Configuración Electrónica. Guía práctica.
- Red Cientifica Escolar
- 2 oct
- 6 Min. de lectura
En esta guía vamos a poner en práctica las reglas de configuración electrónica para determinar y describir cómo se distribuyen los electrones en los diferentes niveles y subniveles de energía. A continuación, se presentan los pasos simples y resumidos para escribir la configuración electrónica de cualquier elemento.
Pasos para Escribir la Configuración Electrónica
1° Identificar el Número Atómico
Encuentra el número atómico del elemento en la tabla periódica. Este número indica la cantidad de protones y, en un átomo neutro, también la cantidad de electrones.
2° Conocer el Orden de Llenado de los Orbitales
Usa el principio de Aufbau, que establece que los electrones llenan los orbitales de menor a mayor energía. La Figura 4.31 muestra el orden de llenado, de abajo hacia arriba. Comienza en 1s y sigue la flecha roja...
Figura 4.31 Ayuda para recordar el orden común de llenado (orden de Aufbau) de orbitales atómicos. (Whitten et al., 2015)
3° Aplicar el Principio de Pauli
Cada orbital puede contener un máximo de dos electrones con espines opuestos. Escribe los electrones en cada orbital respetando este principio. Observando la tabla 7.2 podemos ver que:
los orbitales s pueden recibir 2 electrones como máximo.
los orbitales p pueden recibir 6 electrones como máximo.
los orbitales d pueden recibir 10 electrones como máximo.
los orbitales f pueden recibir 14 electrones como máximo.
(Chang & Goldsby, 2017)
4° Escribir la Configuración Electrónica
Comienza desde el nivel más bajo de energía y avanza según el orden de llenado. Escribe la configuración indicando el número de electrones en cada subnivel en forma de superíndice.
(Whitten et al., 2015)
Se puede escribir como "Notación orbital" o como Notación simplificada. A continuación, se presentan ambas notaciones para el primer nivel de energía. El hidrógeno sólo tiene un electrón. El helio, un gas noble, posee una capa principal ocupada (dos electrones) y es tan estable que no se conocen reacciones químicas de este elemento.
Segundo nivel de energía. Los elementos de número atómico de 3 a 10 ocupan el segundo periodo, o línea horizontal, en la tabla periódica. En los átomos de neón, la segunda capa principal está llena por completo. El gas noble neón es muy estable. No se conocen reacciones de este elemento.
Vemos que algunos átomos tienen electrones desapareados en la misma serie de orbitales de energía equivalente, o degenerados. Ya vimos que sólo dos electrones pueden ocupar un orbital atómico dado (con los mismos valores de n, ℓ, y mℓ) sólo si sus espines están apareados (tienen valores opuestos de 𝑚ₛ. Sin embargo, aun con espines apareados, dos electrones alojados en el mismo orbital se repelen entre sí con más fuerza que dos electrones en orbitales distintos (pero de igual energía). Por consiguiente, tanto la teoría como las observaciones experimentales conducen a la regla de Hund:
Todos los orbitales de una subcapa dada primero se ocupan con un solo electrón antes de comenzar el apareamiento. Estos electrones desapareados tienen espines paralelos.
(Whitten et al., 2015)
Así, el carbono tiene dos electrones desapareados en sus orbitales 2p, y el nitrógeno tiene tres.
Tercer nivel de energía. El elemento que sigue al neón es el sodio. Aquí comenzamos a agregar electrones a la tercera capa. Los elementos del 11 a 18 ocupan el tercer periodo de la tabla periódica.
Aunque la tercera capa aún no se llena (los orbitales d están aún vacíos), el argón es un gas noble. Todos los gases nobles, salvo el helio, tienen configuración electrónica ns2np6 (donde n indica la capa ocupada más grande). Los gases nobles son por completo inertes químicamente (no reaccionan).
Cuarto y quinto niveles de energía. Experimentalmente se observa que un electrón ocupa el orbital disponible que dé al átomo la energía total más baja. Se observa que el llenado de los orbitales 4s antes de que los electrones entren a los orbitales 3d por lo general conduce a una energía total más baja para el átomo que otras distribuciones posibles. Por lo tanto, tenemos que llenar los orbitales en ese orden (figura 4.31).
Según el orden de Aufbau, el orbital 4s se llena antes que los orbitales 3d.
(Whitten et al., 2015)
En general, el orbital (n + 1)s se llena antes que el orbital nd. Ésta suele conocerse como la regla (n + 1)s.
