Configuración electrónica y números cuánticos

La configuración electrónica en la corteza de un átomo es la distribución de sus electrones en los distintos niveles y orbitales. Los electrones se van situando en los diferentes niveles y subniveles por orden de energía creciente hasta completarlos. Es importante saber cuántos electrones existen en el nivel más externo de un átomo pues son los que intervienen en los enlaces con otros átomos para formar compuestos.

Zona extranuclear o corona: es donde se encuentra los electrones a distancias relativamente grande del núcleo y girando alrededor de él a altas velocidades. Su carga es negativa.

Orbitales Un orbital atómico, se puede decir que es una

zona del espacio donde hay una gran probabilidad, casi mayor del 90%, de encontrar al electrón, lo que supone poder considerar al electrón o electrones, como una nube indefinida cargada que gira entorno al núcleo, donde hay mayor densidad en las zonas donde la probabilidad de encontrar al electrón, es mayor.

Orbitales atómicosTipo de orbital Nº máximo de

electroness 2

p 6

d 10

f 14

En un orbital s pueden caber 0, 1 o 2 electrones, pero no más.

En un orbital p pueden caber 0, 1, 2, 3, 4, 5 o 6 electrones, pero no más.

SUBNIVELES DE ENERGÍA

DEFINICIÓN Son regiones más

pequeñas, más angostas donde se localizan los electrones.

Son parte de los niveles de energía y son nombrados según la característica de las líneas espectrales de la emisión atómica

Se llaman también número quántico secundario o azimutal. Se representa con la letra l

Son 4 los subniveles:

SUBNIVEL NOMBRE CARACTERÍSTICA DEL ESPECTRO

s Sharp Nítidas pero de poca intensidad

p Principal Líneas intensas

d Difuso Líneas difusas

f Fundamental Líneas frecuentes

FÓRMULA PARA DETERMINAR EL No DE e-EN CADA SUBNIVEL

Se aplica la fórmula 2( 2l + 1)

Valor cuántico de los subniveles: s=0, p=1, d=2 y f=3.

SUBNIVEL FÓRMULA2( 2l + 1)

S 2(2(0)+1)= 2e-

p 2(2(1)+1)= 6e-

d 2(2(2)+1)= 10e-

f 2(2(3)+1)= 14e-

• Dentro de cada nivel ,existen además subniveles u orbitales con probabilidad de encontrarnos electrones.

Nivel Max de e- Subnivel u orbitales Max de e-

1 2 s 22

2 8s 22p 66

3 18s 22p 66d 1010

4 32

s 22p 66d 1010f 1414

5 32

s 22p 66d 1010f 1414

6 18s 22p 66d 1010

Números cuánticos

El modelo atómico de Bohr introdujo un sólo número cuántico (n) para describir una órbita. Sin embargo, la mecánica cuántica, requiere de 3 números cuánticos para describir al orbital (n, l, m,s):

Los números cuánticosLos números cuánticos se denominan con las letras n, m, l y s y nos indican la posición y la energía del electrón. Ningún electrón de un mismo átomo puede tener los mismos números cuánticos.Los números cuánticos son:Numero cuántico principalNumero cuántico secundarioNumero cuántico magnéticoNumero cuántico de spin

Esp. Luis Eduardo Olmos

Numero cuántico principalSe representa con la letra n, indica el nivel de energía donde se encuentra el electrón, asume valores enteros positivos, del 1 al 7.Dicho de otra manera el número cuántico principal determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la distancia al núcleo de un electrón vendrá determinada por este número cuántico.

Esp. Luis Eduardo Olmos

Número cuántico principal (n):

Representa al nivel de energía y su valor es un número entero positivo (1, 2, 3, ....)

Se le asocia a la idea física del volumen del orbital.

n = 1, 2, 3, 4, .......

Numero cuántico secundarioSe representa con la letra l, identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la forma del orbital, los cuales pueden ser s, p, d y f (0, 1, 2 y 3).Sus valores dependen del número cuántico principal "n", es decir, sus valores son todos los enteros entre 0 y (n-1), incluyendo al 0. Ejemplo: n = 4; l = 0, 1, 2, 3.

Esp. Luis Eduardo Olmos

Número cuántico secundario o azimutal (l):

Identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la forma del orbital.

Sus valores dependen del número cuántico principal (n), es decir, sus valores son todos los enteros entre 0 y n - 1, incluyendo al 0.

