Il principio di Aufbau e la regola di Hund

Occorre ricordare che gli orbitali atomici hanno energie diverse e possono ospitare due elettroni ciascuno. Il principio aufbau determina la distribuzione degli elettroni fra i subshell dell’atomo e la regola della massima molteplicità di Hund, spiega, inoltre, il riempimento degli orbitali nei subshell. Il principio aufbau afferma che nello stato fondamentale, gli elettroni riempiono gli orbitali atomici dall’energia più bassa a quella più elevata per ottenere la configurazione a minor energia.Sebbene l’energia generalmente aumenti con il numero di gusci, la maggiore penetrazione degli orbitali s spesso porta gli orbitali quattro-s e cinque-s ad avere energie inferiori, rispettivamente, degli orbitali tre-d e quattro-d. L’ordine può essere ricordato utilizzando diagrammi come questo, dove il percorso della freccia rivela la sequenza in cui gli elettroni sono assegnati agli orbitali. Si consideri la possibilità di scrivere la configurazione elettronica per il carbonio, un elemento con numero atomico sei.Certamente, l’orbitale uno, che ha l’energia più bassa, dovrebbe essere riempito prima dell’orbitale due-s. Ogni orbitale può contenere un massimo di due elettroni. Il quinto elettrone entra in un subshell due-p.Ma quale dei tre orbitali due-p occupa? Dunque! Si presume che gli orbitali in qualsiasi subshell siano degenerati, il che significa che hanno la stessa energia.Pertanto, il quinto elettrone può entrare in uno qualsiasi dei tre orbitali due-p. E il sesto elettrone? Entra nell’orbitale due-p con un elettrone o uno degli orbitali due-p vuoti?Secondo la regola della massima molteplicità di Hund, gli elettroni occupano singolarmente tutti gli orbitali di un dato livello di energia prima di iniziare l’appaiamento, e gli elettroni spaiati non possono avere spin opposti:i loro spin devono essere paralleli. Dunque, per il carbonio, i 2 elettroni due-p devono occupare due orbitali diversi e avere spin paralleli. In questo modo, gli elettroni possono diffondersi su un’area più ampia.Ciò diminuisce la schermatura reciproca, riducendo così al minimo l’energia dell’atomo. Per l’azoto, ciascuno dei tre orbitali due-p è occupato singolarmente. Per l’ossigeno, una volta che gli orbitali degenerati due-p sono riempiti singolarmente, l’ultimo elettrone deve accoppiarsi con un altro elettrone due-p.L’atomo ha due elettroni spaiati. La configurazione elettronica del neon rivela che il guscio più esterno è riempito alla capacità massima di otto elettroni. Il neon ha due elettroni, detti elettroni del nucleo nel guscio interno, e otto elettroni, detti elettroni di valenza, nel guscio più esterno.