Configuración Electrónica II

Cuadro resumen de los orbitales que hay en cada nivel de energía

Para distribuir los electrones dentro de un átomo , se han establecido una serie de reglas que responden a los principios de la Teoría Mecánico-Cuántica, y que permiten representar las configuraciones electrónicas de los átomos o la distribución de los electrones en los diferentes orbitales atómicos.

REGLAS PARA ESCRIBIR LAS CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS.

1.- Principio de exclusión de Pauli :

2e- en un átomo no pueden tener el mismo conjunto de 4 números cuánticos. Por lo tanto el nº máx. de e- por orbital es 2

2.- Diagrama de niveles de energía :

Para átomos con más de un e- ,la energía queda determinada por los nºs cuánticos n, l,así se pueden establecer los distintos niveles de energía de los orbitales de un átomo.

Los orbitales se llenan de acuerdo a su energía ,principio de AUFBAUF (construcción), este principio establece que la adición de un e- a un átomo este ocupará un nivel de más baja energía disponible; será más atraído por el núcleo.

3.- Regla de Hund ( máx. multiplicidad)

Cuando existen disponibles orbitales de energía idéntica ( orbitales degenerados) por ejemplo p ó d los e- tienden a ocuparlos de uno en uno y no de a pares .

Ejemplo : escribir la configuración electrónica de un elemento cuyo Z=18

UN EJEMPLO: EL ÁTOMO DE OXÍGENO

¿Qué debo tener en cuenta si realizo la configuración electrónica para el átomo de oxígeno?

Necesitamos saber el orden en que se van llenando los distintos subniveles. Los electrones van ocupando los subniveles disponibles en el orden en que aumenta su energía.

La configuración electrónica del átomo de oxígeno resultante es: 8O: 1 s2 2 s2 2 p4

Recuerda la regla de las diagonales

¿Qué debo tener en cuenta para usar los casilleros cuánticos?

Para representar la configuración electrónica de cualquier átomo mediante casilleros cuánticos O DIAGRAMA DE ORBITALES debo tener presente la REGLA DE HUND. 3 px 2 3 py 2 3 pz 1

Regla de Hund: En un mismo subnivel, los electrones no se aparean hasta que no haya un electrón en cada orbital.

Representación mediante casilleros cuánticos para el OXÍGENO

Para escribir fácil y correctamente la configuración electrónica de cualquier átomo, debes seguir la regla de las diagonales que aparece en el esquema siguiente, sólo debes seguir la flecha e ir completando el número máximo de electrones que acepta cada orbital. Este mismo diagrama aparece en el reverso de la tabla periódica.

Ejemplo: Escribe la configuración electrónica del hidrógeno H Z=1

RESPUESTA: Si Z=1 significa que el átomo tiene 1 electrón, y si este es un átomo neutro tendrá 1 electrón, este único electrón se distribuirá , según las reglas anteriores, en el nivel 1 ( de menor energía) y en el orbital s, lo que se representa 1s1 Ejemplo: Escribe la configuración electrónica del Helio He Z=2

RESPUESTA: 1s2 , significa que en el nivel 1, en el orbital s hay 2 electrones ( uno con spin +1/2 y otro con spin –1/2) Ejemplo: escribe la configuración electrónica del Litio Li Z=3

RESPUESTA: 1s2 2s1 , esta configuración también se puede representar por un diagrama de orbitales como el siguiente:

1s2

2s1

En el diagrama de orbitales las flechas representan los electrones, con diferente spin (+1/2 o –1/2) y cada cuadro representa un orbital.

EJERCITA: 1.- a.- Escribe la configuración electrónica de los átomos con n°atómicos desde 4 a 10, escribe también el nombre y el símbolo del elemento respectivo. b.- Dibuja el diagrama de orbitales para cada elemento

2.- Completa el siguiente cuadro:

Sistema periódico

Las configuraciones electrónicas nos sirven de criterio para clasificar los diferentes elementos químicos, pilares básicos de la materia : agrupados según su configuración electrónica, podemos comprender porque presentan propiedades comunes .

