Livelli energetici

Gli elettroni di un atomo ruotano attorno al nucleo su livelli di energia detti livelli energetici. I livelli energetici sono 7 e vengono identificati dal numero quantico principale n (n = 1, 2, 3, ...)

Per comprendere come si distribuiscono gli elettroni attorno al nucleo degli atomi dei vari elementi chimici supponiamo di essere ad un convegno: i primi spettatori scelgono il posto piú comodo e occupano la prima file di poltrone.

Via via che giungono altre perone scelgono i posti più comodi fra quelli rimasti occupando la seconda fila di poltrone e quando in questo non c'è più posto si sistemano nella terza e nel quarta fila, ecc.

Livelli di energia

Livelli di energia.

Anche gli elettroni il cui numero in ogni atomo è identico al numero dei protoni si dispongono intorno al nucleo occupando i "posti migliori", vale a dire quelli più vicini al nucleo, quelli più interni, sui quali si ha il minor dispendio di energia. Le fila di poltrone sono quindi assimilabili ai "livelli energetici" di un atomo.

Quanti elettroni può contenere ciascun livello energetico?

Ogni livello energetico può contenere un numero massimo di elettroni. Nel primo livello, quello più vicino al nucleo, possono essere collocati solo due elettroni; nel caso di un atomo con tre elettroni, il terzo elettrone è quindi costretto a posizionarsi sul secondo livello che é più esterno rispetto al primo.

Su questo secondo livello (costituito da due sottolivelli) c'è posto al massimo per otto elettroni: quindi, un atomo che possiede undici elettroni disporrà due elettroni sul primo livello e otto elettroni sul secondo livello, mentre l'undicesimo elettrone sarà costretto a ruotare, solitario, su un terzo livello.

Tutto ciò avviene perché il livello più esterno (ma soltanto il più esterno) di ogni atomo non può contenere più di otto elettroni, fatto salvo il caso del primo livello che ne contiene due (e di cui già si è detto).

Ma lo stesso pubblico di questo congresso, a partire dalla terza fila di poltrone, vale a dire dal terzo livello, comincia a scegliere posizioni meno ovvie. E questo per poter veder meglio il centro, che nel caso degli elettroni significa attestarsi là dove si ha il minor dispendio energetico.

Ecco allora che il terzo livello, che può ospitare al massimo 18 elettroni, viene suddiviso in tre sottolivelli, come se il terzo giro di poltrone fosse costituito di tre file: due elettroni potranno così trovare posto sul primo sottolivello, sei sul secondo e dieci sul terzo. Tuttavia, sul livello più esterno di un atomo non possono trovarsi più di otto elettroni.

Come si spiega, dunque, quel sottolivello che può ospitare dieci elettroni?

Si spiega molto semplicemente: il terzo sottolivello non avrà mai "l'onore" di essere il livello più esterno. Ciò è dovuto al fatto che, prima ancora che il terzo livello sia completato, alcuni elettroni scelgono di disporsi sul primo sottolivello della quarta fila di poltrone, il quarto livello.

Da questa posizione, peraltro, si vede meglio, vale a dire che gli elettroni impegnano una minore quantità di energia, sebbene siano collocati su un livello superiore.

Se osserviamo la configurazione elettronica degli elementi che presentano uno o due elettroni sul quarto livello, possiamo notare che, elemento dopo elemento, quell'incompleto terzo sottolivello del giro inferiore va riempiendosi di elettroni ritardatari, mentre non aumenta il numero di elettroni che hanno trovato posto sul quarto livello.

Livelli e sottolivelli di energia

Livelli e sottolivelli di energia.

È il caso del potassio e del calcio, che non presentano elettroni sul terzo sottolivello della terza fila, ma un elettrone (il potassio) e due elettroni (il calcio) sul primo sottolivello del soprastante livello, il quarto.

Considerando poi il caso di cromo, manganese, ferro, cobalto, nichel e rame, rimane pressoché immutato il numero di elettroni presenti sul quarte livello (due, per lo più), mentre di elemento in elemento si osserva via via l'aggiunta di un elettrone sul terzo sottolivello del giro sottostante il terzo livello, fino a riempimento dei dieci elettroni.

La stessa situazione si ripresenta per gli ultimi due sottolivelli del quarto livello. Questi sottolivelli, più esterni del quarto livello, risultano incompleti in molti elementi, sebbene il quinto livello ospiti già alcuni elettroni sui suoi primi due sottolivelli.

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