Il principio di Aufbau

Il principio di Aufbau

Il principio di Aufbau è una regola secondo cui gli elettroni di un atomo si distribuiscono negli orbitali partendo da quello che ha energia minore, cioè quello più vicino al nucleo.

Verso il Novecento, i fisici e i chimici scoprirono che l’atomo era come un grande spazio vuoto, dove al centro c’era un piccolo volume di carica positiva, il nucleo formato da protoni e neutroni, dove attorno ad esso si muovevano gli elettroni, particelle elementari caricati negativamente e in numero tale da rendere l’atomo neutro, secondo precise orbite.

Successivamente, si scoprì che come la luce poteva essere rappresentata sia da delle onde elettromagnetiche che da particelle che seguivano quell’onda così anche gli elettroni, come altre particelle elementari, si muovono alla stessa maniera. Pertanto un elettrone si può trovare soltanto nello spazio in chi può seguire quell’onda; tale spazio viene chiamato orbitale.

Si era scoperto anche che gli elettroni sono disposti su sette livelli di energia, dove il maggiore è sempre più lontano dal nucleo. Ciascun livello energetico può contenere un numero massimo di elettroni. Perciò, quando un livello energetico viene riempito, gli elettroni successivi, se ci sono, passano al livello energetico superiore.

LivelloNumero massimo di elettroni
2
8
8
18
18
32
32
Tabella con il numero massimo di elettroni per livello energetico

Il 1° livello energetico ha soltanto un tipo di orbitale, definito con la lettera s e che ha una forma sferica. Soltanto due elementi hanno tutti gli elettroni soltanto nel primo livello, l’idrogeno e l’elio. L’orbitale s contiene al massimo due elettroni che ruotano in senso inverso l’uno dall’altro.

Tutti gli altri livelli di energia hanno più di un tipo di orbitale, di forma diversa. Ognuno può contenere soltanto due elettroni ma nello stesso livello di energia ce ne sono più di uno. Ad esempio, gli orbitali p, che assomigliano a delle gocce con le punte unite, sono presenti a tre a tre nei diversi livelli. I vari orbitali hanno anche diversi livelli di energia: l’orbitale del p del secondo livello, chiamato 2p, ha energia maggiore dell’orbitale s del primo livello, cioè 1s.

Vedi anche: Gli orbitali: dimensione, forma e quantità

Gli orbitali s, p, d ed f
Gli orbitali s, p, d ed f (haade, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Secondo il principio di Aufbau, gli elettroni tendono ad occupare l’orbitale con energia minore per poi occupare gli altri in maniera crescente. L’ordine crescente del riempimento degli orbitali è: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Nella tavola periodica degli elementi, ciascuna riga corrisponde al livello energetico più esterno. Può capitare che in alcuni elementi appartengono al quinto, sesto e settimo livello, il principio di Aufbau non venga rispettato come ci si aspetterebbe. Questo vale per il niobio, il molibdeno, il tecnezio, il rodio, il palladio, il praseodimio, il neodimio, il promezio, il samario, l’europio, il terbio, il disprossio, l’olmio, il tulio, l’itterbio, il lutezio, il platino, l’oro, l’americio, il berkelio, il californio, l’einstenio, il fermio, il mendelevio e il nobelio.

In tutti questi casi uno o due elettroni, invece di occupare prima l’orbitale s come ci si aspetterebbe, tendono ad occupare l’orbitale f o d. Nella tavola sotto sono indicati gli elementi dove accade questo, indicando quanti elettroni mancano all’orbitale s.

principio di aufbau tavola periodica

Vedi anche: La configurazione elettronica degli atomi