Calcolatore di Configurazione Elettronica | Tutti gli Elementi 1-118

Che cos'è un calcolatore di configurazione elettronica?

Un calcolatore di configurazione elettronica trova come sono disposti gli elettroni di un atomo tra i suoi orbitali. Un orbitale è una regione intorno al nucleo in cui è probabile trovare un elettrone. Inserisci un numero atomico da 1 a 118 e il calcolatore restituisce la configurazione elettronica in notazione completa e in notazione del gas nobile (abbreviata), insieme a un diagramma del riempimento degli orbitali.

Che cos'è la configurazione elettronica?

La configurazione elettronica è un breve codice che mostra quanti elettroni si trovano in ciascun sottolivello di un atomo. Si scrive come una serie di etichette come 1s, 2s e 2p, ciascuna seguita da un piccolo numero in apice. L'etichetta indica il livello energetico e la forma del sottolivello. L'apice conta gli elettroni che contiene. Per esempio, la configurazione del carbonio è 1s² 2s² 2p², cioè due elettroni nel sottolivello 1s, due nel 2s e due nel 2p.

Tre regole governano il modo in cui gli elettroni riempiono questi sottolivelli:

• Principio di Aufbau: gli elettroni riempiono prima i sottolivelli a energia più bassa, poi passano a quelli più alti.
• Principio di esclusione di Pauli: ogni orbitale contiene al massimo due elettroni, che devono avere spin opposti.
• Regola di Hund: quando più orbitali di un sottolivello hanno la stessa energia, come i tre orbitali p, gli elettroni occupano prima ciascun orbitale singolarmente, e solo dopo un orbitale riceve un secondo elettrone.

L'ordine in cui i sottolivelli si riempiono, dall'energia più bassa a quella più alta, è:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
2

Nota che 4s si riempie prima di 3d, anche se il «3» è minore del «4». È uno degli aspetti più delicati dello schema, ed è per questo che a stabilire la sequenza è l'ordine indicato sopra e non i semplici numeri dei gusci.

Formula della configurazione elettronica: come calcolarla

Per costruire una configurazione a mano, segui l'ordine di riempimento indicato sopra e inserisci gli elettroni in ciascun sottolivello finché non finiscono. Ogni tipo di sottolivello contiene un numero massimo fisso di elettroni:

Passaggi:

1. Trova il numero atomico dell'elemento. Corrisponde al numero di elettroni di un atomo neutro.
2. Segui l'ordine di riempimento (1s, 2s, 2p, 3s, ...) e riempi ogni sottolivello fino al massimo prima di passare al successivo.
3. Fermati quando tutti gli elettroni sono stati collocati. L'ultimo sottolivello può essere riempito solo in parte.

Esempio svolto: sodio (Na, numero atomico 11)

Il sodio ha 11 elettroni. Riempiendo in ordine: 1s ne contiene 2, 2s ne contiene 2, 2p ne contiene 6 (totale parziale: 10), lasciando 1 elettrone per 3s.

Notazione completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Notazione del gas nobile

La notazione del gas nobile abbrevia la configurazione sostituendo i gusci interni completi con il simbolo del gas nobile più leggero più vicino, tra parentesi quadre. I sei gas nobili usati come punti di riferimento sono elio (2), neon (10), argon (18), krypton (36), xeno (54) e radon (86).

I primi dieci elettroni del sodio, 1s² 2s² 2p⁶, coincidono esattamente con la configurazione completa del neon. Il sodio si può quindi scrivere così:

[Ne] 3s¹

Questa abbreviazione è comune per gli atomi più grandi, per i quali la notazione completa richiederebbe una dozzina di termini o più.

Altri esempi svolti

Eccezioni al principio di Aufbau

Alcuni elementi non seguono esattamente l'ordine di riempimento. Questo accade perché un sottolivello esattamente semipieno o completamente pieno è leggermente più stabile della disposizione prevista dal principio di Aufbau, quindi un elettrone passa dal sottolivello s al sottolivello d o f vicino.