Por ejemplo la clasificación hecha por ti en el ejercicio anterior, dice que H, Li, Na y K tiene la misma configuración electrónica; igual, Cl y Br ; esto significa que H, Li, Na y K pertenecen a un mismo grupo de elementos, que tienen todos sólo 1 electrón de valencia .

Pertenecen al Grupo IA del Sistema Periódico, en cambio el Cl y el Br que tiene 7 electrones de valencia, pertenecen al Grupo VIIA del Sistema Periódico. Como puedes ver en el Sistema periódico, existe un orden, que se basa en el número atómico de cada elemento; estos se ubican de menor a mayor Z en la Tabla y se disponen en filas, llamadas períodos y en columnas verticales llamadas grupos.

GRUPOS: Líneas verticales que contienen átomos con igual configuración electrónica externa (último nivel). Es decir todos los átomos de un mismo grupo poseen igual número de electrones de valencia

Distribución electrónica y sistema periódico

Veamos en la Tabla Periódica: el Grupo al que pertenece un elemento depende de su configuración electrónica. Esto quiere decir que el orden en que se llenan los subniveles electrónicos es el que establece la estructura del sistema periódico. Referencias:

— Elementos representativos con el electrón de valencia en subnivel s –Elementos representativos con el electrón de valencia en subnivel p –Elementos de transición con el electrón de valencia en subnivel d — Elementos de transición interna con el electrón de valencia en subnivel f

RECUERDA QUE LOS ELECTRONES DE VALENCIA CORRESPONDEN A LOS ELECTRONES DEL ULTIMO NIVEL DE ENERGIA Y CORRESPONDEN EN NUMERO AL NUMERO DEL GRUPO AL CUAL PERTENECE EL ATOMO.

Por ej. el oxigeno pertenece al grupo via eso indica que el número de electrones de valencia de este atomo es de seis.compruébalo: escribe la configuración del 80 z= 8

GRUPO I A

H 1s1 Li 1s22s1 Na 1s22s22p63s1 K 1s22s22p63s23p64s1

TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA POSEEN 1 ELECTRÓN DE VALENCIA.

GRUPO II A

Be 1s2 Mg 1s22s22p63s2 Ca 1s22s22p63s23p64s2

TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IIA POSEEN 2 ELECTRONES DE VALENCIA.

Los electrones de valencia son muy importantes ya que son los que pueden pasa de un átomo a otro para formar enlaces y formar compuestos químicos, por lo que hablan de la reactividad de cada átomo.

PERÍODOS: Son las líneas horizontales de la tabla y también se relacionan con la configuración electrónica del último nivel. El período al que pertenecen queda indicado por el número que precede al orbital. Todas las configuraciones externas que poseen 1s pertenecen al período 1. Todas las configuraciones externas que se escriben 2s2p pertenecen al período 2.

EL PERÍODO INDICA EL NIVEL DE ENERGÍA. EJEMPLO: H Z=1 1s1 He Z=2 1s2 , pertenecen al período 1 Li Z=3 1s22s1 ,Be Z=4 1s22s2 ,B Z=5 1s22s22p1 ,C Z=6 1s22s22p2, pertenecen al período 2

EJERCICIO: Escribe las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos y di a que grupo y período pertenecen: N Z=7 S Z= 16 RbZ= 37 Cl Z= 17

De acuerdo a la configuración electrónica los elementos químicos se clasifican como:

GASES NOBLES ELEMENTOS REPRESENTATIVOS ELEMENTSO DE TRANSICIÓN GASES NOBLES: Se ubican en el extremo derecho de la tabla periódica , en el grupo 0 o 18 , a este grupo pertenecen los elementos Helio He, Neón Ne, Argón Ar, Kriptón Kr, Xenón Xe, y Radón Rn. Todos los átomos de este grupo excepto el helio, tienen 8 electrones de valencia , lo que les confiere una gran estabilidad ya que presentan sus orbitales completos con una configuración ns2np6, donde n representa el nivel de energía más externo. La característica principal de estos elementos es su escasa reactividad debida a que por tener completo su último nivel, no ceden ni aceptan electrones.

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: Se ubican en los grupos A del Sistema Periódico y tienen sus electrones de valencia ubicados en los orbitales s o p . Sus configuraciones externas van desde ns1 hasta ns2np5, excluyendo el ns2 que corresponde al helio que es un gas noble por tener el orbital completo.

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN: Se ubican el los grupos B de la tabla periódica ;estos átomos presentan configuraciones más complejas , ya que los electrones de valencia se ubican en los orbitales d o f EJERCICIO: Escribe la configuración electrónica de los elementos Na Z=11, O Z=8, P Z=15 , Co Z=27, Cu Z=29, Si Z=14 y de acuerdo a su configuración electrónica di a que grupo y a que período pertenece cada elemento y que tipo de elemento es (gas noble, elemento representativo o elemento de transición).

Los elementos químicos adoptan "actitudes" para obtener estabilidad tratando siempre de parecerse a los gases nobles, según la actitud que adoptan los elementos se pueden clasificar en: elementos metálicos y no metálicos: Los elementos metálicos son aquellos que ceden electrones para estabilizarse y espontáneamente reaccionan con los elementos no metálicos que necesitan electrones para alcanzar la estabilidad, por lo tanto los no metálicos captan los electrones que ceden los metálicos.

EJERCICIO: Busca en tu tabla periódica 3 elementos representativos y 3 elementos de transición , escribe su configuración electrónica y clasifícalo como metálico o no metálico.

EJERCICIOS 1. Escriba el número máximo de electrones que se puede localizar en cada uno de los siguientes sitios:

• un orbital b) el subnivel p c) un átomo de litio

d) el segundo nivel de energía e) el subnivel 3p del átomo de azufre f) el tercer nivel de energía del Sí

• Identifique la especie química para las siguientes configuraciones electrónicas (en caso de estar mal asignadas corrígelas

• 1s2 2s2 2p6 3s2 b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p1 3d9

c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 d) 1s2 2s2 2p2 3s2 3p2 3. Escriba la configuración electrónica del ión Cl- Z=17 e indique a lo menos 4 especies isoelectrónicas. 4. Escriba la configuración electrónica para los átomos con las siguientes características e indique sin mirar la tabla periódica el grupo, periodo y tipo de elemento.

• el primer átomo del grupo IA con un electrón exterior 3s

• átomo(s) del grupo VIIA con electrones 4p

• átomo(s) del grupo IA sin orbitales d ocupados

• átomos del 3° periodo que contienen más de 4 electrones exteriores

• átomo(s) que contiene(n) únicamente electrones s y p

5. Identifica el orbital de menor energía entre a) 4s y 3d b) 5d y 6p 6. Identificar el grupo, familia y tipo de elemento y/u otra localización en la tabla periódica de cada uno de los elementos con la configuración electrónica más externa.

• ns2np3

• ns2(n-1)d10np5

• ns2

7.Las configuraciones electrónicas para los siguientes átomos son incorrectas. Explique qué errores se han cometido en cada una y escriba las configuraciones correctas:

(Al( : 1s22s22p43s23p3 (B( : 1s22s22p5 (F( : 1s22s22p6 8.Identifique a qué atomo corresponde cada configuración electrónica. Reescriba cada configuración en términos de aquella del gas noble precedente (KERNELL).

• a) 1s22s22p63s2

• b) 1s22s22p63s23p64s23d104p3

9.Escriba la configuración electrónica de los siguientes iones y la carga cuando corresponda,

• a) 7 N-3 =

• b) 13 Al+3 =

• c) 29 Cu+ n, n°e- = 27

• d) 4 Be +2 =

10 .Un cierto elemento neutro tiene 2 electrones en el primer nivel, 8 electrones en el segundo nivel, 18 electrones en el tercer nivel y 3 electrones en el cuarto nivel. Enuncie la información siguiente para este elemento:

• a) número atómico

• b) número total de electrones s

• c) número total de electrones p

• d) número total de electrones d

• e) número de protones

• f) grupo y periodo a los cuales pertenece

• g) nombre y símbolo del elemento

• h) configuración electrónica usando el kernel de gas noble

Propiedades atómicas periódicas

La configuración electrónica de los elementos muestra una variación periódica al aumentar el número atómico Z . Como consecuencia de esta variación, los elementos también presentan variaciones en sus propiedades físicas y en su comportamiento químico. Algunas de estas propiedades son: a.- Radio atómico: Corresponde a la mitad de la distancia entre 2 núcleos de 2 átomos adyacentes , suponiendo que el átomo es una esfera .

La variación del radio atómico en la tabla periódica es la siguiente:

• En un período el radio atómico disminuye de izquierda a derecha , al aumentar Z.. Esto ocurre porque el tamaño de los átomos está determinado por la fuerza de atracción entre los electrones de valencia y el núcleo, entonces mientras mayor es el número de electrones de valencia y mayor es la cantidad de electrones en el núcleo, mayor será la carga nuclear efectiva ( fuerza de atracción entre protones y electrones) y menor el tamaño

• En los grupos, el radio atómico aumenta desde arriba hacia abajo ya que los electrones externos están ubicados en niveles cada vez más alejados del núcleo, la fuerza nuclear es menor.

Variación periódica de radios atómicos.

b.- Potencial de ionización (PI): Es la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo neutro, gaseoso, para convertirlo en un ión positivo o catión, según la siguiente ecuación:

M(g) + I M+(g) + 1e- Donde M es un elemento metálico I es el potencial de ionización e- es un electrón que sale del átomo neutro por efecto de la energía aplicada El potencial de ionización varía en forma inversa a la variación de tamaño o radio atómico, a mayor radio atómico menor será I , se necesita menos energía para arrancar 1 electrón externo puesto que la fuerza nuclear sobre este electrón será menor. Mientras menor es el radio atómico, mas costará sacar el electrón externo, puesto que estará más atraído por el núcleo.

En un grupo, el potencial de ionización, disminuye de arriba hacia abajo. En un período, el potencial de ionización aumenta de izquierda a derecha. c.- Electroafinidad (EA). Así como la formación de un catión requiere energía I. La formación de un anión también requiere energía, esta energía es la electroafinidad, es la cantidad de energía que se libera cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón y se convierte en un ión negativo, según la siguiente expresión:

X(g) + 1eX- + EA Donde X es un elemento no metálico e- es el electrón que se agrega al átomo X- es el anión que se forma EA es la energía que se libera.

En un grupo la electrafinidad disminuye de arriba hacia abajo, a mayor tamaño del átomo se libera menor cantidad de energía.

En un período la electrafinidad aumenta de izquierda a derecha, a menor tamaño del átomo mayor energía se libera. d.- Electronegatividad (EN); también es una magnitud energética pero que sólo tiene sentido en las moléculas , sirve para predecir el tipo de enlace que se forma entre 2 átomos ( covalente polar, covalente apolar o iónico ). Es una medida de la fuerza con que un átomo es capaz de atraer electrones externos de otro átomo adyacente a el. La electronegatividad en un período aumenta de izquierda a derecha ya que mientras más pequeño sea el átomo mayor será su fuerza nuclear para atraer electrones de otro átomo. En los grupos la predicción no es tan clara.

Esta magnitud se estudiará con más detalle cuando se analicen los tipos de enlace entre los átomos.

Guía de ejercicios configuración electrónica.

1.- La configuración electrónica del elemento 21X es:

a.- 1s22s22p63s13p64s23d2 b.- 1s22s2p63s23px23py23pz24s13d2 c.- 1s22s22p63s23px23py23pz24s23d1 d.- 1s22s22p63s23p64s3 2.- La configuración electrónica de un átomo neutro: 1s22s22p63s2 I.- pertenece a un elemento con Z=12 II.- pertenece a un elemento con 12 electrones de valencia III.- Pertenece a un elemento con 12 electrones SON CORRECTAS:

a.- I c.- I y II b.- II d.- I y III 3.- La configuración electrónica de la capa más externa del átomo:1s22s22p63s23p4 indica que:

