Volume 1

elettrone entra nel sottolivello con l energia più bassa del quarto livello principale 4 s, anziché nel sottolivello 3 d che ha più alta energia. Quanto è stato descritto si verifica nel potassio, che possiede 19 elettroni: il suo elettrone numero 19 entra nel sottolivello 4 s, e il calcio, con 20 elettroni, inserendovi due elettroni riempie il sottolivello 4 s. Le configurazioni di questi due ultimi elementi sono allora: Potassio K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 Calcio Ca 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 A questo punto inizia il riempimento del sottolivello 3 d con lo scandio, che ha 21 elettroni. Il sottolivello 3 d può contenere 10 elettroni; esso sarà completato con lo zinco, che ha 30 elettroni: Zn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 Zinco Il sottolivello 4 p è completamente pieno nel caso del krypton, che ha 36 elettroni: Kr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 Kripton Si può utilizzare quanto sopra esposto per ricavare la configurazione di tutti gli elementi della tavola periodica. 3. Figura 3.17. Il campo magnetico generato dalla rotazione dell elettrone attorno al proprio asse è definito spin . Wolfgang Pauli Vienna 1900 - Zurigo 1958 Fisico austriaco Nel 1925 enunciò il principio di esclusione che porta il suo nome. Nel 1945 ebbe il premio Nobel per la fisica. 64 9 Quarto numero quantico, ms, spin elettronico Un elettrone ha proprietà magnetiche simili a quelle di una particella carica in rotazione attorno al proprio asse (Fig. 3.17). Il campo magnetico generato dalla rotazione dell elettrone è definito spin dell elettrone e rappresenta il quarto numero quantico ms. Sono possibili due tipi di rotazione, spin dell elettrone, oraria e antioraria. Il numero quantico ms non ha nessuna relazione rispetto agli altri tre numeri quantici e può assumere solo due valori: ms = +1/2 ms = 1/2 Quando due elettroni hanno lo stesso valore di ms, si dice che hanno spin paralleli, mentre quelli con valori diversi hanno spin antiparalleli. In un orbitale (possono stare solo due elettroni, come vedremo più avanti), la disposizione elettronica più stabile è quella in cui i due elettroni hanno spin antiparalleli. Cioè un elettrone con ms = +1/2 e l altro elettrone con ms = 1/2. Principio di esclusione di Pauli Nel 1925, Wolfgang Pauli per migliorare l accordo tra teoria e dati sperimentali del modello della struttura elettronica dell atomo, enunciò la seguente legge: in un atomo non possono esistere due elettroni caratterizzati dalla stessa serie di quattro numeri quantici. Questa regola viene definita Principio di esclusione di Pauli, che in pratica stabilisce che in un orbitale non possono entrare più di due elettroni e, se presenti, questi devono avere spin antiparalleli (+1/2 e 1/2). Per dimostrare la veridicità di quanto è stato detto fino a ora, consideriamo l orbitale 2 s; ogni elettrone contenuto in questo orbitale deve avere n = 2, l = 0 e infine ml = 0. Come abbiamo affermato precedentemente, per definire le caratteristiche dell elettrone occorre il quarto numero quantico ms. Ma i valori possibili di ms sono solo due, pertanto in questo orbitale possono entrare solo due elettroni, come stabilito dal Principio di esclusione di Pauli. I numeri quantici dei due elettroni sono dunque: primo elettrone n=2 l=0 m1 = 0 ms = +1/2 secondo elettrone n=2 l=0 m1 = 0 ms = 1/2 Lo stesso ragionamento vale per qualsiasi orbitale; quando due elettroni si trovano nello stesso orbitale vengono definiti elettroni appaiati.