Altri sedici elementi, soprattutto tra i metalli di transizione, i lantanidi e gli attinidi, presentano irregolarità simili. Esempi sono il palladio ([Kr] 4d¹⁰), il platino ([Xe] 6s¹ 4f¹⁴ 5d⁹) e l'uranio ([Rn] 7s² 5f³ 6d¹). Il calcolatore memorizza la configurazione osservata allo stato fondamentale per tutti e 20 questi elementi, invece di quella che darebbe il semplice ordine di Aufbau.

Come usare il calcolatore di configurazione elettronica

1. Inserisci un numero atomico compreso tra 1 e 118.
2. Scegli la notazione del gas nobile o la notazione completa.
3. Leggi il nome dell'elemento, il simbolo, la configurazione elettronica e il diagramma di riempimento degli orbitali.
4. Copia il risultato con il pulsante di copia.

Perché la configurazione elettronica è importante

La configurazione elettronica di un atomo, in particolare la disposizione dei suoi elettroni più esterni (di valenza), decide in gran parte il modo in cui si lega ad altri atomi. Gli elementi della stessa colonna della tavola periodica hanno una configurazione di valenza simile, ed è per questo che si comportano in modo analogo dal punto di vista chimico. I chimici usano la configurazione elettronica per prevedere gli stati di ossidazione, i tipi di legame e la reattività. I fisici la usano per spiegare gli spettri atomici, cioè i colori specifici della luce che un elemento assorbe o emette. La configurazione elettronica è anche alla base della notazione dei numeri quantici, in cui quattro numeri (n, l, mₗ, mₛ) descrivono il livello energetico, la forma del sottolivello, l'orientamento dell'orbitale e lo spin di un elettrone.

Domande frequenti

Che cos'è la configurazione elettronica? La configurazione elettronica è la disposizione degli elettroni tra i sottolivelli di un atomo, scritta come una sequenza del tipo 1s² 2s² 2p⁶. Segue il principio di Aufbau, il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund.

Come si scrive una configurazione elettronica? Elenca ogni sottolivello occupato in ordine di riempimento, con un apice che indica il numero di elettroni. Il carbonio (numero atomico 6) si scrive 1s² 2s² 2p².

Che cos'è la notazione del gas nobile? È un'abbreviazione che sostituisce gli elettroni corrispondenti alla configurazione completa di un gas nobile con il simbolo di quel gas tra parentesi quadre, seguito dagli elettroni restanti. Il sodio è [Ne] 3s¹ invece di 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹.

Perché il cromo e il rame non seguono il normale schema di riempimento? Un sottolivello d semipieno o completamente pieno è più stabile della configurazione prevista dall'ordine di Aufbau, quindi un elettrone 4s passa nel sottolivello 3d.

Quanti elettroni può contenere un sottolivello? Un sottolivello s contiene fino a 2 elettroni, p fino a 6, d fino a 10 e f fino a 14.

Che relazione c'è tra gli elettroni di valenza e la tavola periodica? Gli elettroni di valenza sono quelli del guscio più esterno. Per gli elementi dei gruppi principali, il numero di elettroni di valenza di solito coincide con il numero del gruppo dell'elemento, ed è per questo che gli elementi dello stesso gruppo reagiscono in modo simile.

Riferimenti

1. National Institute of Standards and Technology. Ground Levels and Ionization Energies for the Neutral Atoms (NIST Standard Reference Database 111). NIST: livelli fondamentali degli atomi neutri — le configurazioni dello stato fondamentale sono abbreviate con i simboli dei gas rari (gas nobili) tra parentesi quadre.
2. National Institute of Standards and Technology. Electronic configurations of the elements. NIST: configurazioni dello stato fondamentale, da H a U — configurazioni osservate, tra cui Na [Ne] 3s¹, Fe [Ar] 3d⁶ 4s², Cr [Ar] 3d⁵ 4s¹, Cu [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, Ag [Kr] 4d¹⁰ 5s¹ e Au [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹.