Diagrammi atomici che mostrano la configurazione elettronica stratificata degli elementi

I diagrammi atomici consistono in una rappresentazione semplificata della configurazione elettronica di un atomo per strati o livelli di energia. Sono un modo molto semplice per vedere il guscio di valenza di un elemento così come il numero di elettroni presenti nei gusci interni, utile per prevedere le proprietà fisiche e chimiche di un elemento.

Come sono costruiti i diagrammi atomici?

La costruzione dei diagrammi atomici si basa sulla configurazione elettronica dell’elemento. È un processo relativamente semplice che viene eseguito allo stesso modo per ogni atomo della tavola periodica. Il processo è il seguente:

Passaggio n. 1: scrivere la configurazione elettronica dell’elemento

La configurazione elettronica si ottiene utilizzando la regola della pioggia e il numero totale di elettroni dell’atomo in questione. Se è un atomo neutro, il numero di elettroni corrisponde al numero atomico dell’elemento. Se invece è uno ione, il numero di elettroni si calcola come numero atomico meno la carica elettrica dello ione (compreso il segno se è negativo). Cioè, viene utilizzata la seguente formula:

Una volta ottenuto il numero di elettroni, questi vengono distribuiti tra i diversi sottolivelli dell’atomo, riempiendo prima quelli con l’energia più bassa fino a riempirli completamente prima di passare all’orbitale o sottolivello successivo. L’ordine di riempimento è determinato dalla regola di Madelung, detta anche regola della pioggia, ed è schematizzato nella figura seguente:

Cioè, il riempimento è fatto secondo la somma di n+l, invece di considerare solo n. L’elenco di tutte le subshell con il numero massimo di elettroni che possono stare in ognuna, seguendo questa regola di riempimento, è:

Ci sono più sottolivelli, ma nessun elemento nella tavola periodica riesce a localizzarvi gli elettroni.

Passaggio n. 2: Raggruppa gli orbitali in ordine crescente di livello di energia

Il riempimento degli orbitali secondo il metodo della pioggia non sempre produce la configurazione elettronica ordinata per livello di energia principale. Per questo motivo, dopo aver compilato le subshell, devono essere raggruppate in base al loro valore numerico quantico non principale.

Passaggio 3: sommare gli elettroni in ciascun livello di energia per ottenere la configurazione del guscio elettronico

Una volta ottenuta la configurazione elettronica finale, sommiamo il numero di elettroni in tutti gli orbitali presenti in ogni livello. In questo modo si ottiene quella che è nota come configurazione elettronica per livelli o per strati. Ogni livello energetico principale (cioè ogni valore di n) è identificato con una lettera maiuscola dell’alfabeto, che inizia con la lettera K, come indicato nella seguente tabella:

Il numero massimo di elettroni è posto come riferimento per verificare che non ci sia stato errore nel conteggio o nella distribuzione degli elettroni. Un atomo può avere meno del massimo nei suoi ultimi gusci elettronici, ma non può mai avere più di quel numero.

Step #4: Crea un diagramma con tanti cerchi concentrici quanti sono i periodi in cui si trova l’elemento

Avendo la configurazione a strati siamo pronti per costruire il diagramma atomico. Basta disegnare una serie di cerchi concentrici attorno al nucleo atomico. Deve essere disegnato un cerchio per ogni guscio che contiene elettroni. Quindi, se la configurazione del guscio di un atomo è K ²   L ⁵ , allora devono essere disegnati due cerchi, uno per il guscio K (n=1) e uno per il guscio L (n=2). Il numero di strati elettronici di un elemento coincide con il periodo in cui si trova nella tavola periodica.

Step #5: Partendo dalla circonferenza più piccola (n=1), distribuisci gli elettroni in ogni livello di energia finché non sono tutti esauriti

Infine, su ognuna di queste circonferenze viene disegnato un piccolo cerchio per ogni elettrone che contiene il rispettivo guscio. Nell’esempio precedente, (K ²   L ⁵ ) dobbiamo posizionare due elettroni nel primo cerchio e 5 nel secondo. Dovrebbe essere fatto ogni sforzo per distribuire gli elettroni nel modo più uniforme possibile.

Esempi di costruzione di diagrammi atomici degli elementi

Idrogeno (H, Z=1)

Numero di elettroni: 1

Configurazione elettronica (metodo rain): 1s ¹

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica stratificata: K ¹

Numero di livelli occupati: 1

Diagramma atomico dell’idrogeno:

Ossigeno (O, Z=8)

Numero di elettroni: 8

Configurazione elettronica (metodo della pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁶

Numero di strati occupati: 2 (due cerchi concentrici)

Diagramma atomico dell’ossigeno:

Sodio (Na, Z=11)

Numero di elettroni: 11

Configurazione elettronica (metodo della pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ¹

Numero di strati occupati: 3 (tre cerchi concentrici)

Diagramma atomico del sodio:

Alluminio (Al, Z=13)

Numero di elettroni: 13

Configurazione elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ³

Numero di strati occupati: 3 (tre cerchi concentrici)

Diagramma atomico dell’alluminio:

Fosforo (P, Z=15)

Numero di elettroni: 15

Configurazione elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ⁵

Numero di strati occupati: 3 (tre cerchi concentrici)

Diagramma atomico del fosforo:

Calcio (Ca, Z=20)

Numero di elettroni: 20

Configurazione elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica stratificata: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Numero di strati occupati: 4 (quattro cerchi concentrici)

Diagramma atomico del calcio:

Zinco (Zn, Z=30)

Numero di elettroni: 30

Configurazione elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica stratificata: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Numero di strati occupati: 4 (quattro cerchi concentrici)

Diagramma atomico dello zinco:

Germanio (Ge, Z=32)

Numero di elettroni: 32

Configurazione elettronica (metodo della pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Numero di strati occupati: 4 (quattro cerchi concentrici)

Diagramma atomico del germanio:

Bromo (Br, Z=35)

Numero di elettroni: 35

Configurazione elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Numero di strati occupati: 4 (quattro cerchi concentrici)

Diagramma atomico del bromo:

Xeno (Xe, Z=54)

Numero di elettroni: 54

^{Configurazione} elettronica (metodo a pioggia): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Numero totale di elettroni per shell:

Configurazione elettronica per strati: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Numero di strati occupati: 5 (cinque cerchi concentrici)

Diagramma atomico allo xeno:

Riferimenti

Chang, R. e Goldsby, K. (2013). Chimica (11a ed.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Miguel, J. (2020, 14 luglio). Rappresentazione dell’atomo dal numero atomico e dal numero di massa mediante il modello planetario . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Montagud Rubio, N. (2022, 15 febbraio). Diagramma di Moeller: cos’è, come viene utilizzato in Chimica ed esempi . Psicologia e mente. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Prototipi, CL (nd). Parti di un’attività del diagramma atomico . Storyboard che. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo