APUNTES Nº 4

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ELEMENTOS

Definición: Es la descripción de cuantos electrones tienen los átomos de un determinado elemento en cada nivel y sub-nivel de energía

Descripción: 1) notación abreviada2) notación esquemática

1) NOTACIÓN ABREVIADA:

Utiliza un número para representar el NIVEL DE ENERGIA PRINCIPAL (n) de un electrón, seguido por una letra que representa el SUB NIVEL DE ENERGIA, usando un superíndice acompañado a la letra del subnivel para indicar el número de electrones

nlx

n : representa el “nivel de energía

l : representa el “sub nivel de energía”

x : representa o indica el número de electrones

Por ejemplo :

Notación Abreviada del átomo de sodio (Z= 11)

1s2 2s2 2p6 3s1

2. NOTACION ESQUEMATICA

Utiliza cuadrados para representar los sub-niveles de energía y flechas para indicar los electrones, acompañados de la designación nl

1S 2S 2P 3S

Tabla : Número máximo de sub-niveles por cada nivel de energía mostrando el número máximo de orbitales y electrones

Nivel de Energia Sub-nivel nº de orbitales nº de elect.(n) (l) por sub-nivel

---------------------- ----------- ---------------- -------------

1 s 1 (1 orb.s) 2 e´----------------------------------------------------------------------------------------

2 s 1 (1orb.s) 2e p 3 (3orb.p) 6e

3 s 1 (1orb.s) 2e p 3 (3orb.p) 6e

d 5 (5orb.d) 10e

4 s 1(1orb.s) 2e P 3(3orb.p) 6e d 5(5orb.d) 10e f 7(7orb.f) 14e

CONCEPTO DE NUMEROS CUANTICOS

La mecánica cuántica no describe al electrón como una partícula que gira alrededor de núcleo describiendo cierta órbita, sino más bien, como una densidad de carga y masa distribuida en una región espacial llamada “ORBITAL”

Cada electrón de un átomo tiene asociado 4 números cuánticos que describen su nivel energético.

En otras palabras los “números cuánticos” determinan las energías y las posiciones probables de los electrones en un átomo.

a) NUMERO CUANTICO PRINCIPAL

- Se designa por la letra “n”- Valores : 1 a 7 , es decir de n =1 a n =7- Entrega una medida de su energía en un orbital dado.- El valor de “n” especifica la distancia aproximada entre un

electrón y el núcleo.

b) NUMERO CUANTICO SECUNDARIO

- Se designa por la letra “l”- Es un número entero no negativo menor o igual a “n”- Los valores de “l” van desde “0” hasta n-1- Los valores de “l” representan los sub-niveles dentro de cada

nivel de energía.- El o los valores de “l” representa o especifica la forma de la

región espacial.

Valores de “n” Valores de “l”----------------- ------------------

1 02 0 , 13 0 , 1, 24 0 , 1 ,2 , 3

A cada valor de “l” está asociado una forma orbital simbolizada por una letra minúscula

l = 0 orbital “s”l = 1 orbital “p”l =2 orbital “d”l =3 orbital “f”l =4 orbital “g”l =5 orbital “h”

Cada orbital se simboliza con un número y una letra minúscula, donde el número es el valor de “n” y la letra minúscula el de “ l” . Por ejemplo:

1) n =1 l =0 luego orbital 1s2) n =2 l =0 , 1 luego orbital 2s y 2p3) n =3 l =0,1,2 luego orbital 3s,3p y 3d4) n =4 l = 0,1,2,3 luego orbital 4s,4p,4d, y 4f

c) NUMERO CUANTICO MAGNETICO

- Se designa por la letra “m”- Su valores dependen de los valores de “l”, siendo números

enteros negativos y positivos que van desde +l a –l, incluyendo el “cero”.

Valores de l Valores de m--------------- ------------------

0 0

1 +1 , 0 , -1

2 +2 , +1 , 0 , -1 , -2

3 +3 ,+2, +1, 0, -1, -2, -3

El número de valores que puede tomar “m” para cada valor de “l” , indica el máximo de orbitales, por ejemplo:

Si n =4

l =0 implica que “m” puede tomar un valor , luego como máximo hay un orbital 4sl =1 implica que “m” puede tomar 3 valores, luego como máximo hay 3 orbitales 4pl =2 implica que “m” puede tomar 5 valores, luego como máximo hay 5 orbitales 4dl =3 implica que “m” puede tomar 7 valores, luegpo como máximo hay 7 orbitales 4f

Por lo tanto para “n = 4” hay como máximo 16 orbitales

En general “para cada valor de “n” hay como máximo n2 orbitales

c) NUMERO CUANTICO DEL SPIN

- Se designa por la letra “s” ó ms

- Sus valores pueden ser : + 1 /2 y – ½. Estos valores representan o indican el sentido del giro del electrón igual o contrario al de los punteros de un reloj, respecto a su eje imaginario.

Puesto que los valores de “n” restringen los posibles valores de “l”, y el valor de “l” a su vez restringe los valores permitidos de “m”, solamente ciertas combinaciones de números cuánticos son posibles .En la siguiente figura se muestran las combinaciones que resultan para los cuatro primeros valores de “n”.

PRINCIPIOS QUE RIGEN LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

1.- Principio de Exclusión de Pauli

“ Dos o mas electrones de un mismo átomo no pueden tener iguales , respectivamente sus cuatro números cuánticos

De acuerdo con esto , cada orbital está formado por uno o dos electrones como máximo, ya que un tercer electrón coincidiría en su valor de SPIN con algunos de los otros dos.

Por tanto:

“ para cada valor de “n” hay como máximo 2 n2 electrones”·

Por ejemplo:

Para n = 1 , como máximo hay dos electrones y sus números cuánticos son:

electrón (1) n = 1 l =0 m = 0 s = +1/2

electrón (2) n = 1 l = 0 m = 0 s = -1/2

2. PRINCIPIO DE MAXIMA MULTIPLICIDAD DE HUND

“ Los electrones que “entran” en alguno de los sub – niveles p , d , ó f , se distribuyen en los orbitales disponibles y luego se aparean”

Aplicando estas reglas, es posible escribir las configuraciones electrónicas de la mayoría de los elementos

Existen varias excepciones, las más significativas se dan en la configuración de los elementos Cromo (Z = 24) y Cu (Z =29) ( Lo veremos en clases)

3.ORDEN CRECIENTE DE ENERGIA DE LOS ORBITALES

1S

2S – 2p

3S – 3p –4S –3d – 4p – 5S – 4d – 5 p- 6S – 4f – 5d – 6p – 7S – 5 f –6d –

7p

Se ha propuesto una “regla” que permite recordar este orden y es la siguiente::

Ejemplo:

Configuración electrónica del elemento Z =16 (Azufre)

1S2 2S2 2p6 3S2 3p4

PRINCIPALES EXCEPCIONES:

1ª excepción: Caso del cromo ( Z =24 )

Siguiendo las reglas señaladas anteriormente, la configuración electrónica del cromo, sería:

(Ar) 4s2 3d4

Sin embargo, la configuración obtenida experimentalmente es:

(Ar) 4s1 3d5

2ª excepción: Caso del cobre ( Z = 29 )

De acuerdo a las reglas, predicen que la configuración electrónica del cobre, sería:

( Ar) 4 s2 3 d 9

Sin embargo, la configuración obtenida experimentalmente es:

( Ar ) 4 s1 3 d 10