Livelli elettronici

Neon, argon ed elio non reagiscono quasi con niente. Il motivo è il modo in cui sono disposti i loro elettroni.

Nel modello semplice a livelli, gli elettroni riempiono livelli intorno al nucleo. Per i primi 20 elementi i livelli ne contengono 2, poi 8, poi 8, poi il resto. Gli elettroni veri non viaggiano su cerchi precisi, ma il modello prevede molta chimica. Niels Bohr introdusse l'idea dei livelli di energia fissi nel 1913, e i chimici usano ancora questa immagine per spiegare perché gli elementi reagiscono come reagiscono.

Riempire i livelli

Gli elettroni vanno prima nel livello più interno, perché lì sono trattenuti più saldamente. L'idrogeno ha 1 elettrone e l'elio 2, che completano il primo livello. Il litio, con 3, deve iniziare un secondo livello: 2, 1. Il secondo livello è completo con il neon, a 2, 8. Il sodio inizia il terzo livello, e l'argon lo completa a 8 con 2, 8, 8. Il potassio e il calcio mettono poi i loro ultimi elettroni in un quarto livello.

Negli atomi più pesanti i livelli esterni possono contenere più di 8 elettroni. Il limite generale per il livello numero n è 2 × n × n, quindi 2, 8, 18 e 32. Per i primi 20 elementi, però, il terzo livello si ferma a 8 prima che inizi il quarto, ed è tutto ciò che ti serve per questo corso.

Il livello esterno

Gli elettroni del livello più esterno sono quelli che partecipano alle reazioni. Un atomo con il livello esterno completo, come il neon (2, 8), è stabile. Il sodio (2, 8, 1) cede facilmente il suo unico elettrone esterno, e il cloro (2, 8, 7) ne acquista facilmente uno. Ecco perché i due si combinano nel sale da cucina, il cloruro di sodio: il sodio diventa uno ione +1, il cloro uno ione −1, e le cariche opposte li tengono uniti.

La stessa idea prevede la carica di molti ioni. Un atomo con uno, due o tre elettroni esterni tende a perderli e resta con il livello completo sottostante. Il magnesio (2, 8, 2) ne perde due e diventa Mg²⁺. Un atomo a cui mancano uno o due elettroni per completare il livello tende ad acquistarli. L'ossigeno (2, 6) ne acquista due e diventa O²⁻, e il cloro ne acquista uno e diventa Cl⁻. Conta gli elettroni esterni e di solito puoi indovinare la carica prima di cercarla.

I livelli e la tavola periodica

Il modello a livelli spiega la struttura della tavola periodica. Ogni riga, chiamata periodo, inizia un nuovo livello: idrogeno ed elio nella riga 1 usano un livello, dal litio al neon nella riga 2 ne usano due, dal sodio all'argon nella riga 3 ne usano tre. Gli elementi della stessa colonna, chiamata gruppo, hanno lo stesso numero di elettroni esterni, quindi si comportano in modo simile. Litio, sodio e potassio hanno ciascuno un elettrone esterno, e tutti e tre reagiscono violentemente con l'acqua. Elio, neon e argon stanno nell'ultima colonna con il livello esterno completo, e sono i gas nobili, che non reagiscono quasi per niente.