Hibridación Del Carbono
Hibridación Del Carbono
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Índice
1Características
3Hibridación
7Conclusión
8Véase también
9Bibliografía
Características[editar]
Primero hay que definir en que consiste el estado basal y el estado excitado:
Un átomo en estado excitado es aquél en el cual uno de sus electrones ha sido promocionado a un
nivel energético superior.
Mientras que el estado basal o estado fundamental, es el estado de menor energía en el que un
átomo, molécula o grupo de átomos se puede encontrar sin absorber ni emitir energía, en pocas
palabras en su estado más puro.
Hibridación[editar]
La hibridación es una ley que se aplica en química, la cual nos permite demostrar la geometría y
propiedades de algunas moléculas que en la teoría de enlace-valencia no se pueden demostrar. La
hibridación consiste en atribuir la composición de orbitales atómicos puros de un mismo átomo
para obtener orbitales atómicos híbridos. De acuerdo con la teoría de máxima repulsión del enlace
de valencia, los pares electrónicos y los electrones solitarios alrededor del núcleo de un átomo, se
repelen formando un ángulo lo más grande posible. En estos compuestos se ha visto que
normalmente son próximos a 109º, 120º y 180º. 2 Para que pueda llevarse a cabo la hibridación el
átomo de carbono tiene que pasar de su estado basal a uno activado cuando se aplica energía.
Existen diversos tipos de hibridación que involucran orbitales atómicos s, p y d de un mismo
átomo.
La hibridación sp³ se define como la unión de un orbital s con tres orbitales p (p x, py y pz) para
formar cuatro orbitales híbridos sp3 con un electrón cada uno.
Los orbitales atómicos s y p pueden formar tres tipos de hibridación, esto depende del número de
orbitales que se combinen. Entonces, si se combina un orbital atómico s puro con tres orbitales p
puros, se obtienen cuatro orbitales híbridos sp3 con un ángulo máximo de separación aproximado
de 109.5º, esto es una de las características de los alcanos.
A cada uno de estos nuevos orbitales se los denomina sp³, porque tienen un 25% de carácter S y
75% de carácter P. Esta nueva configuración se llama átomo de carbono híbrido, y al proceso de
transformación se llama hibridación.
De esta manera cada uno de los cuatro orbitales híbridos sp³ del carbono puede enlazarse a otro
átomo, es decir que el carbono podrá enlazarse a otros 4 átomos, así se explica la tetravalencia
del átomo de carbono.
Debido a su condición híbrida, y por disponer de 4 electrones de valencia para formar enlaces
covalentes sencillos, pueden formar entre sí cadenas con una variedad ilimitada entre ellas:
cadenas lineales, ramificadas, anillos, etc. A los enlaces sencillos –C-C– se los conoce como enlaces
sigma.
Es la combinación de un orbital s con dos orbitales p (p x y py) para formar tres orbitales híbridos
sp2. Los orbitales híbridos sp2 forman un triángulo equilátero .
Los átomos de carbono también pueden formar entre sí enlaces llamados insaturaciones:
- Dobles: donde la hibridación ocurre entre el orbital 2s y dos orbitales 2p, quedando un orbital p
sin hibridar, se producirán 3 orbitales sp². A esta nueva estructura se la representa como un octeto
de johnson 2p6 y octavalente 2p¹
Al formarse el enlace doble entre dos átomos, cada uno orienta sus tres orbitales híbridos en un
ángulo de 120°, como si los dirigieran hacia los vértices de un triángulo equilátero. El orbital no
hibridado p queda perpendicular al plano de los 3 orbitales sp².
Los orbitales híbridos sp forman una figura lineal. La hibridación sp se presenta en los átomos de
carbono con una triple ligadura o mejor conocido con un triple enlace carbono-carbono en la
familia de los alquinos.
El enlace triple es aún más fuerte que el enlace doble, y la distancia entre C-C es menor en
comparación a las distancias de las otras hibridaciones.
Conclusión[editar]
También intervienen los enlaces gamma. Esto forma cadenas lineales simples dobles y triple lo
cual existe ramificadas.