I.- hay 6 electrones de valencia II.- Los electrones de valencia se ubican en el nivel 3 III.- hay 3 electrones de valencia IV.- los electrones de valencia se ubican en el nivel 2 SON CORRECTAS:

a.- I c.- I y II b.- III d.- todas 4.- La configuración electrónica del Se Z=34 es: a.- 1s22s22p63s23p64s23d104p4 b.- 1s22s22p63s23p64s23d84p6 c.- 1s22s22p63s23p63d104s24p4 d.- ninguna es correcta 5.- La configuración electrónica 1s22s22p6 indica que el átomo:

a.- tiene 8 electrones en su último nivel b.- es un gas noble c.- tiene un Z=10 d.- todas son correctas 6.- En la configuración 1s2:

I.- el 1 representa el nivel de energía II.- el 2 representa el nivel de energía III.- la s representa la región dónde se puede encontrar al electrón SON CORRECTAS:a.- I c.- I y II b.- II d.- I y III 7.- En el Sistema Periódico los elementos se ordenan según:

a.- aumento en el número de protones b.- aumento en el volumen atómico c.- aumento de la masa atómica d.- ninguna es correcta 8.- A partir de los Z de los siguientes pares de átomos¿ Cuál de ellos tendrá un comportamiento químico semejante? a.- Li y Be Li Z=3 Be Z=4 b.- F y H F Z=9 H Z=1 c.- O y Se O Z=8 Se Z=34 d.- Cl y S Cl Z=17 S Z=16 9.- A partir de la configuración electrónica del elemento de Z=20 ¿A qué grupo y a qué período. Pertenece? a.- Grupo IIA P2 b.- Grupo IIA P4 c.- Grupo IIIA P4 d.- Grupo IIA P4 10.- Un elemento de transición es aquel que tiene en su último nivel:

a.- sólo orbitales s ocupados b.- orbitales d y f ocupados c.- orbitales s y p ocupados d.- ninguna es correcta 11.- Los gases nobles se caracterizan por:

i.- Su gran estabilidad II.- tener su nivel de valencia completo III.- no ceder ni captar electrones.

SON CORRECTAS:

a.- I c.- III b.- II d.- todas son correctas 12.- El átomo de configuración electrónica 1s22s22p63s23p2 se debe clasificar como:

a.- gas noble b.- elemento de transición c.- elemento representativo d.- no se puede clasificar con esa información 13.- Los grupos A de la tabla periódica se caracterizan por:

I.- tener sólo elemento representativos II.- ser todos metálicos III.- que los electrones externos se ubican en los orbitales s o p SON CORRECTAS:a.- I c.- I y III b.- I y II d.- todas 14.- Es un gas noble:

a.- 1s2 b.- 1s22s22p6 c.- 1s22s22p63s23p6 d.- todos los anteriores 15.-Es un elemento de transición:

a.- 1s22s22p3 b.- 1s22s22p63s23p64s23d4 c.- 1s22s22p63s1 d.- ninguno 16.- Los elementos metálicos son aquellos que:

a.- ceden electrones para estabilizarse b.- captan electrones para estabilizarse c.- son estables como los gases nobles d.- ninguna alternativa es correcta 17.- Hidrógeno, litio, helio, calcio, aluminio son respectivamente:

a.- He, Li, H, Ca, Al b.- H, Li, He, Al, Ca c.- H, Li, He, Ca, Al d.- Li, H, He, Ca, Al 18.- Es un elemento no metálico.

a.- 1s22s22p6 b.- 1s22s22p5 c.- 1s22s22p63s1 d.- ninguno 19.- Es un elemento metálico:

a.- 1s22s22p6 b.- 1s22s22p5 c.- 1s22s22p63s1 d.- ninguno 20.- El radio atómico es una propiedad periódica porque varía de una manera periódica y ordenada en la tabla:

I.- En los grupos aumenta hacia abajo II.- en los períodos disminuye hacia la derecha III.- en los grupos disminuye hacia abajo SON CORRECTAS:

a.- I y II c.- II y III b.- I y III d.- ninguna

Autor:

Pablo Turmero