configuración electrónica y la tabla periódica

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Configuracin Electrnica y la Tabla Peridica

Lasenergasdelosorbitalesatmicos

Enuntomo,loselectronesestngirandoalrededordelncleoformandocapas.Encadaunadeellas,laenergaqueposeeelelectrnesdistinta.Enefectoenlascapasmuyprximasalncleo,lafuerzadeatraccinentresteyloselectronesesmuyfuerte,porloqueestarnfuertemente ligados. Ocurre lo contrario en las capas alejadas, en las queloselectronesseencuentrandbilmenteligados,porloqueresultarmsfcilrealizarintercambioselectrnicosenlasltimascapas. Sin embargo los electrones no pueden escoger cualquier orb i taquequieran. E l losestnrestringidosaorbitasconsolociertasenergas.Los electrones pueden saltar de un nivel de energaaotro,peroellosnuncapuedentenerorbitasconotrasenergasdistintasalosnivelesdeenergapermitidos.

El hecho pues, de que los electrones de un tomotengandiferentesnivelesdeenerga,nosllevaaclasificarlosporelnivelenergtico(obandaenergtica) en el que se encuentra cada uno de ellos. EnelmodelodeBohrlaenergadeunelectrndependanicamentedelnmerocunticoprincipal. Lomismoocurreen ladescr ipc inde losorbitalesatmicosenmecnicacunticapara el tomodehidrgeno.

Ing. Julio Zavala

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P a r a t om o s c o n m s d e u n e l e c t r n (polielectrnicos)losorbitalesatmicostienenlamismaformaquelosorbitalesdeltomodeHidrgeno,perolapresenciademsdeunelectrnafectaalosnivelesdeenergadelosorbitales(debidoa larepuls inentredose l e c t r one s ) . P o r e s t o l a e n e r g a e s t determinadaporelnmerocunticoprincipalyporelnmerocunticosecundario Asporejemploelorbital2stieneunvalordeenergamenorquelosorbitales2pparatomosconmsdeunelectrn:

Efectopantallaentomospolielectrnicos Enuntomopolielectrnicocadaelectrnessimultneamente:

atradoporlosprotonesdelncleo

repelido por los otros electrones

Cualquierdensidadelectrnicapresenteentreelncleoye l e lectrnreducir laatracc inque siente elelectrnporpartedelncleo.Alacarganetapositivaqueatraealelectrnseledenomina carga nuclear efectiva. La carga pos i t iva que es sent ida por los e lectronesmsexternosdeuntomoessiempre menor que la carga nuclear real, debido a que los electrones internos apantallan dicha carga Enuntomopolielectrnicoparaunnmerocunticodado(n) la carga efectiva, Zeff, disminuye al aumentar l Comolaenergadelelectrndependedelacarga efectiva los electrones con mayor carga efectiva,losdelorbital3s,tendrnmenorenergaqueloselectronesdelorbital3d. Enuntomopolielectrnicoparaunnmerocunticodado(n)elniveldeenergadelorbital aumenta al aumentar

Nota: todos los orbitales de un subnivel tienen lamismaenerga.

futbol

Captura de pelota de beisbol

Configuracin electrnica

Nmeros cunticos

Configuracin Electrnica y la Tabla Peridica

Nmeros cunticos - Teora

Nmeros cunticos

Nmeros cunticos

Punto de encuentro

Ecuacin paramtrica de la recta

Relacin entre altura y alcance

Caida libre - Punto de encuentro

Definiciones bsicas

Cada libre conociendo parte de la altura

Variacin porcentual

Movimiento compuesto

Caida libre - Punto de encuentro

Caida libre conociendo tiempo total

Cada libre conociendo parte de la altura

Tiro vertical conociendo la velocidad inicial


Principio de Incertidumbre de Heisenberg:

Werner Heisenberg demostrquedebidoalaspropiedadesondulatoriasdelelectrn,noesp o s i b l e c o n o c e r simultneamentec o n certidumbrelaposicinyel momentum del electrn. Esimposibledeterminarsimultneamentelapos ic inexactaye l momentoexactode l electrn

PrincipiodeexclusindePauli Doselectronesdelmismotomonopuedentenerloscuatronmeroscunticosidnticos(n, l, m y s) y por lo tanto un orbital no puede tener msdedoselectrones. Comoenunorbitalatmicolosvaloresden, l, y mestnfijadosslopodrncontenerelectronesque difieran en el valor de s.Yaqueelnmerocunticodeespnslopuedetomardosvalores(+1/2 y -1/2), unorbitalatmicopodrestarocupado como mucho por dos electrones que tengan valores de s opuestos.