Configuración electrónica
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Índice
1Introducción
o 1.1Notación
o 1.2Origen histórico
o 1.3Distribución electrónica
o 2.5Orbital o REEMPE
3Véase también
4Referencias
o 4.1Bibliografía
o 4.2Enlaces externos
Introducción[editar]
La disposición de los electrones en los átomos está sujeta a las reglas de la mecánica cuántica. En
particular la configuración electrónica viene dada por una combinación de estados cuánticos que
son solución de la ecuación de Schrödinger para dicho átomo.
De acuerdo con la mecánica cuántica, los electrones pueden pasar de un orbital atómico a otro ya
sea emitiendo o absorbiendo un cuanto de energía, en forma de fotón. Esta transición de un
orbital a otro con diferentes energías explican diversos fenómenos de emisión y absorción de
radiación electromagnética por parte de los átomos.
Notación[editar]
Se utiliza en una notación estándar para describir las configuraciones electrónicas de átomos y
moléculas. Para los átomos, la notación contiene la definición de los orbitales atómicos (en la
forma n l, por ejemplo 1s, 2p, 3d, 4f) indicando el número de electrones asignado a cada orbital (o
al conjunto de orbitales de la misma subcapa ) como un superíndice . Por ejemplo,
el hidrógeno tiene un electrón en el orbital s de la primera capa, de ahí que su configuración
electrónica se escriba 1s1. El litio tiene dos electrones en la subcapa 1s y uno en la subcapa 2s (de
mayor energía), de ahí que su configuración electrónica se escriba 1s 2 2s1 (pronunciándose "uno-
ese-dos, dos-ese-uno"). Para el fósforo(número atómico 15), tenemos: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3.
Para átomos con muchos protones, esta notación puede ser muy larga por lo que se utiliza una
notación abreviada, que tiene en cuenta que las primeras subcapas son iguales a las de algún gas
noble. Por ejemplo, el fósforo, difiere del argón y neón (1s2 2s2 2p6) únicamente por la presencia
de la tercera capa. Así, la configuración electrónica del fósforo se puede escribir respecto de la del
neón como: [Ne] 3s2 3p3. Esta notación es útil si tenemos en cuenta que la mayor parte de
las propiedades químicas de los elementos vienen determinadas por las capas más externas.
El orden en el que se escriben los orbitales viene dado por la estabilidad relativa de los orbitales,
escribiéndose primero aquellos que tienen menor energía orbital. Esto significa que, aunque sigue
unas pautas generales, se pueden producir excepciones. La mayor parte de los átomos siguen el
orden dado por la regla de Madelung. Así, de acuerdo con esta regla, la configuración electrónica
del hierro se escribe como: [Ar] 4s2 3d6. Otra posible notación agrupa primero los orbitales con el
mismo número cuántico n, de tal manera que la configuración del hierro se expresa como
[Ar] 3d6 4s2 (agrupando el orbital 3d con los 3s y 3p que están implícitos en la configuración
del argón).
El superíndice 1 de los orbitales ocupados por un único electrón no es obligatorio. 4 Es bastante
común ver las letras de los orbitales escritas en letra itálica o cursiva. Sin embargo, la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) recomienda utilizar letra normal, tal y como se
realiza aquí.
Origen histórico[editar]
Niels Bohr fue el primero en proponer (1923) que la periodicidad en las propiedades de los
elementos se podía explicar mediante la estructura electrónica del átomo. 5 Su propuesta se basó
en el modelo atómico de Bohr para el átomo, en el cual las capas electrónicas eran órbitas
electrónicas a distancias fijas al núcleo. Las configuraciones originales de Bohr hoy parecen
extrañas para el químico: al azufre se le asignaba una configuración 2.4.4.6 en vez de
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
Distribución electrónica[editar]
s p d f
k=1 1s
l=2 2s 2p
m = 3 3s 3p 3d
n=4 4s 4p 4d 4f
o=5 5s 5p 5d 5f
p=6 6s 6p 6d 6f
q=7 7s 7p 7d 7f
Para encontrar la distribución electrónica se escriben las notaciones en forma diagonal desde
arriba hacia abajo y de derecha a izquierda (seguir colores):
1 3d 4p
2s 2p 3s 3p 4s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
s 5s
sólo se pueden ocupar los orbitales con un máximo de dos electrones, en orden creciente de
energía orbital: los orbitales de menor energía se llenan antes que los de mayor energía.
