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ÁÁtomos polielectrtomos polielectróónicos 2nicos 2

Enrique Ruiz-TrejoEnrique Ruiz-TrejoDepartamento de FDepartamento de Fíísica y Qusica y Quíímica Temica Teóóricarica

Facultad de QuFacultad de QuíímicamicaUniversidad Nacional AutUniversidad Nacional Autóónoma de Mnoma de Mééxicoxico

ConfiguraciConfiguracióón electrn electróónicanica

Forma en que estForma en que estáán distribuidos losn distribuidos loselectrones en los distintos orbitaleselectrones en los distintos orbitalesatatóómicosmicos

Principio de Principio de AufbauAufbau o de o de building-building-upup o de construcci o de construccióón progresivan progresiva

Los electrones en el estado basal de un Los electrones en el estado basal de un áátomotomoocupan los orbitales con la mocupan los orbitales con la máás baja energs baja energíía dea detal forma que la energtal forma que la energíía electra electróónica total estnica total estééminimizadaminimizada

Las reglas cuLas reglas cuáánticas definen los tipos de orbitales atnticas definen los tipos de orbitales atóómicosmicosque pueden existir en un que pueden existir en un áátomotomo

El principio de exclusiEl principio de exclusióón de Pauli limita el nn de Pauli limita el núúmero demero deelectrones que pueden estar descritos por una funcielectrones que pueden estar descritos por una funcióónnde onda (que pueden ocupar un orbital atde onda (que pueden ocupar un orbital atóómico)mico)

ConfiguraciConfiguracióón electrn electróónica delnica delhidrhidróógeno en estado basalgeno en estado basal

Estado basal: estado de mEstado basal: estado de máás baja energs baja energííaa Reglas cuReglas cuáánticasnticas Principio de construcciPrincipio de construccióón progresivan progresiva La energLa energíía de ionizacia de ionizacióón es la energn es la energíía necesaria para arrancarle el electra necesaria para arrancarle el electróón al n al áátomo en su estadotomo en su estado

basal. Es equivalente a la transicibasal. Es equivalente a la transicióón correspondiente entre los estados n = 1 y n = n correspondiente entre los estados n = 1 y n = ∞∞..

H 1s1

Número cuánticoprincipal

Número cuántico demomento angular

Número de electronesen el orbital

E = -RZ2/n2=-13.6 eV

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ProblemasProblemas

¿¿Por quPor quéé ninguna de las siguientes ninguna de las siguientesconfiguraciones del H en estado basal es vconfiguraciones del H en estado basal es váálida?lida?

2s2s11 1p 1p11

¿¿CuCuáál es la energl es la energíía de ionizacia de ionizacióón del hidrn del hidróógeno?geno?

¿¿CuCuáál es la energl es la energíía del fota del fotóón emitido en la serien emitido en la seriede Lyman cuando nde Lyman cuando n__∞∞ para hidr para hidróógeno?geno?

ConfiguraciConfiguracióón electrn electróónica del He ennica del He enestado basalestado basal

¿¿1s1s112s2s11 ? ?

¿¿1s1s22 ? ?

Problema: Calcular la energProblema: Calcular la energíía de estas dosa de estas dosconfiguraciones sin considerar repulsiconfiguraciones sin considerar repulsióónn

electrelectróónicanica

EnergEnergíía de la configuracia de la configuracióón de Hen de He1s1s22, 1s, 1s112s2s11

1s2 1s12s1 Experimental(E Ionización)

Ener

gía

He2+, E = 0 eV

He1+, E = -54.4 eV

24.56 eV

E = -RZ2/n2==54.4 eV

13.6 eV

Sin repulsión electrónica

Repulsión interelectrónicaestimada29.84 eV

54.4 eV 54.4 eV

54.4 eV

Conclusión: He 1s2

ConfiguraciConfiguracióón electrn electróónica de He ennica de He enestado basalestado basal

He 1sHe 1s22

Los electrones se aparean en el mismoLos electrones se aparean en el mismoorbital cuando orbital cuando éésta es la opcista es la opcióón de menorn de menorenergenergííaa

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Diagrama de orbital y configuraciDiagrama de orbital y configuracióónnelectrelectróónicanica

↑↓

He 1sHe 1s22

↑Las flechas representan alos electrones y la direcciónal espín

H 1sH 1s11

↑↓ ↑

Li 1sLi 1s2 2 2s2s11

↑↓ ↑↓

↑↓ ↑↓

B 1sB 1s2 2 2s2s2 2 2p2pxx11

Be 1sBe 1s2 2 2s2s22

↑

Regla de HundRegla de Hund

La distribuciLa distribucióón mn máás estable de electroness estable de electronesen los orbitales es aquella que tenga elen los orbitales es aquella que tenga elmayor nmayor núúmero de espines paralelosmero de espines paralelos

↑↓ ↑ ↓ ↑ ↑C (Z=6)

2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz

Diamagnetismo y paramagnetismoDiamagnetismo y paramagnetismo

Sustancias paramagnSustancias paramagnééticas: atraidas por un imanticas: atraidas por un imanSustancias diamagnSustancias diamagnééticas: ligeramente repelidas por unticas: ligeramente repelidas por un

imimáánn

Electrones desapareados: ParamagnElectrones desapareados: ParamagnééticoticoElectrones apareados: DiamagnElectrones apareados: Diamagnééticotico ↑↓

↑ ↑

Configuraciones electrConfiguraciones electróónicas paranicas paralos primeros 10 elementoslos primeros 10 elementos

