COSA SONO I SOTTOLIVELLI ENERGETICI E COME SONO RAPPRESENTATI? - SCIENZA - 2026

I sottolivelli di energia nell'atomo sono il modo in cui gli elettroni sono organizzati nei gusci elettronici, la loro distribuzione nella molecola o nell'atomo. Questi sottolivelli di energia sono chiamati orbitali.

L'organizzazione degli elettroni in sottolivelli è ciò che consente le combinazioni chimiche di diversi atomi e definisce anche la loro posizione all'interno della tavola periodica degli elementi.

Gli elettroni sono disposti nei gusci elettronici dell'atomo in un certo modo da una combinazione di stati quantistici. Nel momento in cui uno di questi stati è occupato da un elettrone, gli altri elettroni devono trovarsi in uno stato diverso.

introduzione

Ogni elemento chimico nella tavola periodica è costituito da atomi, che a loro volta sono costituiti da neutroni, protoni ed elettroni. Gli elettroni sono particelle caricate negativamente che si trovano intorno al nucleo di qualsiasi atomo, distribuite negli orbitali degli elettroni.

Gli orbitali elettronici sono il volume dello spazio in cui un elettrone ha una probabilità del 95% di incontrarsi. Esistono diversi tipi di orbitali, con forme diverse. Un massimo di due elettroni possono essere localizzati in ciascun orbitale. Il primo orbitale di un atomo è dove c'è la maggiore probabilità di trovare elettroni.

Gli orbitali sono designati dalle lettere s, p, d e f, cioè Sharp, Principle, Diffuse e Fundamental, e si combinano quando gli atomi si uniscono per formare una molecola più grande. In ogni guscio dell'atomo ci sono queste combinazioni di orbitali.

Ad esempio, nello strato 1 dell'atomo ci sono gli orbitali S, nello strato 2 ci sono gli orbitali S e P, nello strato 3 dell'atomo ci sono gli orbitali S, P e D e infine nello strato 4 dell'atomo ci sono tutti gli orbitali Orbitali S, P, D e F.

Anche negli orbitali troviamo diversi sottolivelli, che a loro volta possono immagazzinare più elettroni. Gli orbitali a diversi livelli di energia sono simili tra loro, ma occupano aree diverse nello spazio.

Il primo orbitale e il secondo orbitale hanno le stesse caratteristiche di un orbitale S, hanno nodi radiali, hanno una maggiore probabilità di volume sferico e possono contenere solo due elettroni. Tuttavia, si trovano a diversi livelli di energia e quindi occupano diversi spazi attorno al nucleo.

Posizione sulla tavola periodica degli elementi

Ciascuna delle configurazioni elettroniche degli elementi è unica, ecco perché determinano la loro posizione nella tavola periodica degli elementi. Questa posizione è definita dal periodo di ogni elemento e il suo numero atomico dal numero di elettroni che ha l'atomo dell'elemento.

Pertanto, l'utilizzo della tavola periodica per determinare la configurazione degli elettroni negli atomi è fondamentale. Gli elementi sono suddivisi in gruppi in base alle loro configurazioni elettroniche come segue:

Ogni orbitale è rappresentato in blocchi specifici all'interno della tavola periodica degli elementi. Ad esempio, il blocco degli orbitali S è la regione dei metalli alcalini, il primo gruppo della tabella e dove si trovano sei elementi Litio (Li), Rubidio (Rb), Potassio (K), Sodio (Na), Francium ( Fr) e Cesio (Cs) e anche idrogeno (H), che non è un metallo, ma un gas.

Questo gruppo di elementi ha un elettrone, che spesso viene perso facilmente per formare uno ione caricato positivamente. Sono i metalli più attivi e i più reattivi.

L'idrogeno, in questo caso, è un gas, ma rientra nel gruppo 1 della tavola periodica degli elementi poiché ha anche un solo elettrone. L'idrogeno può formare ioni con una singola carica positiva, ma estrarre il suo singolo elettrone richiede molta più energia che rimuovere gli elettroni dagli altri metalli alcalini. Quando si formano composti, l'idrogeno di solito genera legami covalenti.

Tuttavia, a pressioni estremamente elevate, l'idrogeno diventa metallico e si comporta come il resto degli elementi nel suo gruppo. Ciò si verifica, ad esempio, all'interno del nucleo del pianeta Giove.

Il gruppo 2 corrisponde ai metalli alcalino terrosi, poiché i loro ossidi hanno proprietà alcaline. Tra gli elementi di questo gruppo troviamo il Magnesio (Mg) e il Calcio (Ca). Anche i suoi orbitali appartengono al livello S.

I metalli di transizione, che corrispondono ai gruppi da 3 a 12 nella tavola periodica, hanno orbitali di tipo D.

Gli elementi che vanno dal gruppo 13 al 18 nella tabella corrispondono agli orbitali P. E infine gli elementi noti come lantanidi e attinidi hanno orbitali denominati F.

Posizione degli elettroni negli orbitali

Gli elettroni si trovano negli orbitali dell'atomo come un modo per diminuire l'energia. Pertanto, se cercano di aumentare l'energia, gli elettroni riempiranno i principali livelli orbitali, allontanandosi dal nucleo dell'atomo.

Si deve considerare che gli elettroni hanno una proprietà intrinseca nota come spin. Questo è un concetto quantistico che determina, tra le altre cose, lo spin dell'elettrone all'interno dell'orbitale. Ciò che è essenziale per determinare la tua posizione nei sottolivelli energetici.

Le regole che determinano la posizione degli elettroni negli orbitali dell'atomo sono le seguenti:

• Principio di Aufbau: gli elettroni entrano per primi negli orbitali a più bassa energia. Questo principio si basa su diagrammi dei livelli di energia di alcuni atomi.

• Principio di esclusione di Pauli: un orbitale atomico può descrivere almeno due elettroni. Ciò significa che solo due elettroni con spin dell'elettrone diverso possono occupare un orbitale atomico.

Ciò implica che un orbitale atomico è uno stato energetico.

• Regola di Hund: quando gli elettroni occupano orbitali della stessa energia, gli elettroni entreranno per primi negli orbitali vuoti. Ciò significa che gli elettroni preferiscono spin paralleli in orbite separate dei sottolivelli di energia.

Gli elettroni riempiranno tutti gli orbitali nei sottolivelli prima di incontrare spin opposti.

Configurazioni elettroniche speciali

Ci sono anche atomi con casi speciali di sottolivelli di energia. Quando due elettroni occupano lo stesso orbitale, non solo devono avere spin diversi (come indicato dal principio di esclusione di Pauli), ma l'accoppiamento degli elettroni aumenta leggermente l'energia.

Nel caso dei sottolivelli di energia, un sottolivello pieno per metà e uno pieno pieno riducono l'energia dell'atomo. Questo porta l'atomo ad avere una maggiore stabilità.

Riferimenti

1. Configurazione elettronica. Recuperato da Wikipedia.com.
2. Introduzione alle configurazioni elettroniche. Recupero da chem.libretexts.org.
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