Apuntes de configuracion electronica PDF

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Generalidades de modelo cuántico del átomo La tabla periódica está organizada en familias y periodos, siendo las familias son los grupos o columnas y los periodos son los renglones. Dicho lo cual, en la tabla siguiente, se ejemplifica cómo determinar a “n” (nivel de energía) en la tabla periódica, en función del número atómico, el cual proporciona la ubicación.

Elemento Sodio Yodo Mercurio Nitrógeno Francio

Símbolo Na I Hg N Fr

Número atómico 11 53 80 7 87

n 3 5 6 2 7

Distribución de los electrones de un átomo: Los electrones de un elemento se distribuyen en los subniveles que son espacios energéticos ubicados entre los niveles de energía.

Estos subniveles no son los mismos para cada nivel de energía. Los subniveles conocidos son s, p, d y f.

Y cada subnivel está constituido por un cierto número de orbitales que va creciendo en forma impar : s (1), p (3), d (5) y f (7). A su vez, cada orbital tiene capacidad para alojar como máximo a 2 electrones: Ejemplo: Si el subnivel s tiene un orbital y tiene cabida para dos electrones: 1 *2 = 2 Si el subnivel p tiene 3 orbitales y en cada uno caben 2 electrones: 3 * 2 = 6 Si el subnivel d tiene 5 orbitales y como máximo 2 electrones por orbital: 5*2 = 10

Por lo tanto, el número de electrones que puede existir en un nivel, está en función de los subniveles contenidos. Así se tiene que para los primeros 4 niveles de energía, el número de electrones se pudiera calcular con la fórmula 2n2, en donde n es el nivel de energía (1, 2, 3, etc)

Del 5° al 7° nivel de energía no cumplen con esta fórmula, pero si graficáramos estos valores, podríamos construir una campana de Gauss, quedando

Diagrama energético: Se trata del acomodo de los electrones en los diferentes orbitales de cada subnivel, se representan con flechas verticales, las cuales tienen dos sentidos (ascendente, descendente) y el acomodo obedece a dos conceptos que se explican en la parte inferior, el principio de exclusión de Pauli y regla de Hund

Enunciados auxiliares a) Bohr: “Los electrones se encuentran acomodados en el nivel de mínima energía (estado basal o fundamental). b) Principio de Incertidumbre de Heisemberg: “Debido al movimiento cambiante y acelerado de los electrones, es imposible establecer la ubicación permanente de los mismos c) Schrödinger: “Establece el REEMPE, mediante la determinación de los cuatro números cuánticos”: (REEMPE: Región Espacio Energética de Manifestación Probabilística Electrónica) d) Principio de exclusión de Pauli: “En un orbital, puede haber MÁXIMO, hasta dos electrones de spin opuesto. Dos electrones de un mismo átomo no pueden tener números

cuánticos

iguales”.

Los electrones pueden

ocupar

el

mismo orbital solamente si sus espines son diferentes. Por lo cual, el cuarto número cuántico, el giro “spin” debe ser opuesto uno del otro. e)

Regla de Hund: “Al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, llenando los orbitales con la multiplicidad mayor. La configuración atómica es más estable (es decir, tiene menos energía) cuanto más electrones desapareados (espines paralelos) posee.“

f) Regla

de

Moeller:.

Para

poder

expresar

la configuración

electrónica correspondiente a cada elemento, se desarrolló el diagrama de Moeller, mismo que representa gráficamente el orden energético (menor a mayor energía) en que los electrones llenan los orbitales en una estructura atómica g) Principio de de llenado progresivo Aufbau. Los electrones pasan a ocupar los orbitales de menor energía, y progresivamente se van llenando los orbitales de mayor energía. En un subnivel, se va acomodando primero un electrón por orbital en un solo sentido, si faltasen electrones por acomodar, se regresa al primer orbital y se acomodan progresivamente en sentido contrario.

REGLA DE DIAGONALES (MOELLER)

Configuración electronica: Siguiendo la regla de diagonals que didácticamente se dibujó con colores, el orden para realizar la configuración electronica es la siguiente:

1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2,3d10,4p6,5s2,4d10,5p6,6s2,4f 14,5d10,6p6,7s2,5f14,6d10,7p6 La secuencia está en función de alcanzar el número atómico de un elemento en particular. Tener en cuenta que se suman los electrones de cada subnivel que están simbolizados como exponentes de los mismos.

