Vorrei sapere che relazione intercorre tra il numero di ossidazione di un elemento e il riempimento dei suoi orbitali. Per esempio perché il carbonio, al quale servono 4 elettroni per giungere alla configurazione del neon, ha come numeri di ossidazione solo 2 e 4 e non 3?

Salve,

innanzitutto, ti consiglio di visitare i seguenti link, dove potrai trovare alcuni riferimenti riguardo gli orbitali atomici:

http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=2010
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=7991
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=1149m

Passiamo ora alla risposta.

Se osservi la configurazione elettronica esterna del Carbonio troverai che questo elemento ha gli orbitali 2s riempiti e gli orbitali 2p riempiti con due soli elettroni.

Il livello energetico degli orbitali “p” è sempre associato a tre funzioni che chiamiamo convenzionalmente x,y,z. Avremo quindi tre orbitali “p” nei quali, per il principio di esclusione di Pauli si troveranno al massimo 2 elettroni con momento opposto (definito “spin”). Per il principio della minima energia gli elettroni tenderanno ad occupare il maggior numero di orbitali liberi a spin singolo, quindi vuol dire che negli orbitali “p” ci troveremo in questa situazione:

px=1 elettrone
py=1 elettrone
pz=0 elettroni

In questa situazione il Carbonio può formare al massimo 2 legami (N.O.=2).

Se uno degli elettroni “s” va ad occupare il “pz” libero ci troveremo in una nuova situazione

s=1 elettrone
px=1 elettrone
py=1 elettrone
pz=1 elettroni

In questa situazione il Carbonio può formare 4 legami (N.O.=4)

Essendo il Carbonio del 2° gruppo non ha orbitali “d” disponibili per formare più di 4 legami.

Saluti

Giovanni Buti