ConfiguracinElectrnica de los Elementos

Laformacomoestndistribuidosloselectronesdeuntomoentre losd ist intosorb i ta lesa t m i c o s s e d e n o m i n a configuracinelectrnica Laconfiguracinelectrnicadeltomodeunelemento corresponde a la ubicacindeloselectrones en los orbitales de los diferentes nivelesdeenerga. Aunque e l mode lo de ScrdingeresexactosloparaeltomodeHidrgeno,paraotrostomosesaplicableelmismo modelo mediante aproximaciones muy buenas. Sepuedellenarfcilmentelaconfiguracinelectrnicadelamayorpartedelostomosdelos elementos, siempre que se consideren las reglas siguientes: Saber el nmerodeelectrones que el tomot ienebastaconocere l nmeroatmico(Z)deltomoenlatablaperidica.Recuerdaqueelnmerodeelectronesenuntomoneutroesigualalnmeroatmico(Z = p+). Ubicar los electrones en cada uno de losnivelesdeenerga,comenzandodesdeelnivelmscercanoalncleo(n = 1). Noseiniciarelllenadodeunnuevosubnivelhastaqueel subnivelenergt icoanterior,demenorenerga,sehayallenadocompletamente. Respetarlacapacidadmximadecada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-). Ahora es pos ib le desc r ib i r l a es t ruc tura electrnicadelostomosestableciendoelsubnivelodistribucinorbitaldeloselectrones.Los electrones se colocan, primero, en los subnivelesdemenorenerga,ycuandoestos


estncompletamenteocupados,seusaelsiguientesubniveldeenergamsalto.Estopuede representarse por la siguiente tabla:

Este cuadro se ajusta estr ic tamente a la descripcinhechasiguiendoelprincipio de Aufbau, Este comportamiento no contradice aquello de quesellenaprimeroelniveldemenorenerga,luegoeldemayorenerga.Loqueaqusucedeesquehaysuperposicinenergticadenivelespues, por ejemplo, el subnivel 4s tiene menos energaqueel3d. Tanto n como lcontribuyenalaenergadelsubnivel, de modo que si e l valor de l e s suficientementegrande,laenergaasociadaalsubnivel puede ser mayor que la correspondiente aotrosubnivel,aunqueesteltimoposeaunva l o r mayo r d e n. Sumando l o s va l o re s numricosden y de l se puede determinar el orden de llenado. 4s se llena primero que 5d porque: 4s = 4 + 0 = 4 y 3d = 3 + 2 = 5 Sestasumafueraigual,regiraelmenorvalorde n. As,4p se llena primero antes que 5s aunque la suma de los valores es igual. 4p = 4 + 1 = 5 y 5s = 5 + 0 = 5 Las dos excepciones al la regla anterior son 5d y 6d Paraencontrarlaconfiguracinelectrnicaseusa el mismo procedimiento anterior incluyendo estavezelnmeromximodeelectronesparacada orbital. TambinpodemosdescribirladistribucindeelectroneseneltomodeLitiocomo: 1s22s1 Estaeslallamadanotacinconvencional


Finalmente laConfiguracin q u e d a d e l a siguiente manera:

Ejemplo:

Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenandoelorbitaldemenorenergacondoselectronesquetendrndistintos. Elelectrnrestanteocupare l orb i ta l 2s , quees e l siguienteconmenorenerga: Laflechaindicaelvalordelcuartonmerocuntico. Loselectronesquetienennmerosdeespnopuestoscancelanlosefectosmagnticosysedice que son electrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s eneltomodeLitio.Demanerasimilardecimosqueelelectrnqueocupaelorbital2s e s t desapareado. PROPIEDADESMAGNTICASDELOSTOMOS Laspropiedadesmagnticasdeunasustanciapuedenrevelarciertainformacinsobreelarreglo de los e- enuntomoomolcula.Como1e- enuntomoactacomounpequeomagneto,lasatraccionesmagnticasentre2e- que tienen giros opuestos se cancelan una con laotraycomoresultadountomoquetienetodos los orbitales ocupados con los 2e- n o tienegiromagnticoneto.Sinembargo,untomoenelcualhaye- sin parear exhibe un giro magn t i co ne to , d i f e r en te de ce ro . Las propiedadesmagnticasdeuntomosepuedenobservar, y de acuerdo a esto las sustancias se clasifican en: 1)Paramagnticas:Sonsustanciasdbilmenteat ra das por uncampomagnt ico y esta atraccingeneralmenteeselresultadodee- sin parear. 2)Diamagnticas:sonsustanciasquetienentodos los e- pareados y por lo tanto no son atradasporuncampomagntico.

ConfiguracinElectrnicayla TablaPeridica

En1869elqumicorusoDimitriMendeleevpropusounatabulacinmsampliadelos

1s2 2s2 2p6 3s2

3p6 4s2

3d10 4p6 5s2

4d10 5p6 6s2

4f14 5d10 6p6 7s2

5f14 6d10 7p6


elementosbasadaenlarecurrenciaperidicayregular de las propiedades. Este segundo intento desistemaperidicohizoposiblelaprediccindelaspropiedadesdevarioselementosqueannohabansidodescubiertos.Porejemplo,Mendeleev propuso la existencia de un elemento desconocidoquel lamekaaluminio, cuya ubicacindebieraserinmediatamentebajoelaluminio. Cuando el galio fue descubierto cuatro a o s m s t a r d e , s e e n c o n t r q u e l a s propiedades predichas para el eka aluminio coincidannotablementeconlasobservadasenel galio.

En1913Moseleyordenloselementosdelatab la per id i ca usando comoc r i te r io de clasificacinelnmeroatmico.Enuncilaley peridica: "Siloselementossecolocansegnaumentasunmeroatmico,seobservaunavariacinperidicadesuspropiedadesfsicasyqumicas". Apartirdeentonceslaclasificacinperidicadeloselementossiguiesecriterio,puesenlostomosneutroselnmerodeprotonesesigualaldeelectronesyexisteunarelacindirectaentreelltimoorbitalocupadoporune- de un tomo(configuracinelectrnica)ysuposicinenlatablaperidica. Actualmentelatablaestordenadaen: Periodos.- un periodo es cada fila de la tabla. Actualmente hay siete filas horizontales que indicanelltimonivelenrgicoquetieneunelemento. Grupos.- Son cada una de las columnas de la tabla. Las 18 columnas (filas verticales) indican elnmerodeelectronesenlaltimacapa. Los elementos del mismo grupo tienen el mismo nmerodeelectronesensucapamsexterna

Clasificacinperidica De acuerdo con el tipo de subnivel que ha sido llenado, los elementos se pueden dividir en categoras: Elementos representativos, Gases nobles, Elementos de

transicin(ometalesdetransicin), Lantnidos y Actnidos.


Lo s e l emen to s r ep r e sen t a t i v o s s on l o s elementos de los grupos 1A hasta 7A, todos los cualestienenincompletoslossubnivelesspdelmximonmerocunticoprincipal. ConexcepcindelHe,losgasesnoblesqueconforman el grupo 8A tienen el mismo subnivel p completo. Losmetalesdetransicinsonloselementos1By del 3B hasta el 8B, los cuales tienen capas d incompletas,ofcilmenteformancationesconsubniveles d incompletos. Los elementos del grupo 2B son Zn, Cd, y Hg, que no son representat ivos ni metales de transicin. Aloslantnidosyactnidosselesllamatambinelementosdetransicininternadelbloquef porque tienen subniveles f incompletos.

Se clasifica en cuatro bloques: Bloque s: A la izquierda de la tabla, formado por los grupos 1 y 2. Bloque p: A la derecha de la tabla, formado por los grupos 13 al 18. Bloque d: En el centro de la tabla, formado por los grupos 3 al 12. Bloque f: En la parte inferior de la tabla.