Elemento

Configuración electrónica

Magnesio

Número Atómico 12

Boro

5

1s2, 2s2, 2p1 2+2+1= 5

Carbono

6

1s2, 2s2, 2p2

Oxígeno

8

1s2, 2s2, 2p4

Cromo

24

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d4 2+2+6+2+6+2+4= 24

Cobalto

27

1s2, 2s2, 2p6, 3s2 2+2+6+2= 12

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d7 2+2+6+2+6+2+7 = 27

Diagrama energético: Es la representación del acomodo de los electrones en los orbitales, que como ya se mencionó, depende del subnivel en el que se encuentran, además del principio de exclusión de Pauli y de la regla de Hund. En la tabla inferior se observa que cada orbital

Por lo tanto, el acomodo y numeración de los electrones sería así

NÚMEROS CUÁNTICOS Los números cuánticos son “coordenadas” mediante los cuales se puede “predecir” la ubicación “probable” de un electrón en un momento dado. Se conocen cuatro números cuánticos.

n = Número principal (niveles de energía requeridos para acomodar electrones): K=1, L=2, M=3, N= 4, O=5, P=6, Q=7. Que son el número del periodo indicado en la parte extrema izquierda. En algunas tablas se indica con letras: K(1), L(2), M(3), N(4), O(5), P(6) y Q(7)

l = Número secundario (azimutal o de dirección). Indica el tipo de subnivel en el cual se localiza un electrón, relacionándolo con su forma. Toma el valor de 0 a 3 Subnivel S p d f

Valor de l 0 1 2 3

m = Número terciario (magnético. Representa la orientación posible en la que pueda estar el electrón en ese momento. Toma valores +3 a

– 3

pasando por el origen (0).

s = Giro del electrón sobre su propio eje (spin). Puede adoptar 2 valores. Si gira hacia la derecha (+½), si gira a la izquierda (-½)

Definición de números cuánticos Ejemplo: Realizar la configuración electrónica, el diagrama de energía y determinar los números cuánticos para el carbono, teniendo como dato que el número atómico del elemento es 6.

C

6

Su configuración electrónica es : 1s 2, 2s2, 2p2, por lo que su diagrama de energía quedaría así: ↑ ↓ ↑↓ ↑ ↑ ❑ 0 0 −1 0 +1 2 2 2 1 s 2s 2p

A cada electrón le corresponde un número cuántico, por lo que para el carbono se tienen 6 números cuánticos. Para el presente caso y en el resumen de la tabla siguiente, se calcularán los números cuánticos del electrón diferencial, es decir, el último electrón que se escribe en la configuración electrónica y que se dibuja en el diagrama de energía, es decir del electrón 6.

De esta forma, los números cuánticos dependen de la ubicación de tal electrón, siendo los siguientes: Electrón # 1 2 3 4 5 6

n 1 1 2 2 2 2

l 0 0 0 0 1 1

m 0 0 0 0 1 1

s +½ -½ +½ -½ +½ +½

Regla de Kernel: Es una forma de simplificación de la configuración electrónica de un elemento sustituyendo los electrones anteriores a la capa de valencia por la configuración del gas noble al que corresponden (cuyos orbitales están completos) entre corchetes y seguido de los electrones restantes.

Configuración electrónica

Elemento 13

Aluminio

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1

Potasio

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s 1

Cobre

1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d9

19

29

47

Plata

Bario

56

n

l

m

s

Al = 10[ Ne], 3s 2, 3p1

3

1

-1

+½

19

K = 18[ Ar], 4s1

4(3)

0

0

+½

Cu = 18[ Ar], 4s2, 3d9

4(3)

2

+1

-½

Ag = 36[ Kr], 5s2,4d9

6(5)

0

0

-½

Ba = 54[ Xe], 6s2

6(5)

0

0

-½

Regla de Kernel 13

29

1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2, 3d10,4p6,5s2,4d9 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,4s2, 3d10,4p6,5s2,4d10,5p6, 6s2

47

56

ACTIVIDAD: Desarrollar la configuración electrónica, diagrama energético y clcular los números cuánticos para los siguientes casos: Magnesio

electrón #5

Ión magnesio

electrón # 8

Cloro

electrón #13

Ión cloruro

electrón diferencial (el último)

Selenio

electrón 14

Ión selenuro

electrón # 25...