Calcolatore di Configurazione Elettronica | Tutti gli Elementi 1-118

Che cos'è un calcolatore della configurazione elettronica?

Un calcolatore della configurazione elettronica determina come sono disposti gli elettroni di un atomo nei suoi orbitali. Un orbitale è una regione attorno al nucleo in cui è probabile trovare un elettrone. Inserisci un numero atomico da 1 a 118 e scegli una notazione. Il calcolatore restituisce la configurazione elettronica nella notazione completa oppure nella notazione con gas nobile (abbreviata), insieme al nome dell'elemento, al suo simbolo e a un diagramma che mostra come si riempiono gli orbitali.

Che cos'è la configurazione elettronica?

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

Tre regole stabiliscono come gli elettroni riempiono questi sottolivelli:

• Principio di Aufbau: gli elettroni riempiono prima i sottolivelli a energia più bassa, prima di passare a quelli a energia più alta.
• Principio di esclusione di Pauli: ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni, che devono avere spin opposti.
• Regola di Hund: quando diversi orbitali di un sottolivello hanno la stessa energia, come i tre orbitali p, gli elettroni occupano prima ciascun orbitale singolarmente, prima che un orbitale riceva un secondo elettrone.

L'ordine di riempimento dei sottolivelli, 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

Si noti che 4s si riempie prima di 3d, anche se "3" è minore di "4". Questa è una delle parti meno intuitive dello schema e spiega perché a determinare la sequenza sia l'ordine riportato sopra, non la semplice numerazione dei livelli.

Formula della configurazione elettronica: come calcolarla

Per costruire una configurazione a mano, segui l'ordine di riempimento riportato sopra e inserisci gli elettroni in ogni sottolivello fino a esaurirli. Ogni tipo di sottolivello può contenere un numero massimo fisso di elettroni:

Procedura:

1. Individua il numero atomico dell'elemento. In un atomo neutro, questo corrisponde al numero di elettroni.
2. Segui l'ordine di riempimento (1s, 2s, 2p, 3s, ...) e riempi ogni sottolivello fino alla sua capacità massima prima di passare al successivo.
3. Fermati quando ogni elettrone è stato collocato. L'ultimo sottolivello può essere riempito solo in parte.

Esempio svolto: sodio (Na, numero atomico 11)

Il sodio ha 11 elettroni. Seguendo l'ordine di riempimento: 1s contiene 2 elettroni, 2s ne contiene 2, 2p ne contiene 6 (totale parziale: 10); rimane 1 elettrone per 3s.

Notazione completa: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Notazione con gas nobile

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

I primi dieci elettroni del sodio, 1s² 2s² 2p⁶, corrispondono esattamente alla configurazione completa del neon. Pertanto il sodio può essere scritto così:

[Ne] 3s¹

Questa forma abbreviata è comune per gli atomi più grandi, per i quali la notazione completa arriverebbe a contenere una dozzina o più di termini.

Altri esempi svolti

Eccezioni al principio di Aufbau

Alcuni elementi non seguono esattamente l'ordine di riempimento. Un sottolivello riempito esattamente a metà o completamente è leggermente più stabile rispetto alla disposizione prevista dal principio di Aufbau. Nella maggior parte dei casi, un elettrone si sposta dal sottolivello s più esterno al sottolivello d sottostante. In alcuni elementi, come il lantanio e l'attinio, un elettrone passa al sottolivello d invece di iniziare a riempire il sottolivello f.

Il calcolatore memorizza la configurazione misurata dello stato fondamentale per 20 elementi di questo tipo e la utilizza al posto della previsione di Aufbau. Si tratta di cromo (24), rame (29), niobio (41), molibdeno (42), rutenio (44), rodio (45), palladio (46), argento (47), lantanio (57), cerio (58), gadolinio (64), platino (78), oro (79), attinio (89), torio (90), protoattinio (91), uranio (92), nettunio (93), curio (96) e laurenzio (103). Tutti gli altri elementi da 1 a 118 seguono il semplice ordine di riempimento.

Come usare il calcolatore della configurazione elettronica

1. Inserisci un numero atomico compreso tra 1 e 118.
2. Scegli la notazione con gas nobile oppure 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 degli elettroni più esterni, detti elettroni di valenza, determina in larga misura il modo in cui esso forma legami con altri atomi. Gli elementi nella stessa colonna della tavola periodica hanno una configurazione di valenza simile e per questo presentano un comportamento chimico analogo. 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, nella quale quattro numeri (n, l, mₗ, mₛ) descrivono rispettivamente il livello energetico dell'elettrone, la forma del sottolivello, l'orientamento dell'orbitale e lo spin.

Domande frequenti

Che cos'è la configurazione elettronica?
La configurazione elettronica è la disposizione degli elettroni nei 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?
Si elencano, nell'ordine di riempimento, tutti i sottolivelli occupati, con un numero in apice che indica la quantità di elettroni. Il carbonio (numero atomico 6) si scrive 1s² 2s² 2p².

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

Perché cromo e rame non seguono il normale schema di riempimento?
Un sottolivello d riempito a metà o completamente è più stabile rispetto alla configurazione prevista dall'ordine di Aufbau, quindi un elettrone 4s si sposta nel sottolivello 3d. Il cromo assume la configurazione [Ar] 4s¹ 3d⁵ e il rame [Ar] 4s¹ 3d¹⁰. Il palladio si spinge oltre e svuota completamente il sottolivello 5s, assumendo la configurazione [Kr] 4d¹⁰.

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

Qual è il rapporto tra gli elettroni di valenza e la tavola periodica?
Gli elettroni di valenza sono quelli presenti nel guscio più esterno. Per gli elementi dei gruppi principali, il numero di elettroni di valenza generalmente corrisponde al numero del gruppo dell'elemento; per questo gli elementi dello stesso gruppo reagiscono in modi simili.