Latablaperidicaestaestructuradademaneraquetodoslostomosdeunacolumnatienenlosmismos electrones de valencia. Aslosmetalesalcalinosdelaprimeracolumnatienentodosunelectrndevalenciaenunorbitals,elgrupodeloshalgenosquetienen7 electrones de valencia: dos en el orbital s y 5 en los t res orb i ta les p. S i agrupamos las columnasenfuncindelltimotipodeorbitalque se ha llenado tendremos:


A la izquierda, en l i la, estn losmetales alcal inos y alcalinotrreos,dondeseestnllenandolos orbitales s.

Amanoderecha,enverde,estn

los grupos del 13 al 18, en los cuales se estnllenandolosorbitalesp.

En la mitad de

latablaperidica,encoloramarillo,estnlosmetalesdetransicin,enloscualesseestnllenandolosorbitalesd.

Debajo de los

metalesdetransicinestnlasdosfilasde elementos en los cua les se es tnllenandolosorbitalesfloslantnidosylosactnidos.

LOCALIZACINDELOSELEMENTOS 1 periodo(lnea1):elprimerniveldeenergaconstadeunsoloorbitalatmico,1s.stepuedecontenercomomximodoselectrones. Elhidrgenotieneunsoloelectrn. El helio, un gas noble, tiene el primer nivel de energalleno.Esteestanestablequesesabequenoparticipaenningunareaccinqumica.

Elprincipioaufbauodeconstruccin

Slosepuedenocuparlosorbitalesconunmximodedose lectrones,enordencrecientedeenergaorbital:losorbitalesdemenorenergasellenanantesquelosdemayorenerga.

Ensuestado fundamental la d istr ibuc inelectrnicadeunelementoseconstruyeapartirdelinmediatoanterior,adicionndoleunelectrndemodoqueleconfieralamximaestabilidad(menorenerga). 2 Periodo(lnea2):Loselementosdelnmeroatmico3al10ocupanelsegundoperiodoolneahorizontaldelatablaperidica.ElsegundoniveldeenergaseencuentracompletamentellenoenlostomosdeNen.ElNenesungasnoble extremadamente estable; se sabe que no


participaenningunareaccin.

ParaelBoroelquintoelectrnsesitaenunorbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la mismaenerganoimportaculdeellosocupa. Enelcarbonoelsextoelectrnpodraocuparelmimo orbital que el quinto u otro distinto.

RegladeMximaMultiplicidadde Hund

Ladistribucinmsestabledeloselectronesen los subniveles es aquella que tenga el mayornmerodeespnesparalelos. P = 2S+1 Donde: S=l Se a p l i c a l a r e g l a d e Hund d e mx ima multiplicidad cuando un orbital p, d, o f e s ocupadopormsdeunelectrn. Esta regla dice que los electrones permanecen sin aparear con espines paralelos en orbitales de igualenerga,hastaquecadaunodeestosorbitalestenga,cuandomenosunelectrn. Supongamos 2 electrones en los orbitales p, existen dos posibilidades

Loselectronesserepelenentresyalocupardistintosorbitalespuedensituarsemslejosuno del otro. ElNencompletaelniveldosyaligualqueelHeliotieneunaconfiguracinestable. 3 Periodo(lnea3):El siguiente elemento despusdelNeneselSodio.Enlsecomienzaaaadirelectronesaltercerniveldeenerga.Los elementos del 11 al 18 ocupan el tercer


periododelatablaperidica. Lasconfiguracioneselectrnicaspuedentambinescribirse de manera abreviada escribiendo el smbolodelgasnoblequeleprecedeentrecorchetes, seguido de los electrones presentes por encima del gas noble. A los electrones que pertenecen a un nivel incompleto se les denomina electrones de valencia.

