AUFBAU

      La costruzione degli atomi idrogenoidi polielettronici si effettua cosiderando i numeri atomici crescenti (Z= numero atomico = numero di protoni) e inserendo lo stesso numero di elettroni in orbitali atomici con energia via via crescente. Il principio di AUFBAU (dal tedesco: "costruzione dalle fondamenta") è lo schema per riprodurre la configurazione elettronica degli atomi nel loro stato fondamentale.

 

      Debbono essere osservate le seguenti regole:

 

Principio di esclusione (Wolfgang Pauli):

In un atomo non possono esistere due elettroni aventi tutti e quattro i numeri quantici uguali

ovvero

soltanto due elettroni possono essere descritti dallo stesso orbitale e, in tal caso, devono avere spin opposti.

 

Regola di HUND

Nella configurazione a più bassa energia (stato fondamentale), gli elettroni che stanno nello stesso livello energetico (cioè che occupano orbitali degeneri) vanno a risiedere, per quanto possibile, in orbitali separati e hanno lo stesso spin (massima molteplicità di spin).

 

 

Sequenza di riempimento degli orbitali idrogenoidi

      Consideriamo una parziale sequenza di riempimento:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 

si noti l'inversione, in fase di costruzione, tra gli orbitali 4s e 3d dovuta alla rimozione della degenerazione a causa della presenza crescente degli elettroni e della aumentata carica nucleare (nel sistema periodico gli orbitali 4s riguardano il potassio 19K e il calcio 20Ca).

 

Ingrandimento della zona di inversione:

Livelli atomo di idrogeno
Split atomi idrogenoidi in fase di costruzione
Evidenzia la differenza di energia tra gli orbitali 4s e 3d

 

Il disegno che segue illustra la sequenza complessiva di riempimento degli orbitali mediante la cosiddetta regola diagonale (ci sono comunque delle eccezioni tra gli elementi di transizione, es. Cr, Cu, Ag, Au):

 

 Esempi di configurazione elettronica (si noti che l'energia degli elettroni 4s negli atomi già costruiti è maggiore rispetto a quella degli orbitali 3d):

Elemento n. elettroni Configurazione elettronica
He 2 1s2
Li 3 1s22s1
Be 4 1s22s2
O 8 1s22s22p4
Cl 17 1s22s22p63s23p5
K 19 1s22s22p63s23p64s1
Ca 20 1s22s22p63s23p64s2
Sc 21 1s22s22p63s23p63d14s2
Ga 31 1s22s22p63s23p63d104s24p1

Nel lucido seguente presente un link che permette di simulare la costruzione di parecchi atomi e di visualizzare l'effettiva configurazione elettronica (fino al bromo con numero atomico 35)