REGOLA DELLE DIAGONALI: A COSA SERVE ED ESEMPI - CHIMICA - 2025

La regola delle diagonali è un principio di costruzione che permette di descrivere la configurazione elettronica di un atomo o ione, in base all'energia di ogni orbitale o livello di energia. In questo senso, la distribuzione elettronica di ogni atomo è unica ed è data dai numeri quantici.

Questi numeri definiscono lo spazio in cui è più probabile che si trovino gli elettroni (chiamati orbitali atomici) e li descrivono anche. Ogni numero quantico è correlato a una proprietà degli orbitali atomici, che aiuta a comprendere le caratteristiche dei sistemi atomici dalla disposizione dei loro elettroni all'interno dell'atomo e nelle loro energie.

Allo stesso modo, la regola delle diagonali (nota anche come regola di Madelung) si basa su altri principi che obbediscono alla natura degli elettroni, al fine di descrivere correttamente il comportamento di questi all'interno delle specie chimiche.

Cosa serve?

Questa procedura si basa sul principio di Aufbau, che afferma che nel processo di integrazione dei protoni al nucleo (uno per uno), quando si sono costituiti gli elementi chimici, gli elettroni vengono aggiunti anche agli orbitali atomici.

Ciò significa che, quando un atomo o ione è nel suo stato fondamentale, gli elettroni occupano gli spazi disponibili degli orbitali atomici in base al loro livello di energia.

Occupando gli orbitali, gli elettroni si trovano prima nei livelli che hanno l'energia più bassa e non sono occupati, e poi si trovano in quelli con l'energia più alta.

Configurazioni elettroniche di specie chimiche

Allo stesso modo, questa regola viene utilizzata per ottenere una comprensione abbastanza accurata delle configurazioni elettroniche delle specie chimiche elementari; cioè gli elementi chimici quando sono nel loro stato fondamentale.

Pertanto, acquisendo una comprensione delle configurazioni che gli elettroni presentano negli atomi, è possibile comprendere le proprietà degli elementi chimici.

L'acquisizione di questa conoscenza è essenziale per la deduzione o la previsione di queste proprietà. Allo stesso modo, le informazioni fornite da questa procedura aiutano a spiegare perché la tavola periodica concorda così bene con le indagini sugli elementi.

Qual è la regola delle diagonali?

Sebbene questa regola si applichi solo agli atomi nel loro stato fondamentale, funziona abbastanza bene per gli elementi della tavola periodica.

Viene rispettato il principio di esclusione di Pauli, che afferma che due elettroni appartenenti allo stesso atomo non sono in grado di possedere i quattro numeri quantici uguali. Questi quattro numeri quantici descrivono ciascuno degli elettroni trovati nell'atomo.

Pertanto, il numero quantico principale (n) definisce il livello di energia (o guscio) in cui si trova l'elettrone studiato e il numero quantico azimutale (ℓ) è correlato al momento angolare e dettaglia la forma dell'orbitale.

Allo stesso modo, il numero quantico magnetico (m _ℓ ) esprime l'orientamento che questo orbitale ha nello spazio e il numero quantico di spin (m _s ) descrive la direzione di rotazione che l'elettrone presenta attorno al proprio asse.

Inoltre, la regola di Hund esprime che la configurazione elettronica che mostra la massima stabilità in un sottolivello è considerata quella che ha più spin in posizioni parallele.

Obbedendo a questi principi è stato determinato che la distribuzione degli elettroni è conforme al diagramma mostrato di seguito:

In questa immagine i valori di n corrispondono a 1, 2, 3, 4…, a seconda del livello di energia; ei valori di ℓ sono rappresentati da 0, 1, 2, 3…, che sono equivalenti rispettivamente a come, p, d ed f. Quindi lo stato degli elettroni negli orbitali dipende da questi numeri quantici.

Esempi

Tenendo conto della descrizione di questa procedura, di seguito vengono forniti alcuni esempi per la sua applicazione.

In primo luogo, per ottenere la distribuzione elettronica del potassio (K), occorre conoscerne il numero atomico, che è 19; cioè, l'atomo di potassio ha 19 protoni nel suo nucleo e 19 elettroni. Secondo lo schema, la sua configurazione è data come 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ .

Le configurazioni degli atomi polielettronici (che hanno più di un elettrone nella loro struttura) sono espresse anche come la configurazione del gas nobile prima dell'atomo più gli elettroni che lo seguono.

Ad esempio, nel caso del potassio è anche espresso come 4s ¹ , perché il gas nobile prima del potassio nella tavola periodica è l'argon.

Un altro esempio, ma in questo caso si tratta di un metallo di transizione, è quello del mercurio (Hg) che ha 80 elettroni e 80 protoni nel suo nucleo (Z = 80). Secondo lo schema di costruzione, la sua configurazione elettronica completa è:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ .

Come per il potassio, la configurazione del mercurio può essere espressa come 4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² , perché il gas nobile che lo precede nella tavola periodica è lo xeno.

Eccezioni

La regola delle diagonali è pensata per essere applicata solo agli atomi che si trovano in uno stato fondamentale e con carica elettrica pari a zero; cioè è molto ben accoppiato agli elementi della tavola periodica.

Tuttavia, ci sono alcune eccezioni per le quali ci sono deviazioni significative tra la distribuzione elettronica presunta ei risultati sperimentali.

Questa regola si basa sulla distribuzione degli elettroni quando si trovano nei sottolivelli, obbedendo alla regola n + ℓ, che implica che gli orbitali che hanno una piccola grandezza di n + lle siano riempiti prima di quelli che mostrano una grandezza maggiore di questo parametro.

Come eccezioni, vengono presentati gli elementi palladio, cromo e rame, di cui sono previste configurazioni elettroniche che non concordano con quanto osservato.

Secondo questa regola, il palladio deve avere una distribuzione elettronica uguale a 5s ² 4d ⁸ , ma gli esperimenti ne hanno prodotta una uguale a 4d ¹⁰ , il che indica che la configurazione più stabile di questo atomo si ha quando la subshell 4d è piena; cioè, in questo caso ha un'energia inferiore.

Allo stesso modo, l'atomo di cromo dovrebbe avere la seguente distribuzione elettronica: 4s ² 3d ⁴ . Tuttavia, sperimentalmente si è ottenuto che questo atomo acquisisca la configurazione 4s ¹ 3d ⁵ , il che implica che lo stato di energia inferiore (più stabile) si verifica quando entrambe le subshell sono parzialmente riempite.

Riferimenti

1. Wikipedia. (Sf). Principio di Aufbau. Estratto da en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimica, nona edizione. Messico: McGraw-Hill.
3. ThoughtCo. (Sf). Definizione della regola di Madelung. Estratto da thoughtco.com
4. LibreTexts. (Sf). Principio di Aufbau. Recupero da chem.libretexts.org
5. Reger, DL, Goode, SR e Ball, DW (2009). Chimica: principi e pratica. Ottenuto da books.google.co.ve