Cos’è il principio dell’Aufbau?

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Il principio Aufbau, noto anche come “regola della sega”, è un sistema molto utile che ci consente di prevedere la configurazione elettronica di un elemento. La parola Aufbau deriva dal verbo tedesco che significa “costruire” e, infatti, lo scopo di questo principio è quello di “aiutare a costruire l’atomo”.

Questo principio ci insegnerà una serie di istruzioni che hanno a che fare con la posizione degli elettroni negli orbitali di un atomo.

Caratteristiche di questo principio

  • Gli atomi stabili hanno tanti elettroni quanti protoni nel nucleo. Gli elettroni si raccolgono attorno al nucleo in orbitali quantistici seguendo quattro regole di base chiamate principio Aufbau.
  • Due elettroni nell’atomo non condividono gli stessi quattro numeri quantici n, l, m e s.
  • Gli elettroni occuperanno prima gli orbitali del livello di energia più basso.
  • Gli elettroni riempiranno un orbitale con lo stesso numero di spin finché l’orbitale non sarà riempito. Questo accade prima che inizi a riempirsi con il numero di spin opposto.
  • Potremo anche raggiungere i sottogusci, le cui forme dipendono dal numero quantico azimutale e dal numero magnetico m.
  • Due elettroni nell’atomo non condividono gli stessi quattro numeri quantici n, l, m e s.

I 4 numeri quantici

  • Il numero quantico principale (n) descrive la dimensione di un orbitale e ne determina in gran parte l’energia (la distanza media di un elettrone dal nucleo. Può assumere solo valori positivi.
  • Il momento angolare o numero quantico azimutale (l) determina la forma degli orbitali. Ogni numero principale (n) avrà livelli e sottolivelli, tuttavia, ciascuno di questi orbitali manterrà lo stesso numero quantico. I numeri sono assegnati a ciascun valore (l) per evitare confusione.
  • Il numero quantico magnetico (m) descrive la direzione del movimento orbitale dell’elettrone nello spazio e designa il numero di orbitali contenuti in ogni sottolivello.
  • Il numero di spin o spin dell’elettrone (s). I suoi orbitali sono presentati in una forma sferica, questo numero avrà i valori -1/2 e +1/2 che mostrano i possibili spin dell’elettrone sul proprio asse.

Come applicare il principio Aufbau?

principio dell'aubau
  1. Scrivi una colonna di orbitali s da 1 a 8.
  2. Scrivi una seconda colonna per gli orbitali p a partire da n = 2. (1p non è una combinazione orbitale consentita dalla meccanica quantistica.)
  3. Scrivi una colonna per gli orbitali d a partire da n = 3.
  4. Scrivi una colonna finale per 4f e 5f. Non ci sono oggetti che necessitano di un guscio 6f o 7f per essere riempiti.
  5. Leggi la tabella eseguendo le diagonali da 1. Il grafico mostra questa tabella e le frecce mostrano la strada da percorrere. Ora che conosciamo l’ordine degli orbitali da riempire, dobbiamo solo memorizzare la dimensione di ciascun orbitale.

Gli orbitali S hanno un possibile valore di m per contenere due elettroni.
Gli orbitali P hanno tre possibili valori di m per contenere sei elettroni.
Gli orbitali D hanno cinque possibili valori di m per contenere 10 elettroni.
Gli orbitali F hanno sette possibili valori di m per contenere 14 elettroni.
Questo è tutto ciò che serve per determinare la configurazione elettronica di un atomo stabile di un elemento.

Ad esempio, prendiamo l’elemento azoto, che ha sette protoni e quindi sette elettroni.

Il primo orbitale da riempire è l’orbitale 1s. Un orbitale s contiene due elettroni, quindi rimangono cinque elettroni.

L’orbitale successivo è l’orbitale 2s e contiene i due successivi. Gli ultimi tre elettroni andranno all’orbitale 2p, che può contenere fino a sei elettroni.

Fonti

Il principio dell'Aufbau (video) . Khan Academy. Disponibile su https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/electron-configurations-jay-sal/v/the-aufbau-principle  González, A. Aufbau principio. ergastolano. Disponibile su https://www.lifeder.com/principio-aufbau/ . 
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Isabel Matos (M.A.)
(Master en en Inglés como lengua extranjera.) - COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

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