Luego de llenar por completo el subnivel 3d con 10 electrones, los orbitales 4p se llenan a continuación y con esto llegamos al gas noble kriptón. A continuación, se llenan el orbital 5s, los cinco orbitales 4d y los tres orbitales 5p hasta llegar al xenón, otro gas noble.
Ahora examinemos en cierto detalle la estructura electrónica de los 18 elementos del cuarto periodo. Algunos de ellos tienen electrones en los orbitales d.
(Whitten et al., 2015)
Observaciones importantes
Varias configuraciones electrónicas no predicen el principio de Aufbau. Debe darse cuenta de que los enunciados del principio de Aufbau y la regla (n + 1) sólo representan lineamientos generales que no debe ver como reglas rígidas. Las excepciones se representan para hacer que la energía total del átomo sea la más baja posible. Algunas razones de las excepciones son:
El orden de Aufbau de energías orbitales se basa en cálculos para el átomo de hidrógeno que sólo tiene un electrón. Las energías orbitales también dependen de otros factores más, como la carga nuclear y las interacciones de los electrones en los diversos orbitales ocupados.
La escala de energía varía con el número atómico.
Algunos orbitales están muy cercanos entre sí y pueden cambiar su orden, dependiendo de la ocupación de los otros orbitales.
Algunos tipos de excepciones del orden de Aufbau son suficientemente generales y pueden recordarse con facilidad. Por ejemplo, las que se basan en la estabilidad de los orbitales ocupados o semiocupados. Otras excepciones son por completo impredecibles.
(Whitten et al., 2015)
La tabla 7.3 muestra las configuraciones electrónicas de los elementos en su estado fundamental, desde el H (Z = 1) a través de los elementos nombrados hasta el Lv (Z = 116). Con excepción del hidrógeno y el helio, las configuraciones electrónicas de todos los elementos se representan por un kérnel de gas noble, que muestra entre paréntesis el símbolo del gas noble que antecede al elemento a considerar, seguido por los símbolos de los subniveles superiores llenos que ocupan los niveles externos. Observe que las configuraciones electrónicas de los subniveles superiores llenos en los niveles externos de los elementos que van del sodio (Z = 11) al argón (Z = 18) siguen un patrón semejante a las de los elementos litio (Z = 3) hasta el neón (Z = 10).
(Chang & Goldsby, 2017)
¿Cómo escribir la configuración electrónica de átomos con carga eléctrica?
Aquí tienes una lista de instrucciones para escribir la configuración electrónica de aniones y cationes:
Identificar el elemento neutro:
Determina el número atómico (Z) del elemento. Este número es igual al número de protones y también al número de electrones en un átomo neutro.
Escribir la configuración electrónica del elemento neutro:
Utiliza el diagrama de Aufbau para llenar los orbitales siguiendo el orden de menor a mayor energía (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p).
Aplica el principio de exclusión de Pauli (cada orbital puede contener un máximo de dos electrones con espines opuestos).
Sigue la regla de Hund (los electrones llenan orbitales del mismo subnivel individualmente con espines paralelos antes de aparearse).
Determinar la carga del ion:
Un anión tiene una carga negativa y ha ganado electrones.
Un catión tiene una carga positiva y ha perdido electrones.
Ajustar la configuración electrónica para aniones:
Suma el número de electrones adicionales correspondiente a la carga negativa del anión.
Agrega estos electrones adicionales al último subnivel ocupado, siguiendo el orden de llenado de los orbitales.
Escribe la nueva configuración electrónica del anión.
Ajustar la configuración electrónica para cationes:
Resta el número de electrones correspondiente a la carga positiva del catión.
Quita estos electrones comenzando desde el último subnivel ocupado. Si el último subnivel está completo, quita los electrones del subnivel anterior.
Ten en cuenta que los electrones se eliminan primero de los orbitales con el mayor número cuántico principal (𝑛), por lo que los electrones 4s se eliminan antes que los 3d, por ejemplo.
Escribe la nueva configuración electrónica del catión.
Verificar la configuración electrónica resultante:
Asegúrate de que la configuración sigue las reglas de llenado de orbitales, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund.
Verifica que el número total de electrones en la configuración corresponde al número atómico ajustado por la carga del ion.
Evaluación 4A LBCU 25
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Referencias
Chang, R., & Goldsby, K. A. (2017). QUIMICA (12.a ed.). McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A.
Whitten, K., Davis, R., Peck, L., & Stanley, G. (2015). Quimica (Décima edición). Cengagte Learning Editores.