Il sottolivelli energetici nell'atomo sono il modo in cui gli elettroni sono organizzati nei gusci elettronici, la loro distribuzione nella molecola o nell'atomo. Questi sottolivelli di energia sono chiamati orbitali..
L'organizzazione degli elettroni in sottolivelli è ciò che consente le combinazioni chimiche di diversi atomi e definisce anche la loro posizione all'interno della tavola periodica degli elementi..
Gli elettroni sono disposti nei gusci elettronici dell'atomo in un certo modo da una combinazione di stati quantistici. Nel momento in cui uno di questi stati è occupato da un elettrone, gli altri elettroni devono trovarsi in uno stato diverso.
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Ogni elemento chimico nella tavola periodica è costituito da atomi, che a loro volta sono costituiti da neutroni, protoni ed elettroni. Gli elettroni sono particelle caricate negativamente che si trovano intorno al nucleo di qualsiasi atomo, distribuite negli orbitali degli elettroni.
Gli orbitali elettronici sono il volume dello spazio in cui un elettrone ha una probabilità del 95% di incontrarsi. Esistono diversi tipi di orbitali, con forme diverse. Un massimo di due elettroni possono essere localizzati in ciascun orbitale. Il primo orbitale di un atomo è dove c'è la maggiore probabilità di trovare elettroni.
Gli orbitali sono designati dalle lettere s, p, d e f, cioè Sharp, Principle, Diffuse e Fundamental, e si combinano quando gli atomi si uniscono per formare una molecola più grande. In ogni strato dell'atomo ci sono queste combinazioni di orbitali.
Ad esempio, nello strato 1 dell'atomo ci sono gli orbitali S, nello strato 2 ci sono gli orbitali S e P, nello strato 3 dell'atomo ci sono gli orbitali S, P e D e infine nello strato 4 dell'atomo ci sono tutti gli orbitali S, P, D e F..
Anche negli orbitali troviamo diversi sottolivelli, che a loro volta possono immagazzinare più elettroni. Gli orbitali a diversi livelli di energia sono simili tra loro, ma occupano aree diverse nello spazio..
Il primo orbitale e il secondo orbitale hanno le stesse caratteristiche di un orbitale S, hanno nodi radiali, hanno una maggiore probabilità di volume sferico e possono contenere solo due elettroni. Tuttavia, si trovano a diversi livelli di energia e quindi occupano spazi diversi attorno al nucleo..
Ciascuna delle configurazioni elettroniche degli elementi è unica, motivo per cui determinano la loro posizione nella tavola periodica degli elementi. Questa posizione è definita dal periodo di ogni elemento e il suo numero atomico dal numero di elettroni che ha l'atomo dell'elemento..
Pertanto, l'utilizzo della tavola periodica per determinare la configurazione degli elettroni negli atomi è fondamentale. Gli elementi sono suddivisi in gruppi in base alle loro configurazioni elettroniche come segue:
Ogni orbitale è rappresentato in blocchi specifici all'interno della tavola periodica degli elementi. Ad esempio, il blocco degli orbitali S è la regione dei metalli alcalini, il primo gruppo della tabella e dove si trovano sei elementi Litio (Li), Rubidio (Rb), Potassio (K), Sodio (Na), Francium ( Fr) e Cesio (Cs) e anche idrogeno (H), che non è un metallo, ma un gas.
Questo gruppo di elementi ha un elettrone, che viene facilmente perso per formare uno ione caricato positivamente. Sono i metalli più attivi e i più reattivi.
L'idrogeno, in questo caso, è un gas, ma rientra nel gruppo 1 della tavola periodica degli elementi poiché ha anche un solo elettrone. L'idrogeno può formare ioni con una singola carica positiva, ma estrarre il suo singolo elettrone richiede molta più energia rispetto alla rimozione di elettroni dagli altri metalli alcalini. Quando si formano composti, l'idrogeno di solito genera legami covalenti.
Tuttavia, a pressioni estremamente elevate, l'idrogeno diventa metallico e si comporta come il resto degli elementi nel suo gruppo. Ciò si verifica, ad esempio, all'interno del nucleo del pianeta Giove.
Il gruppo 2 corrisponde ai metalli alcalino terrosi, poiché i loro ossidi hanno proprietà alcaline. Tra gli elementi di questo gruppo troviamo il Magnesio (Mg) e il Calcio (Ca). Anche i loro orbitali appartengono al livello S..
I metalli di transizione, che corrispondono ai gruppi da 3 a 12 nella tavola periodica, hanno orbitali di tipo D..
Gli elementi che vanno dal gruppo 13 al 18 nella tabella corrispondono agli orbitali P. E infine gli elementi noti come lantanidi e attinidi hanno orbitali denominati F.
Gli elettroni si trovano negli orbitali dell'atomo come un modo per abbassare l'energia. Pertanto, se cercano di aumentare l'energia, gli elettroni riempiranno i principali livelli orbitali, allontanandosi dal nucleo dell'atomo..
Va considerato che gli elettroni hanno una proprietà intrinseca nota come spin. Questo è un concetto quantistico che determina, tra le altre cose, lo spin dell'elettrone all'interno dell'orbitale. Ciò che è essenziale per determinare la tua posizione nei sottolivelli energetici.
Le regole che determinano la posizione degli elettroni negli orbitali dell'atomo sono le seguenti:
Ciò implica che un orbitale atomico è uno stato energetico.
Gli elettroni riempiranno tutti gli orbitali nei sottolivelli prima di incontrare spin opposti.
Ci sono anche atomi con casi speciali di sottolivelli di energia. Quando due elettroni occupano lo stesso orbitale, non solo devono avere spin diversi (come indicato dal principio di esclusione di Pauli), ma l'accoppiamento degli elettroni aumenta leggermente l'energia..
Nel caso dei sottolivelli di energia, un sottolivello pieno per metà e uno pieno completo riducono l'energia dell'atomo. Questo porta l'atomo ad avere una maggiore stabilità.
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