Aunqueeltercerniveldeenergaannoseencuentralleno(losorbitalesdestnvacos),elargnesungasnoble. TodoslosgasesnoblesconexcepcindelHeliotienenconfiguracioneselectrnicasns2 n p6 ( en donde nindicaelniveldeenergamsaltoquese encuentra ocupado). Los gases nobles son elementos que reaccionan muy poco. 4 Periodo(lnea4):Es un hecho observado de maneraexperimentalqueelelectrnocupaelorbitaldeenergainferiordisponible.Enlamayoradelostomoselorbital4ssellenaantes que los electrones penetren a los orbitales 3d. Cuando el subnivel 3d se encuentra lleno a toda su capacidad de 10 electrones comienza a llenarse los orbitales 4p, como ocurre en el gas nobleKriptn. Acontinuacinseexaminarnlasestructuraselectrnicasdelos 18 elementos de cuarto periodo, en detalle. Algunos tienen electrones en orbitales d.


Alestudiarestasconfiguracioneselectrnicas,sepuedevercmolamayoradeel lassepredicensegnelprincipiodeAufbau. Algunosconjuntosdeorbitalestienenenergatan cercana (por ejemplo, los 4s y 3d), que los cambiosdetipomenorensusenergasrelativaspueden ocasionar en ciertos casos un cambio en el orden de llenado. Laevidenciaqumicayespectroscpicaindicanque las configuraciones del Cr (Z = 24) y Cu (Z =29)tienenunsoloelectrnenelorbital4s.Susconjuntos3destnsemillenosyllenosrespect ivamente, en e l estado basal . Los clculosdeecuacionesdemecnicacunticaindicantambinquelosconjuntossemillenosyl lenos de orbitales equivalentes t ienen su estabi l idad mayor especial, puesto que su energaesmsbaja. Los subniveles semillenos y totalmente llenos sonmuchomsestablesquelosparcialmentellenos. Las configuraciones d5 y d10sonmsestablesque las parcialmente llenas. Debido a la elevada energadeintercambio(tratamientomecnicocuntico)queestimplicada. Aparentemente, este incremento de estabilidad basta para hacer quelaenergadelosorbitales3d sea inferior a la orbital 4s. Cr: [Ar] 3d54s1 Ag: [Kr] 4d105s1 Cu: [Ar] 3d104s1 Mo: [Kr] 4d55s1 Au: [Xe]4f14 5d106s1 Pd: [Kr] 4d10


Puede parecer sorprendente que no se produzca estetipodeexcepcinen,porejemplo,Ge(Z=32)oSi(Z=14),encuyocasopodraexistir unaconfiguracins1p3 con conjuntos semillenos orbitales s y p; pero esto no sucede debido a la energaconsiderablequeseparaalosorbitalesns y np. 5 Periodo(lnea5):Acontinuacin,sellenaelorbital 5s, los cinco orbitales 4d y los tres orbitales5p,hastallegaralxenn,otrogasnoble.

A partir del Cerio (elemento 58) se empiezan a llenar los orbitales 4f que pueden albergar en su conjunto 14 e lectrones. Estos e lementos adicionalesvienendespusdelLantanoyformanla serie de loslantnidosotierrasraras, que son elementos con los subniveles 4f incompletos oqueproducenfcilmentecationesconlossubniveles 4f incompletos. Lasenergadelosorbitales 5d y 4festnmuyprximasyasellantanotienelaconfiguracinelectrnica[Xe]6s2 5d1 y el cerio [Xe]6s2 5d14f1 DespusdelActino([Rn]7s2 6d1) viene la serie delosactnidosqueempiezaconelTorio([Rn]7s2 6d15f1)dndelamayoradeloselementosno se encuentran en la naturaleza sino que se han sintetizado. By pass Ungrannumerodeelementosdetransicininternapresentanestefenmeno,dondeelsubnivel debehacertransicinalprximosubnivel 92U:(81Rn)7s2, 5f4 : es incorrecto 92U:(81Rn)7s2, 5f3, 6d1 : es correcto 64Gd:(54Xe)6s2, 4f8 : es incorrecto 64Gd:(54Xe)6s2, 4f7, 5d1 : es correcto. Si tuvieran alguna consulta adicional u otro ejercicio en el que necesiten ayuda, mi e-mail es [email protected]. No hay camino hacia la verdad, la verdad es el camino. (Mahatma Gandhi)

Etiquetas: Qumica Estructura atmica de los tomos Publicado por Julio A las 6:43 p.m.


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