Structura atomului si configuratii electronice

Pe scurt

Atomul este cea mai mică particulă a unui element chimic, format dintr-un nucleu central (protoni și neutroni) înconjurat de electroni. Electronii se organizează pe straturi și substraturi după reguli precise (Aufbau, Pauli, Hund), iar configurația electronică rezultată determină proprietățile chimice ale elementului și poziția sa în tabelul periodic.

Structura atomului

Atomul este format dintr-un nucleu central, încărcat pozitiv, înconjurat de un nor de electroni cu sarcină negativă.

• Nucleul conține:

- Neutroni – particule neutre din punct de vedere electric

- Masa atomului este concentrată aproape în totalitate în nucleu

• Numărul de protoni (Z) definește elementul chimic și se numește număr atomic
• Suma protonilor și neutronilor constituie numărul de masă (A)

Organizarea electronilor în atom

Electronii se organizează în straturi (nivele energetice), notate cu:

• Literele K, L, M, N, ...
• Numere cuantice principale n = 1, 2, 3, 4, ...

Fiecare strat are o capacitate maximă de electroni dată de formula 2n²:

• Stratul K: 2 electroni
• Stratul L: 8 electroni
• Stratul M: 18 electroni
• Stratul N: 32 electroni

Distribuția electronilor pe straturi și substraturi (s, p, d, f) se numește configurație electronică.

Regulile de umplere a orbitalilor

Configurația electronică urmează trei reguli fundamentale

• Principiul lui Aufbau – umplerea orbitalilor în ordinea energetică crescătoare
• Principiul lui Pauli – fiecare orbital poate conține maxim 2 electroni cu spin opus
• Regula lui Hund – la ocuparea orbitalilor de același nivel energetic, electronii se distribuie inițial cu spin paralel, în orbitali diferiți

Notația configurației electronice

Pentru a descrie configurația se folosește notația standard, de exemplu:

• 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ pentru sodiu (Z = 11)

O altă metodă este utilizarea configurației gazelor nobile

• [Ne] 3s¹ pentru sodiu

Corelația dintre configurația electronică și proprietăți

Configurația electronică determină proprietățile chimice

• Valența
• Caracterul metalic/nemetalic
• Reactivitatea

Exemplu: Elementele din grupa 1 (metale alcaline) au un electron pe ultimul strat și tind să-l cedeze ușor, formând ioni pozitivi.

Excepții de la regula Aufbau: Cromul, cuprul și alte elemente prezintă configurații neobișnuite datorită stabilității semiumplerii sau umplerii complete a orbitalilor.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: Configurația electronică pentru atomul de oxigen (Z = 8)

• Oxigenul are 8 electroni
• Ordinea de umplere: 1s (max 2), 2s (max 2), 2p (max 6)
• Configurația: 1s² 2s² 2p⁴ (verificare: 2 + 2 + 4 = 8)
• Se poate scrie și [He] 2s² 2p⁴, unde [He] reprezintă configurația heliului (1s²)
• Oxigenul are 6 electroni pe stratul exterior (valența 6), fiind un nemetal puternic electronegativ

Exemplul 2: Configurația electronică pentru ionul de fier (Fe²⁺), știind că Fe are Z = 26

• Configurația atomului de Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
• Pentru ionul Fe²⁺ se elimină 2 electroni, de obicei din stratul cel mai exterior (4s), nu din 3d
• Configurația Fe²⁺: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶
• Aplicând regula lui Hund: cei 6 electroni 3d se distribuie astfel încât Fe²⁺ are 4 electroni neperechi (paramagnetic)

Exemplul 3: Poziția în tabelul periodic a unui element cu configurația [Kr] 4d⁵ 5s¹

• Kr are Z = 36. Adăugăm 5 + 1 = 6 electroni, deci Z = 42
• Elementul cu Z = 42 este molibdenul (Mo)
• Se află în perioada 5 (stratul exterior este 5s), grupa 6 (numărul de electroni de valență = 5 + 1 = 6)
• Configurația neobișnuită (5s¹ în loc de 5s²) se datorează stabilității semiumplerii orbitalului 4d (5 electroni)

Verifică-te!

1. Care este capacitatea maximă de electroni a stratului M (n = 3) conform formulei 2n²?

1. De ce ionul Fe²⁺ are electroni neperechi, deși a pierdut 2 electroni din configurația atomului neutru de Fe?

1. Ce element are configurația electronică [Ar] 4s² 3d⁶ și în ce perioadă și grupă se află?