Tipo de orbital

Valor l

Nº orbitales

Nº e-

s 0 1 2

p 1 3 6

d 2 5 10

f 3 7 14

Numero cuántico magnéticoSe representa con la letra m, indica la orientación de los orbitales de un mismo subnivel en el espacio. Esta orientación espacial se representa en función de las coordenadas x, y, z.Asume valores del número cuántico secundario negativo (-l) pasando por cero, hasta el número cuántico positivo (+l). Ejemplo: Si n = 2, entonces l=n-1; l= 2-1; l= 1l = 0, 1, m = -1, 0, +1, Por tanto, el orbital p, al que le corresponde la asignación l= 1, tendrá tres orientaciones a saber: px, py , pz Esp. Luis Eduardo Olmos

Número cuántico magnético (m o ml):

Describe las orientaciones espaciales de los orbitales.

Sus valores son todos los enteros entre -l y +l, incluyendo al 0.

Tipos de números cuántico magnético

Esp. Luis Eduardo Olmos

Numero cuántico spin Se representa con la letra s, que describe la orientación del giro del electrón. Un orbital puede albergar dos electrones como máximo; por lo tanto, estos se diferencian entre sí por el sentido del giro sobre su eje. Cuando dos electrones ocupan el mismo orbital, sus sentidos de giro son opuestos.Asume únicamente dos valores +1/2 y -1/2.

Esp. Luis Eduardo Olmos

Número cuántico de spin (s o ms): Informa el sentido del giro del electrón en un

orbital. Indica si el orbital donde ingreso el último

electrón está completo o incompleto. Su valor es +1/2 o -1/2

Valor de m según el ingreso del último electrón al orbital.

En una configuración electrónica, un electrón puede ser representado simbólicamente por:

Los números cuánticos para el último electrón en este ejemplo serían:n = 3 l = 1 m = -1 s = +1/2

3p1

Indica la cantidad de electrones existentes en un tipo de orbital

Indica el número cuántico secundario (l)

Indica el número cuántico principal (n)

Configuración electrónica

Corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía.

Configuración electrónica y principios que la regulan

Principio de establece que los electrones irán ocupando los niveles de más baja energía.

1. Principio de Construcción

Principio de exclusión de Pauling

Establece que no pueden haber 2 electrones con los cuatro números cuánticos iguales.

Primer electrónn= 1 l= 0 m= 0 s= +1/2 Segundo electrónn= 1 l= 0 m= 0 s= -1/2

Principio de máxima multiplicidad: Regla de Hund Establece que para orbitales de igual energía, la

distribución más estable de los electrones, es aquella que tenga mayor número de espines paralelos, es decir, electrones desapareados. Esto significa que los electrones se ubican uno en uno (con el mismo espin) en cada orbital y luego se completan con el segundo electrón con espin opuesto.

Escribiendo configuraciones electrónicas Conocer el número de electrones del átomo (Z =

p = e). Ubicar los electrones en cada uno de los niveles

de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo.

Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (orbital s = 2e, p =6e, d = 10e y f = 14e).

Verificar que la suma de los superíndices sea igual al número de electrones del átomo.

11Na Configuración

electrónica para 11 electrones

1s2 2s2 2p6 3s1

Números cuánticos

n = 3 = 0 m = 0

Notación global

Entre los elementos cuya configuración electrónica no puede ser predicha por la regla de las diagonales se encuentran el cromo, cobre, niobio, molibdeno,rutenio, rodio, paladio, plata , lantano, cerio, gadolinio, platino, oro, actinio, torio, protactinio, uranio, neptunio, plutonio y curio (los nombres en rojo son los de elementos importantes para el hombre).No olvides que, de entrada, un subnivel no podrá comenzar a llenarse si todos los orbitales de un subnivel de menor energía a él no se han llenado por completo

Con el cromo (Cr Z = 24) surge otra aparente anomalía porque su configuración es [Ar] 3d5 4s1. La lógica de llenado habría llevado a [Ar] 3d4 4s2, sin embargo la distribución fundamental correcta es la primera. Esto se debe a que el semillenado de orbitales d es de mayor estabilidad, puesto que su energía es más baja.

Con el cobre Cu Z = 29 sucede algo similar al cromo, puesto que su configuración fundamental es [Ar] 3d10 4s1. La configuración [Ar] 3d9 4s2 es de mayor energía. La configuración con 10 electrones en orbitales d, es decir, el llenado total de estos orbitales es más estable.

Notación global externa Es más compacta que la anterior. Se remplaza parte de la configuración

electrónica por el símbolo del gas noble de Z inmediatamente anterior al elemento.

Gases nobles: 2He; 10Ne; 18Ar; 36Kr; 54Xe; 86Rn.

1s2 2s2 2p6 3 s 1

(10Ne) 3s1

Configuración de iones

Cationes: Átomos que pierden electrones Aniones: Átomos que ganan electrones.

11Na+

16S2-

1s2 2s2 2p6

(10Ne) 3s23p6

10 e-

18 e-