Así, vemos que se puede utilizar el orden de energías de los orbitales para describir la estructura
electrónica de los átomos de los elementos. Un subnivel s se puede llenar con 1 o 2 electrones. El
subnivel p puede contener de 1 a 6 electrones; el subnivel d de 1 a 10 electrones y el subnivel f de
1 a 14 electrones. Ahora es posible describir la estructura electrónica de los átomos estableciendo
el subnivel o distribución orbital de los electrones. Los electrones se colocan primero en los
subniveles de menor energía y cuando estos están completamente ocupados, se usa el siguiente
subnivel de energía superior. Esto puede representarse por la siguiente tabla:
s p d f
n=
2
1
n= 2 6
2
n=
2 6 10
3
n=
2 6 10 14
4
n=
2 6 10 14
5
n=
2 6 10
6
n=
2 6
7
Sin embargo, existen excepciones, como ocurre en los elementos de transición al ubicarnos en los
grupos del cromo y del cobre, en los que se promueve el electrón dando así una configuración
fuera de lo común.
Esta regla nos dice que en un estado cuántico solo puede haber un electrón. De aquí salen los
valores del espín o giro de los electrones que es 1/2 y con proyecciones .
También que en una orientación deben caber dos electrones excepto cuando el número de
electrones se ha acabado, por lo cual el orden que debe seguir este ordenamiento en cada nivel es
primero los de espín positivo (+1/2) y luego los negativos.
El principio de exclusión de Pauli fue un principio cuántico enunciado por Wolfgang Ernst Pauli en
1925. Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos
(esto es, en el mismo estado cuántico de partícula individual). Perdió la categoría de principio,
pues deriva de supuestos más generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la
estadística del spin. El principio de exclusión de Pauli sólo se aplica a fermiones, esto es, partículas
que forman estados cuánticos antisimétricos y que tienen espín semientero. Son fermiones, por
ejemplo, los protones, los neutrones y los electrones, los tres tipos de partículas subatómicas que
constituyen la materia ordinaria. El principio de exclusión de Pauli rige, así pues, muchas de las
características distintivas de la materia. En cambio, partículas como el fotón y el (hipotético)
gravitón no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es, forman estados cuánticos
simétricos y tienen espín entero. Como consecuencia, una multitud de fotones puede estar en un
mismo estado cuántico de partícula, como en los láseres. "Dos electrones en la corteza de un
átomo no pueden tener al mismo tiempo los mismos números cuánticos". Es sencillo derivar el
principio de Pauli, basándonos en el artículo de partículas idénticas. Los fermiones de la misma
especie forman sistemas con estados totalmente antisimétricos, lo que para el caso de dos
partículas significa que:
Para que un átomo sea estable debe tener todos sus orbitales llenos (cada orbital con dos
electrones, uno de espín +½ y otro de espín -½) Por ejemplo, el oxígeno, que tiene configuración
electrónica 1s², 2s², 2p4, debe llegar a la configuración 1s², 2s², 2p 6 con la cual los niveles 1 y 2
estarían llenos. Recordemos que la Regla del octeto, justamente establece que el nivel electrónico
se completa con 8 electrones, excepto el hidrógeno, que se completa con 2 electrones. Entonces
el oxígeno tendrá la tendencia a ganar los 2 electrones que le faltan, por esto se combina con 2
átomos de hidrógeno (en el caso del agua, por ejemplo), que cada uno necesita 1 electrón (el cual
recibe del oxígeno) y otorga a dicho átomo 1 electrón cada uno. De este modo, cada hidrógeno
completó el nivel 1 y el oxígeno completó el nivel 2.
En química se denomina orbital a la zona del espacio que rodea a un núcleo atómico donde la
probabilidad de encontrar un electrón es máxima, cercana al 91%. Ejemplo de ello: 10Ne: 1s 2, 2s2,
2p6 regla del octeto: 11Na:(Ne)10, 1s2, 2s2, 2p6, 3s1
Grupo VIB:
24
Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d4 : es incorrecto.
