Laboratorio di chimica in casa/La configurazione elettronica

Come detto in precedenza, gli atomi sono in grado di interagire fra loro legandosi a formare quei reticoli che costituiscono "il telaio" delle sostanze chimiche, ma sono gli elettroni che tessono tale infrastruttura: il modo in cui essi tengono insieme i nuclei atomici tramite la rispettiva attrazione elettrica dà vita ad un materiale con proprietà caratteristiche (colore, durezza, solubilità, ...), ma visto che i protoni non possono fare altro che rimanere legati ai neutroni nel nucleo, è dunque conoscendo il comportamento degli elettroni che si potranno spiegare e sfruttare le leggi che governano la materia.

La prima regola dice che possono orbitare attorno al nucleo un numero massimo di elettroni a seconda della loro energia. Per usare una similitudine, gli elettroni si troveranno divisi in "zone" come i pianeti del sistema solare, che dopo Venere vengono improvvisamente divisi da una fascia di asteroidi trovandosi divisi da una anomala distanza.
Raggiunto un numero massimo di elettroni per un certo livello, gli elettroni di atomi con un numero atomico superiore si troveranno ad orbitare molto più distanti da quelli precedenti.

L'immagine rappresenta i livelli che possono formarsi attorno ad un nucleo atomico. Il primo può contenere due elettroni, così gli atomi con 1 e 2 protoni avranno gli elettroni nello stesso livello. Quelli dopo, dal 3 al 10 avranno i loro elettroni (massimo 8) nel livello 2, e così vale per gli elementi dall'11 al 18. Il quarto livello (ed il quinto) possono contenerne invece un massimo di 18.

La tavola periodica è suddivisa in righe e colonne proprio in base a questa caratteristica:

Ogni riga è uno di questi livelli, mentre le colonne rappresentano il numero di elettroni nell'ultimo livello. Il numero di elettroni che possono orbitare in un determinato livello è pari al numero di casella dell'ultimo elemento della riga. Il numero totale di elettroni che orbitano attorno a un atomo di un certo elemento è uguale al suo numero atomico.

La seconda regola è una precisazione della metafora usata in precedenza. Gli elettroni non ruotano attorno al nucleo seguendo orbite ellittiche, come fanno i pianeti, ma all'interno di ogni livello energetico gli elettroni orbitano in "zone preferenziali" chiamate orbitali. Il numero di queste zone cambia a seconda del livello.
In questa immagine vengono schematizzati i livelli con i rispettivi orbitali:

La terza ed ultima legge dice che in queste camere gli elettroni tendono ad accoppiarsi prima di passare al livello energetico successivo. Per esempio, nel secondo livello (in verde) ci sono quattro orbitali. Questi quattro orbitali possono ospitare 8 elettroni. I primi elementi cui corrisponde quel livello, litio (Li), berillio (Be), boro (B) e carbonio (C) avranno un solo elettrone all'interno di queste camere. Essi tendono infatti a rimanere separati perché respinti dalle loro cariche di segno uguale. Nei successivi quattro elementi cioè azoto (N), ossigeno (O), fluoro (F) e neon (Ne) gli elettroni, uno alla volta, tendono ad occupare l'altra metà delle quattro camere in cui è già presente un elettrone. E così ogni livello energetico può contenere il doppio di elettroni rispetto al numero delle camere in esso presenti.

Ecco rappresentati gli atomi dei primi tre periodi con i rispettivi elettroni e livelli:

Idrogeno							Elio
Litio	Berillio	Boro	Carbonio	Azoto	Ossigeno	Fluoro	Neon
Sodio	Magnesio	Alluminio	Silicio	Fosforo	Zolfo	Cloro	Argon

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