +2 ha una configurazione elettronica: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹. Nota che 5p³ è cambiata in 5p¹. Stai molto attento quando la configurazione di un atomo neutro termina con qualcosa di diverso rispetto a un orbitale s e p. Quando togli degli elettroni, non puoi farlo dagli orbitali di valenza (come s e p). Quindi, se la configurazione termina con 4s² 3d⁷, e l'atomo ha una carica +2, allora la configurazione cambia in 4s⁰ 3d⁷. Nota che 3d⁷ non cambia; mentre gli elettroni dell'orbitale s vanno perduti.
Ogni atomo tende alla stabilità, e le configurazioni più stabili hanno gli orbitali s e p completi (s2 e p6). I gas nobili hanno questa configurazione e sono al lato destro della tavola periodica. Quindi, se la configurazione termina con 3p⁴, servono solo altri due elettroni per diventare stabili (perderne sei richiede troppa energia). E se la configurazione termina con 4d³, basta perdere tre elettroni per raggiungere la stabilità. Ancora, i gusci completi a metà (s1, p3, d5..) sono più stabili rispetto, per esempio, a p4 o p2; tuttavia, s2 e p6 saranno ancora più stabili.
Ci sono due diverse maniere di scrivere la configurazione elettronica: in ordine ascendente di gusci elettronici o secondo l'ordine di orbitali, come scritto prima per l'erbio.
Ci sono delle circostanze in cui un elettrone deve essere "promosso". Quando in un orbitale manca solo un elettrone per essere completo, togli un elettrone dall'orbitale s o p più vicino e spostalo nell'orbitale che deve essere completato.
Puoi anche scrivere la configurazione elettronica di un elemento semplicemente scrivendo la configurazione di valenza, cioè degli ultimi orbitali s e p. Quindi la configurazione di valenza di un atomo di antimonio è 5s² 5p³.
La stessa cosa non vale per gli ioni. Qui la questione si fa un po' più difficile. Il numero di elettroni e il punto in cui hai iniziato a saltare i livelli, determineranno la compilazione della configurazione elettronica.