24
Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d5 : es correcto.
Grupo IB:
29
Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d10 : es correcto.
ER: n + l
Donde:
n: nivel l: subnivel
Ejemplo:
4s: 4 + 0 : 4
3p: 3 + 1 : 4
4d: 4 + 2 : 6
5f: 5 + 3 : 8
6g: 6 + 4 : 10
7h: 7 + 5 : 12
Orbital o REEMPE[editar]
forma correcta.
Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel
más cercano al núcleo (n = 1).
Ejemplo:
Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital,
según el principio de construcción de Aufbau.
Litio (Z = 3). Este elemento tiene 3 electrones. Empezaremos llenando el orbital de menor energía
con dos electrones que tendrán distinto spin (ms). El electrón restante ocupará el orbital 2s, que
La flecha indica el valor del cuarto número cuántico, el de spin: para +1/2: y para –1/2,
respectivamente.
También podemos describir la distribución de electrones en el átomo de litio como:
Los electrones que tienen números de espín opuestos cancelan los efectos magnéticos y se dice
que son electrones apareados. Un ejemplo son los dos electrones que ocupan el orbital 1s en el
átomo de Litio. De manera similar decimos que el electrón que ocupa el orbital 2s orbital
está desapareado.
En la tabla a continuación vemos como se distribuyen los electrones de los átomos en orden
creciente a su número atomico (Z):
En el helio se completa el primer nivel (n=1), lo que hace que la configuración del He sea muy
estable.
Para el Boro el quinto electrón se sitúa en un orbital 2p y al tener los tres orbitales 2p la misma
energía no importa cuál de ellos ocupa.
En el carbono el sexto electrón podría ocupar el mimo orbital que el quinto u otro distinto. La
respuesta nos la da:
la regla de Hund: la distribución más estable de los electrones en los subniveles es aquella que
tenga el mayor número de espínes paralelos.
Los electrones se repelen entre sí y al ocupar distintos orbitales pueden situarse más lejos uno del
otro. Así el carbono en su estado de mínima energía tiene dos electrones desapareados, y el
nitrógeno tiene 3.
El neón completa el nivel dos y al igual que el helio tiene una configuración estable.
Las configuraciones electrónicas pueden también escribirse de manera abreviada haciendo
referencia al último nivel completo. Para ello, debemos ocupar la configuración de los gases
nobles, ya que ellos tienen todos su orbitales completos con electrones (s2p6), como por ejemplo
en el caso del helio (s2) y neon (s2p6) como se muestra en la tabla anterior.
Ar 18
En el siguiente elemento, el potasio con 19 electrones, deberíamos empezar a llenar los orbitales
3d. Sin embargo el comportamiento químico del potasio es similar al de litio y el sodio, ambos con
un electrón de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al potasio le correspondería la
configuración [Ar] 4s1. Por lo tanto, el orbital 4s tendrá que tener menor energía que los orbitales
3d (el apantallamiento de los electrones en los orbitales 3d es mayor que el de los electrones en
Lo mismo ocurre a partir del elemento Sc (Z = 21) [Ar] 3d1 4s2. El último electrón no se agrega al
subnivel 4p, sino al 3d, como lo indica el orden energético. Lo mismo sucede con las
configuraciones de los emenetos Ti (Z = 22) y V (Z = 23). 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, pusto 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.
Configuración electrónica o configuración periódica
Modelo
atómico
general.
Debemos acotar que aunque el modelo de Schrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno,
para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.
Número cuántico principal (n): puede tomar valores enteros (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) y coincide con el
mismo número cuántico introducido por Bohr . Está relacionado con la distancia promedio del
electrón al núcleo en un determinado orbital y, por tanto, con el tamaño de este e indica el nivel
de energía.
Número cuántico secundario (l): Los niveles de energía, identificados con el número cuántico
principal (n) , poseen subniveles, los cuales se asocian, además, a la forma del orbital, y son
identificados por el número cuántico secundario (l) . Entonces, los valores del número cuántico
secundario dependen del número cuántico principal "n".
