La configurazione elettronica di un elemento è la descrizione della disposizione degli elettroni nei suoi orbitali.
Come sono disposti gli elettroni negli orbitali di un atomo? Esistono dei vincoli fissati dalla descrizione quantistica dell’atomo che impongono, per esempio, che a un certo livello di energia possano essere associati un certo numero di orbitali. Con questi vincoli e tre ulteriori regole è possibile definire la configurazione elettronica dei vari elementi.
Principio della costruzione progressiva: prima vengono occupati gli orbitali a più bassa energia e poi quelli a energia più elevata.
Principio di esclusione di Pauli: ogni orbitale può contenere al massimo due elettroni, ma con spin opposto.
Regole di Hund: nel riempire gli orbitali con la stessa energia, si inserisce un elettrone su ciascun orbitale e poi si completano gli orbitali semipieni.
Per esempio, l’ossigeno ha 8 elettroni (numero atomico Z=8); applicando le suddette regole si trova che la sua configurazione è: 1s22s22p4.
L’esponente indica il numero degli elettroni: a distanza 1 (più vicini al nucleo) avremo due elettroni nell’orbitale sferico s, a distanza 2 due elettroni nell’orbitale sferico s e quattro elettroni nell’orbitale a due lobi p.
Nel caso dell’ossigeno possiamo notare che al suo ultimo livello di energia (il 2) sono presenti 6 elettroni: gli elettroni di valenza di un atomo sono quelli presenti nell’ultimo livello di energia; essi sono responsabili dei legami chimici e caratterizzano le proprietà chimiche dell’elemento.
Spesso si indica solo la configurazione esterna dell’elemento, per esempio nel caso del calcio, la configurazione elettronica esterna è 4s2. Si potrebbe anche scrivere la configurazione del calcio come [Ar]4s2. dove [Ar] indica l’argon e la sua configurazione elettronica nei primi 3 livelli. Analogamente, la configurazione elettronica del carbonio è [He]2s22p2, la configurazione del potassio è [Ar]4s1, la configurazione elettronica del ferro è [Ar]3s64s2ecc..
La configurazione elettronica degli elementi è un concetto introdotto dalla meccanica quatistica che negli anni ’20 del XX sec. definì la struttura dell’atomo
L’elettronegatività
L’elettronegatività (indicata con la lettera greca χ) indica il potere di attrazione di un atomo nei confronti degli elettroni del legame con un altro atomo; essa dipende sia dall’energia di ionizzazione (l’energia necessaria per strappare un elettrone dal nucleo), sia dall’affinità elettronica, che indica con quanta forza elettroni estranei possono essere attirati.
Gli ioni
Per ione si intende un atomo o un raggruppamento di atomi che ha assunto una o più cariche elettriche mediante perdita (ioni positivi o cationi) o acquisto (ioni negativi o anioni) di uno o più elettroni.
Gli ioni vengono indicati con il simbolo chimico dell’atomo (o con la formula chimica del raggruppamento di atomi) con un esponente rappresentato da un segno + per ogni carica positiva che il catione possiede o da un segno – per ogni carica negativa che l’anione possiede.
Per esempio, Ca++ o Ca2+ indica il catione di un atomo di calcio che ha perso due elettroni.
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