Regola delle diagonali Cosa serve, cosa comporta, esempi

ilregola diagonale è un principio costruttivo che consente di descrivere la configurazione elettronica di un atomo o ione, in base all'energia di ciascun livello orbitale o energetico. 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, inoltre, li descrivono. Ogni numero quantico è correlato a una proprietà di orbitali atomici, che aiuta a comprendere le caratteristiche dei sistemi atomici mediante la disposizione dei loro elettroni all'interno dell'atomo e nelle loro energie.

Allo stesso modo, la regola delle diagonali (nota anche come la 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 della specie chimica.

indice

• 1 A cosa serve?
  • 1.1 Configurazioni elettroniche di specie chimiche
• 2 Che cos'è?
• 3 esempi
• 4 eccezioni
• 5 riferimenti

A cosa serve?

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

Quando occupano gli orbitali, gli elettroni sono posizionati prima nei livelli che hanno meno energia e non sono occupati, per poi essere localizzati nei livelli di energia più alti.

Configurazioni elettroniche di specie chimiche

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

Quindi, acquisendo una comprensione delle configurazioni che gli elettroni presentano negli atomi, si possono comprendere le proprietà degli elementi chimici.

Acquisire questa conoscenza è fondamentale per la deduzione o la previsione di tali proprietà. Allo stesso modo, le informazioni fornite da questa procedura aiutano a spiegare perché la tavola periodica concorda così bene con le indagini degli elementi.

Cos'è?

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

Il principio di esclusione di Pauli è obbedito, il quale 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 che sono nell'atomo.

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

Allo stesso modo, il numero quantico magnetico (m_ℓ) esprime l'orientamento di quell'orbitale nello spazio e il numero quantico di spin (m_s) descrive la direzione di rotazione dell'elettrone attorno al proprio asse.

Inoltre, la regola di Hund afferma che la configurazione elettronica che mostra la maggior stabilità in un sottolivello è considerata quella con il maggior numero di spin in posizioni parallele.

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

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

Esempi

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

In primo luogo, per ottenere la distribuzione elettronica del potassio (K) bisogna conoscere il suo 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 1s²2s²2p⁶3S²3p⁶4s¹.

Le configurazioni degli atomi polielettronici (che hanno più di un elettrone nella loro struttura) sono anche espresse 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 [Ar] 4s¹, perché il gas nobile precedente al potassio nella tavola periodica è l'argon.

Un altro esempio, ma in questo caso è 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:

1s²2s²2p⁶3S²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5S²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰.

Come con il potassio, la configurazione del mercurio può essere espressa come [Xe] 4f¹⁴5d¹⁰6s², perché il gas nobile che lo precede nella tavola periodica è lo xeno.

eccezioni

La regola delle diagonali è progettata per essere applicata solo agli atomi che sono in uno stato fondamentale e con una carica elettrica uguale a zero; cioè, si adatta molto bene agli elementi della tavola periodica.

Tuttavia, ci sono alcune eccezioni per le quali ci sono importanti deviazioni tra la presunta distribuzione elettronica e i risultati sperimentali.

Questa regola si basa sulla distribuzione degli elettroni da localizzare nei sottolivelli che obbediscono alla regola n + ℓ, il che implica che gli orbitali che hanno una piccola grandezza n + ℓ sono riempiti prima di quelli che mostrano una maggiore magnitudine di questo parametro.

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

Secondo questa regola, il palladio deve avere una distribuzione elettronica pari a [Kr] 5s²4d⁸, ma gli esperimenti hanno dato un uguale a [Kr] 4d¹⁰, che indica che la configurazione più stabile di questo atomo si verifica quando il sottostrato 4d è pieno; cioè, ha un'energia inferiore in questo caso.

Allo stesso modo, l'atomo di cromo dovrebbe avere la seguente distribuzione elettronica: [Ar] 4s²3d⁴. Tuttavia, sperimentalmente è stato ottenuto che questo atomo acquisisca la configurazione [Ar] 4s¹3d⁵, il che implica che lo stato di energia minima (più stabile) si verifica quando entrambi i sottolivelli sono parzialmente pieni.

riferimenti

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