Informazioni su questo esperimento
Perché sodio e potassio si comportano in modo così simile e perché la tavola periodica ha una forma così particolare? La risposta sta nella disposizione degli elettroni attorno al nucleo. Gli elettroni occupano livelli energetici e orbitali in un ordine prestabilito, due per orbitale con spin opposti, e si distribuiscono tra gli orbitali di uguale energia prima di appaiarsi. Costruisci gli atomi dall’idrogeno al kripton, aggiungendo un protone alla volta; confronta il modello a gusci con quello orbitale e forma ioni per vedere quali elettroni vengono persi per primi.
Obiettivi di apprendimento
- Scrivi la configurazione elettronica degli elementi da 1 a 36 per esteso e nella notazione abbreviata con il gas nobile
- Applica il principio di Aufbau, il principio di esclusione di Pauli e la regola di Hund
- Collega la distribuzione per gusci 2, 8, 8 al modello completo dei sottolivelli
- Spiega come i blocchi s, p e d della tavola periodica derivino dall’ordine di riempimento.
- Scrivi le configurazioni elettroniche degli ioni, compresi gli ioni dei metalli di transizione.
Come si usa
- 1Premi «Costruisci» e osserva gli atomi dall’idrogeno al kripton. Quale sottolivello si riempie dopo il 3p e perché non è il 3d?
- 2Fermati all’azoto. Come sono disposti i tre elettroni 2p nelle caselle? Quanti sono spaiati? Confronta con l’ossigeno.
- 3Confronta le configurazioni elettroniche di litio, sodio e potassio. Che cosa hanno in comune e come spiega questo la loro chimica?
- 4Guarda la tabella in basso. In quale blocco si trova l’elemento attuale e come corrisponde all’ultimo sottolivello riempito?
- 5Vai al cromo e al rame. In che modo differiscono dallo schema semplice? Leggi la nota.
- 6Forma Na⁺, Cl⁻ e O²⁻. Quale configurazione elettronica di gas nobile raggiunge ciascuno?
- 7Forma Fe²⁺ e Fe³⁺. Quali elettroni vengono persi per primi? Perché Fe³⁺ è particolarmente stabile?
- 8Passa dall’ordine dei gusci all’ordine di riempimento e viceversa. Quale convenzione usa il tuo ente d’esame?
Il modello
Ipotesi
- Stati fondamentali di atomi e ioni liberi in fase gassosa. Sono inclusi solo gli elementi da 1 a 36.
- L’atomo neutro segue l’ordine di riempimento n + l, tranne il cromo (3d⁵ 4s¹) e il rame (3d¹⁰ 4s¹), le uniche eccezioni in questo intervallo.
- Gli ioni positivi perdono prima gli elettroni del guscio più esterno e, all’interno di un guscio, prima quelli p e poi quelli s. Gli ioni negativi acquistano elettroni secondo l’ordine di riempimento.
- Le caselle degli orbitali sono uno schema per tenere traccia degli elettroni: le frecce indicano lo spin verso l’alto e verso il basso, non un movimento reale.
Provalo in classe
- Q1Scrivi la configurazione elettronica completa dello zolfo e di S²⁻.
- Q2Un elemento ha la configurazione elettronica [Ar] 3d³ 4s². Indicane il nome e il gruppo.
- Q3Quanti elettroni spaiati ha un atomo di manganese? E Mn²⁺?
- Q4Perché in potassio e calcio il 4s si riempie prima del 3d, mentre nella formazione di Sc³⁺ si perdono prima gli elettroni 4s?
- Q5Perché gli elementi dello stesso gruppo hanno proprietà chimiche simili?
Domande frequenti
Si deve scrivere 4s prima o dopo 3d?
Si usano entrambe le forme. Scrivere i sottolivelli nell’ordine dei gusci ([Ar] 3d⁶ 4s²) segue lo stile IUPAC ed è adottato da molti enti esaminatori. Scriverli nell’ordine di riempimento ([Ar] 4s² 3d⁶) mostra l’ordine in cui sono stati riempiti. Verifica quale forma usa il tuo corso; nel laboratorio sono mostrate entrambe.
Perché la regola 2, 8, 8 non racconta tutta la storia?
Il terzo guscio può contenere 18 elettroni, ma 4s ha un’energia inferiore a 3d, quindi il quarto guscio inizia a riempirsi con il potassio prima che il terzo sia completo. Il semplice schema 2, 8, 8 funziona solo fino al calcio.
Ci sono altre eccezioni più in basso nella tavola?
Sì. Anche il molibdeno, l’argento, l’oro e diversi altri elementi non seguono l’ordine semplice; per gli elementi pesanti le energie sono così vicine che è difficile prevedere le configurazioni senza calcoli.