Así, la cantidad de subniveles de energía que posea cada nivel principal está dada por la fórmula n
– 1 (el valor del número cuántico principal menos uno).
Este número cuántico secundario (l) nos indica en que subnivel se encuentra el electrón, y toma
valores desde 0 hasta (n - 1), recordando que n es el valor del número cuántico principal. Así, para
cada nivel n, el número cuántico secundario (l) será:
l = 0, 1, 2, 3,…, n-1.
Ejemplo:
Si n = 1 (n – 1 = 0), entonces l = 0 (en el nivel de energía 1 no hay subniveles de energía, y para
efectos de comprensión se considera este nivel 1 como subnivel 0)
También para efectos de comprensión, la comunidad científica ha aceptado que los números que
representan los subniveles (0, 1, 2, y 3) sean reemplazados por las letras s, p, d y f,
respectivamente, para representar los distintos tipos de orbitales.
Estas letras se optiene de la inicial de las palabras sharp (s), principal (p), difuso (d) y fundamental
(f) .
Cada subnivel, a su vez, posee distinta cantidad de orbitales, lo cual veremos más adelante.
Ahora, con respecto a la forma del orbital de estos subniveles, el número cuántico secundario (o
azimutal) determina la excentricidad de la órbita : cuanto mayor sea este número, más excéntrica
será la órbita; es decir, será más aplanada la elipse que recorre el electrón.
Así, en el nivel 1 (o capa K) el valor del nivel (identificado como subnivel 0) es cero (no hay
excentricidad) y su órbita es circular .
Cada vez que aumenta el valor del número cuántico secundario (o azimutal) aumenta la
excentricidad de la órbita, como se demuestra en el siguiente gráfico:
Número cuántico magnético (ml): puede tener todos los valores desde – l hasta + l pasando por
cero. Describe la orientación espacial del orbital e indica el número de orbitales presentes en un
subnivel determinado.
Para explicar determinadas características de los espectros de emisión se consideró que los
electrones podían girar en torno a un eje propio, bien en el sentido de las agujas del reloj o en el
sentido contrario. Para caracterizar esta doble posibilidad se introdujo el número cuántico de
espín (ms) que toma los valores de + ½ o – ½..
Cuadro de las
diagonales,
mecanismo para
distribuir
electrones en sus
diferentes niveles
de energía.
• Principio de Exclusión de Pauli : “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos
números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones”.
Para graficar la configuración electrónica existen cuatro modalidades, con mayor o menor
complejidad de comprensión, que son:
Configuración estándar
Es importante recordar que los orbitales se van llenando en el orden en que aparecen, siguiendo
esas diagonales, empezando siempre por el 1s.
Aplicando el mencionado cuadro de las diagonales la configuración electrónica estándar, para
cualquier átomo, es la siguiente:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6
Más adelante explicaremos cómo se llega este enjambre de números y letras que perturba
inicialmente, pero que es de una simpleza sorprendente.
Configuración condensada
Los niveles que aparecen llenos en la configuración estándar se pueden representar con un gas
noble (elemento del grupo VIII A, Tabla Periódica de los elementos ), donde el número atómico
del gas coincida con el número de electrones que llenaron el último nivel.
Configuración desarrollada
Consiste en representar todos los electrones de un átomo empleando flechas para simbolizar el
spin de cada uno. El llenado se realiza respetando el principio de exclusión de Pauli y la Regla de
máxima multiplicidad de Hund.
Figura de un
átomo sencillo
ilustrando lo
indefinido de sus
órbitas.
Configuración semidesarrollada
Los electrones tienen, al girar, distintos niveles de energía según la órbita (en el átomo se llama
capa o nivel) que ocupen, más cercana o más lejana del núcleo. Entre más alejada del núcleo,
mayor nivel de energía en la órbita, por la tendencia a intercambiar o ceder electrones desde las
capas más alejadas.
Entendido el tema de las capas, y sabiendo que cada una de ellas representa un nivel de energía
en el átomo, diremos que:
1. Existen 7 niveles de energía o capas donde pueden situarse los electrones para girar alrededor
del núcleo, numerados del 1, el más interno o más cercano al núcleo (el que tiene menor nivel de
energía), al 7, el más externo o más alejado del núcleo (el que tiene mayor nivel de energía).
