Cos'è la configurazione elettronica?

La configurazione elettronica di solito si riferisce alla disposizione degli elettroni attorno al nucleo di un atomo nel suo stato fondamentale, lo stato in cui tutti gli elettroni dell'atomo esistono al livello di energia più basso possibile. I diversi livelli di energia occupati dagli elettroni vengono spesso definiti gusci che circondano il nucleo dell'atomo. Ogni shell è designata da un numero intero, che inizia con 1. Maggiore è il numero della shell, maggiore è la sua distanza dal nucleo dell'atomo. Gli elettroni in ogni shell esistono in regioni chiamate orbitali o subshells che sono designati s, p, d e f.

Ogni shell di elettroni può essere occupata da non più di 2n ² elettroni, in cui "n" sta per il numero di shell. Il primo guscio, che è il più vicino al nucleo, conterrà quindi solo due elettroni, il secondo otto, il terzo 18 e così via. All'interno di un guscio, ogni orbitale può essere occupato da non più di due elettroni.

Ogni shell contiene lo stesso tipo di orbitali trovati nella shell precedente e anche un nuovo tipo di orbitale. Il primo guscio contiene solo un orbitale s, ma il secondo guscio contiene un orbitale s e tre orbitali p; ciascuno di questi orbitali p può contenere due elettroni, quindi gli orbitali p combinati all'interno di un guscio possono contenere fino a sei elettroni. Il terzo guscio ha un orbitale s, tre orbitali p e cinque orbitali d. I sette orbitali si verificano per primi nel quarto guscio, che contiene anche un orbitale s, tre orbitali p e cinque orbitali d. Esistono orbitali al di là degli orbitali ma raramente vengono discussi.

Una tabella di configurazione elettronica mostra l'ordine in cui gli orbitali all'interno delle shell sono riempiti. Ad esempio, la configurazione elettronica dell'elemento sodio è 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ¹ , il che significa che gli 11 elettroni di sodio si trovano nel primo, secondo e terzo guscio di elettroni. Gli orbitali s del primo e del secondo guscio contengono ciascuno due elettroni e il p orbitale del secondo ha sei elettroni. L'orbitale del terzo guscio contiene un solo elettrone; i suoi tre orbitali p e cinque orbitali d non sono occupati.

Quando si scrive la notazione di configurazione elettronica, l'apice sulla lettera che indica un tipo di orbitale non può mai essere superiore al numero massimo di elettroni che possono occupare quel tipo di orbitale. I apici per s, p, d e f non saranno mai superiori a 2, 6, 10 e 14, rispettivamente.

Gusci e orbitali di energia inferiore vengono riempiti prima di quelli con un livello di energia più elevato. Ciò non significa, tuttavia, che un guscio sarà completamente riempito prima che gli elettroni inizino ad occupare il guscio successivo. Un grafico di configurazione mostra che l'orbitale 4s sarà occupato prima degli orbitali 3d. Ciò accade perché all'aumentare del numero di elettroni, gli elettroni interagiscono tra loro e creano condizioni in cui l'orbitale superiore è lo stato di energia più basso da occupare per l'elettrone successivo.

Comprendere la configurazione elettronica è particolarmente importante per lo studio della chimica. Questo perché le reazioni chimiche si verificano generalmente negli elettroni di valenza o del guscio esterno. La configurazione elettronica del guscio di valenza fornisce informazioni importanti su come ciascun elemento reagisce con gli altri.