Principio di Aufbau

principio di Aufbau

Principio su cui, in chimica quantistica, si basa la costruzione della configurazione elettronica di un atomo o di una molecola, cioè l’assegnazione dei suoi elettroni ai vari orbitali. Il principio prende il nome da un termine della lingua tedesca (Aufbau) che vuol dire costruzione, con una sfumatura di significato che rende il concetto dell’erigere una struttura strato dopo strato. Il principio afferma che la configurazione elettronica relativa allo stato fondamentale dell’atomo o della molecola viene ricavata assegnando gli elettroni agli orbitali disponibili, partendo da quelli di più bassa energia e salendo via via verso quelli a maggior contenuto energetico. La costruzione avviene rispettando il principio di Pauli (in un orbitale possono essere collocati non più di due elettroni, dotati necessariamente di spin opposto) e la regola di Hund (in caso di presenza di elettroni spaiati, cioè di orbitali semivuoti, nello stato a più bassa energia l’atomo adotta, tra le possibili configurazioni, quella che presenta il massimo numero di tali elettroni con medesimo spin), e considerando il numero di orbitali disponibili aventi stessa energia (1 orbitale s, 3 orbitali p, 5 d, 7 f e così via). Per es., la configurazione elettronica dell’atomo di alluminio neutro, che possiede 13 elettroni, risulta dal riempimento graduale degli orbitali 1s, 2s, 2p, 3s, ciascuno con due elettroni, e dalla collocazione dell’ultimo elettrone in un orbitale 3p. La configurazione ottenuta è dunque indicata come 1s²2s²2p⁶3s²3p¹, dove la cifra ad apice indica il numero di elettroni presenti negli orbitali di ciascun tipo. Alla base del principio c’è l’approssimazione fondamentale secondo la quale la funzione d’onda di un sistema a molti elettroni può essere vista come una combinazione, opportunamente formulata, di funzioni d’onda a singolo elettrone. Nell’approccio più semplice, queste funzioni sono riprese da quelle dell’atomo a un elettrone (atomo di idrogeno o ione idrogenoide), che sono derivabili esattamente dalla risoluzione dell’equazione di Schroedinger, opportunamente modificate per tenere conto delle interazioni tra gli elettroni.

→ Elementi chimici: origine e natura