Estos niveles de energía corresponden al número cuántico principal (n) y además de numerarlos
de 1 a 7, también se usan letras para denominarlos, partiendo con la K. Así: K =1, L = 2, M = 3, N =
4, O = 5, P = 6, Q = 7.
2. A su vez, cada nivel de energía o capa tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles ,
que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f .
Para determinar la configuración electrónica de un elemento sólo hay que saber cuantos
electrones debemos acomodar y distribuir en los subniveles empezando con los de menor energía
e ir llenando hasta que todos los electrones estén ubicados donde les corresponde. Recordemos
que partiendo desde el subnivel s, hacia p, d o f se aumenta el nivel de energía.
3. En cada subnivel hay un número determinado de orbitales que pueden contener, como
máximo, 2 electrones cada uno. Así, hay 1 orbital tipo s , 3 orbitales p , 5 orbitales d y 7 del tipo f .
De esta forma el número máximo de electrones que admite cada subnivel es: 2 en el s; 6 en el p (2
electrones x 3 orbitales); 10 en el d (2 x 5); 14 en el f (2 x 7)..
Denominación de los
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
orbitales
Número máximo de
2 2 - 6 2 - 6 - 10 2 - 6 - 10 - 14
electrones en los orbitales
Número máximo de
electrones por nivel de 2 8 18 32
energía o capa
Recordemos que alrededor del núcleo puede haber un máximo de siete capas atómicas o niveles
de energía donde giran los electrones, y cada capa tiene un número limitado de ellos.
La forma en que se completan los niveles, subniveles y orbitales está dada por la secuencia que se
grafica en el esquema conocido como regla de las diagonales :
Es importante saber cuantos electrones existen en el nivel más externo de un átomo pues son los
que intervienen en los enlaces con otros átomos para formar compuestos.
Regla de las diagonales
En otras palabras, la secuencia de ocupación de los orbitales atómicos la podemos graficar usando
la regla de la diagonal, para ello debemos seguir la flecha roja del esquema de la derecha,
comenzando en 1s ; siguiendo la flecha podremos ir completando los orbitales con los electrones
en forma correcta.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6
Los valores que se encuentran como superíndices indican la cantidad máxima de electrones que
puede haber en cada subnivel (colocando sólo dos en cada orbital de los subniveles).
Pregunta 03_2005
Pregunta 07_2006
El sodio
en la
tabla.
En la tabla periódica, entre los datos que encontramos de cada uno de los elementos se hallan
el Número atómico y la Estructura electrónica o Distribución de electrones en niveles .
El Número atómico nos indica la cantidad de electrones y de protones que tiene un elemento.
La Estructura electrónica o Distribución de electrones en niveles indica cómo se distribuyen los
electrones en los distintos niveles de energía de un átomo (lo que vimos más arriba con la regla de
las diagonales ).
Pero, si no tengo la tabla periódica para saber cuantos electrones tengo en cada nivel, ¿cómo
puedo hacer para averiguarlo?
Ya vimo que la regla de las diagonales ofrece un medio sencillo para realizar dicho cálculo.
Saber el número de electrones que tiene el átomo; para ello basta conocer el número atómico
(Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro es
igual al número atómico (Z).
Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más
cercano al núcleo (nivel 1).
Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-).
Supongamos que tenemos que averiguar la Distribución electrónica en el elemento sodio, que
como su número atómico indica tiene 11 electrones, los pasos son muy sencillos: debemos seguir
las diagonales, como se representan más arriba.
Ilustración
simplificada de un
átomo.
En el ejemplo del sodio sería: 1s 2 , como siguiendo la diagonal no tengo nada busco la siguiente
diagonal y tengo 2s 2 , como siguiendo la diagonal no tengo nada busco la siguiente diagonal y
tengo 2p 6 , siguiendo la diagonal tengo 3s 2 .
Siempre debo ir sumando los superíndices, que me indican la cantidad de electrones. Si sumo los
superíndices del ejemplo, obtengo 12, quiere decir que tengo un electrón de más, ya que mi suma
para ser correcta debe dar 11, por lo que al final debería corregir para que me quedara 3s 1 .
