CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA.
Cuando hablamos de la configuración electrónica nos referimos a la descripción de la ubicación de los electrones en los distintos niveles (con subniveles y orbitales) de un determinado átomo.
Teniendo en cuenta los conceptos de niveles, subniveles y orbitales electrónicos, se puede construir la estructura electrónica de los diversos elementos en función del llenado de los orbitales con los electrones. Este llenado que se presenta para cada átomo se denomina configuración electrónica del estado fundamental, y de ella depende gran parte de las propiedades físicas y todas las propiedades químicas del átomo. La distribución de los electrones en los orbitales se fundamenta en los siguientes principios:
Energías relativas: establece que los electrones comienzan a ubicarse en orbitales de menor a mayor energía.
Principio de exclusión de Pauli: establece que en cada orbital puede haber un máximo de dos electrones los cuales deben tener espín contrario.
Regla de la máxima multiplicidad o regla de Hund: cuando hay orbitales de energía disponibles, los electrones se ubican de uno en uno y no por pares.
Los orbitales de s, p, d y f, pueden ser ocupados hasta por un total de2, 6, 10 y 14 electrones respectivamente, pero cuando los subniveles están parcialmente llenos, los electrones se distribuyen de manera que presentan el máximo número de espines con el mismo valor o bien sus espines deben ser paralelos. Este es el Principio de máxima multiplicidad de Hund, que también puede enunciarse así: los electrones se distribuyen ocupando los orbitales disponibles en un solo sentido (spin) y luego con los que tienen espín opuesto, completando de esta manera el llenado orbital.
Ejemplo, si queremos representar la configuración electrónica del átomo de nitrógeno, que tiene un total de siete electrones, se deben asignar dos electrones al subnivel “s” del nivel 1, esto es, 1s2, con lo que el nivel 1 queda completo. ¿Cómo se ubican los cinco electrones restantes? Según el principio de exclusión de Pauli, cada orbital 2s, 2px, 2py, 2pz puede contener como máximo dos electrones de espín opuesto. Una vez que se ha llenado el orbital 2s se prosigue con los orbitales 2p, que poseen una energía ligeramente superior.
El ordenamiento correcto es el primero de esta figura. En el estado de mínima energía o estado fundamental del átomo de nitrógeno; los otros ordenamientos tienen mayor energía. En el segundo caso, se muestra un orbital con dos electrones de espín contrario, pero el orbital 2pz se encuentra vacío, lo que va en contra del principio de máxima multiplicidad. El tercer ordenamiento muestra tres electrones en cada uno de los orbitales; sin embargo, éstos no tienen espines paralelos, al igual que en el cuarto ordenamiento.
Sin embargo, estas configuraciones no agotan todas las posibilidades porque se puede escribir una configuración de mínima energía igual al primer ordenamiento, pero con las tres flechas, que representan los espines, hacia abajo.
Aunque los conocimientos actuales sobre la estructura electrónica de los átomos son bastante complejos, las ideas básicas son las siguientes:
A su vez, cada nivel tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f.
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).
La distribución de orbitales y número de electrones posibles en los 4 primeros niveles se resume en la siguiente tabla:
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
La secuencia de ocupación de los orbitales atómicos la podemos graficar usando la regla de la diagonal, para ello debemos seguir la flecha del esquema, comenzando en 1s; siguiendo la flecha podremos ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.
En una configuración estándar, y de acuerdo a la secuencia seguida en el gráfico de las diagonales, el orden de construcción para la configuración electrónica (para cualquier elemento) es el siguiente:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6
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).
EJEMPLOS DE CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Ejemplo 1: Se desea conocer la configuración electrónica de la plata, que tiene 47 electrones. Entonces debemos colocar los 47 electrones del átomo de plata, la cual debe quedar así: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9
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.
Ejemplo 2: 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 es el siguiente con menor energía: 1s2 2s1
Ejemplo 3: el ión Mg+2 (magnesio más dos), 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: 12 (protones) – X = 2
Por lo tanto X (número de electrones del ión Mg+2) es igual a 10, es decir, que el ión Mg+2 tiene 10 electrones. Determinamos su configuración electrónica y obtenemos: 1s2 2s2 2p6.
Ejemplo 4: Configuración electrónica del fósforo (P). Nº atómico Z = 15, es decir 15 protones y 15 electrones. Determinamos su configuración electrónica y obtenemos:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Relación de la Configuración electrónica con la Tabla Periódica
Si tenemos o conocemos la configuración electrónica de un elemento podemos predecir exactamente el número atómico, el grupo y el período en que se encuentra el elemento en la tabla periódica.
Por ejemplo, si la configuración electrónica de un elemento es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5, podemos hacer el siguiente análisis:
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: ¿Cuál es la configuración electrónica del potasio (K) si se sabe que su número atómico es 19?