1s1s222s2s222p2p66↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓1010NeNe1s1s222s2s222p2p55↑↑↓↑↓↑↓↑↓99FF1s1s222s2s222p2p44↑↑↑↓↑↓↑↓88OO1s1s222s2s222p2p33↑↑↑↑↓↑↓77NN1s1s222s2s222p2p22↑↑↑↓↑↓66CC1s1s222s2s222p2p11↑↑↓↑↓55BB1s1s222s2s22↑↓↑↓44BeBe1s1s222s2s11↑↑↓33LiLi1s1s22↑↓22HeHe1s1s11↑11HHSSíímbolombolo2p2pzz2p2pyy2p2pxx2s2s1s1sZZ

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Configuraciones electrConfiguraciones electróónicasnicas

Diagrama de niveles energDiagrama de niveles energééticos calculadoticos calculadomediante el modelo de aproximacimediante el modelo de aproximacióónnorbitalorbital

Principio de construcciPrincipio de construccióón progresivan progresiva Principio de exclusiPrincipio de exclusióón de Paulin de Pauli Regla de HundRegla de Hund

Orden de llenado de los orbitalesOrden de llenado de los orbitales

¡Cuidado! Este orden no es estricto, es sólo una ayudanemotécnica.

Configuraciones electrConfiguraciones electróónicasnicascon Z >10con Z >10

Na Na 1s1s222s2s222p2p663s3s11

[Ne]3s [Ne]3s11

Mg Mg 1s1s222s2s222p2p663s3s22

[Ne]3s [Ne]3s22

AlAl 1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p11

[Ne]3s [Ne]3s223p3p11

La naturaleza de la configuraciLa naturaleza de la configuracióón de los electrones mn de los electrones máás externos ess externos esla que determina la qula que determina la quíímica de un elementomica de un elemento

Configuraciones electrConfiguraciones electróónicas delnicas delprimer periodo largoprimer periodo largo

ScSc [Ar]4s[Ar]4s223d3d11

TiTi [Ar]4s[Ar]4s223d3d22

VV [Ar]4s[Ar]4s223d3d33

CrCr [Ar]4s[Ar]4s113d3d55

MnMn [Ar]4s[Ar]4s223d3d55

FeFe [Ar]4s[Ar]4s223d3d66

CoCo [Ar]4s[Ar]4s223d3d77

NiNi [Ar]4s[Ar]4s223d3d88

CuCu [Ar]4s[Ar]4s113d3d1010

ZnZn [Ar]4s[Ar]4s223d3d1010

Estabilidad ligeramente mayor consubniveles 3d5 semillenos o llenos 3d10

↑ ↑ ↑ ↑↑↑[Ar]

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓↑↓↑[Ar]

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Electrones de valenciaElectrones de valencia

LosLos electrones electrones m mááss externos externos ( (nnúúmero cumero cuáánticontico principal principal m mááximoximo) se) sellaman electronesllaman electrones de de valencia valencia..

LosLos electrones electrones de de valencia valencia del del nitr nitróógenogeno son son los los 2s y 2p, 2s y 2p, para para el el sodio sodioel electrel electróón den de valencia es valencia es el 3s. el 3s.

LosLos electrones electrones de de valencia valencia son son importantes porque est importantes porque estáán involucradosn involucradosen el enlaceen el enlace qu quíímicomico.. Elementos Elementos con similar con similar configuraci configuracióónn de de los loselectroneselectrones de de valencia muestran comportamiento qu valencia muestran comportamiento quíímicomico similar. similar.LosLos electrones electrones m mááss internos internos,, llamados tambi llamados tambiéén electronesn electrones de de corazacoraza,,nono participan participan en el enlace. en el enlace.

Tabla periTabla perióódicadica

PreguntasPreguntas

Escribe los valores de los cuatro nEscribe los valores de los cuatro núúmeros cumeros cuáánticos denticos delos electrones que pueden ocupar el subnivel 3dlos electrones que pueden ocupar el subnivel 3d

¿¿Por quPor quéé hay 14 hay 14 áátomos en la serie de los lanttomos en la serie de los lantáánidos?nidos? Escribe la configuraciEscribe la configuracióón electrn electróónica del europio. Explicanica del europio. Explica

como estcomo estáán distribuidos los 7 electrones 4f.n distribuidos los 7 electrones 4f. Se sabe que el Pd (Z = 46) es diamagnSe sabe que el Pd (Z = 46) es diamagnéético. tico. ¿¿CuCuáál es sul es su

configuraciconfiguracióón electrn electróónica?nica? Un Un áátomo neutro tiene 15 electrones. Sin consultar latomo neutro tiene 15 electrones. Sin consultar la

tabla peritabla perióódica conteste las siguientes preguntas: a)dica conteste las siguientes preguntas: a)¿¿CuCuáál es la configuracil es la configuracióón electrn electróónica del estado basal delnica del estado basal delelemento? elemento? ¿¿Los Los áátomos de este elemento sontomos de este elemento sondiamagndiamagnééticos o paramagnticos o paramagnééticos?ticos?

ResumenResumen

RepulsiRepulsióón interelectrn interelectróónicanica PenetraciPenetracióón de orbitalesn de orbitales Apantallamiento del nApantallamiento del núúcleocleo NNúúmero cumero cuáántico de espntico de espíínn Principio de exclusiPrincipio de exclusióón de Paulin de Pauli Reglas de HundReglas de Hund Principio de construcciPrincipio de construccióón progresivan progresiva Paramagnetismo y DiamagnetismoParamagnetismo y Diamagnetismo Electrones de valenciaElectrones de valencia