;
En la tabla periódica podemos leer, respecto al sodio: 2 - 8 - 1
Otros ejemplos:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5
Ilustración más
compleja y más
realista de la
estructura de un
átomo.
Hagamos un ejercicio:
Siguiendo esta regla debemos colocar los 47 electrones del átomo de plata, la cual debe quedar
así::
1s 2 , 2s 2 , 2p 6 , 3s 2 , 3p 6 , 4s 2 , 3d 10 , 4p 6 , 5s 2 , 4d 9
donde sólo se han puesto 9 electrones en los orbitales d (que son cinco) de la capa cuarta para
completar, sin pasarse, los 47 electrones de la plata.
2.- La carga (del átomo o del ión) está dada por número de protones menos (–) número de
electrones.
3.- El número de protones es igual al número atómico del elemento (átomo o ión).
4.- En cada átomo hay (en estado eléctrico neutro) igual número de protones que de electrones.
Por ejemplo, el ión Mg +2 (magnesio más dos), averiguamos o sabemos que su número atómico (Z)
es 12, significa que tiene 12 protones y debería tener 12 electrones, pero como el ión de nuestro
ejemplo (Mg +2 ) tiene carga +2 (porque perdió o cedió 2 electrones), hacemos
Empezamos por el nivel inferior (el más cercano al núcleo): 1, que sólo tiene un orbital s, y
sabemos que cada orbital tiene como máximo 2 electrones (1s 2 ).
Pasamos al segundo nivel, el 2, en el cual encontramos orbitales s (uno) y orbitales p (tres) (2s y 2p
2p 2p).
En 2s hay sólo 2 electrones: 2s 2 y en cada 2p hay dos electrones: 1s 2 2s 2 2p 6 (este 2p 6 es los
mismo que 2p 2 + 2p 2 + 2p 2 = 2p 6 )
Otro ejemplo:
Nº atómico Z = 15
15 protones y 15 electrones
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3
Para un átomo la suma total de los electrones es igual al número de protones; es decir,
corresponde a su número atómico , que en este caso es 17. El período en que se ubica el
elemento está dado por el máximo nivel energético de la configuración, en este caso corresponde
al período 3, y el grupo está dado por la suma de los electrones en los subniveles s y p del último
nivel; es decir, corresponde al grupo 7.
Pregunta 03_2005(Química 2)
Pregunta 07_2006
Fuentes Internet:
http://payala.mayo.uson.mx/QOnline/CONFIGURACION_ELECTRONICA.html
http://eluniversodelaquimica.blogspot.com/
http://iiquimica.blogspot.com/2006/03/configuracin-electrnica.html
http://personal2.iddeo.es/romeroa/latabla/configuracion.htm
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/at
omo/celectron.htm
Kernel (química)
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Otros ejemplos:
Y (Z=39): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1.
Principio de Aufbau
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El orden de ocupación de orbitales de acuerdo al principio de Aufbau. Se inicia por aquellos de
menor energía a aquellos de mayor energía.
Los orbitales se 'llenan' respetando la regla de Hund, que dice que ningún orbital puede tener dos
orientaciones del giro del electrón sin antes de que los restantes números cuánticos magnéticos
de la misma subcapa tengan al menos uno. Se comienza con el orbital de menor energía.
Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un máximo de dos electrones), esto de acuerdo con
el número cuántico l.
Y así, sucesivamente:
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6
El principio de exclusión de Pauli nos advierte, además, que ningún electrón en un átomo puede
tener la misma combinación de números cuánticos como descripción de su estado energético.
Para llenar los orbitales correctamente, siga la dirección de la flecha tal como se muestra en la
gráfica. Primero 1s, luego 2s, después sube a 2p y baja 3s, 3p y baja a 4s. En este punto, el
siguiente nivel de energía más bajo no es 4s, sino que sube a 3d para luego bajar a 4p y 5s. Y así,
sucesivamente.
Se le llama la regla del serrucho, debido a la acción de subir y bajar del modo descrito:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p...
La regla del serrucho también sirve para ordenar los orbitales según sus niveles