Clasificación y configuración electrónica.

Capas electrónicas de los átomos

Al movernos hacia abajo en una familia en la tabla periódica cambiamos la energía de los electrones de valencia del átomo. O lo que es lo mismo cambiamos el número cuántico principal n de los electrones de valencia

*      Hemos dicho que todos los orbitales que tienen el mismo número cuántico n  en un átomo constituyen una capa.

*      ¿Cómo es la descripción cuántica de las distribuciones de probabilidad para todos los electrones de un átomo? Veamos las de los tres primeros gases nobles:

He

1s2

Ne

1s2 2s2 2p6

Ar

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Figura 27: Distribución radial de la densidad electrónica

 

Esta distribución puede calcularse usando los programas adecuados y el resultado es una distribución esféricamente simétrica  a la que se le llama  densidad electrónica radial. Al analizar cada uno de los ejemplos anteriores vemos que:

*      El Helio tiene una sola capa

*      El Neón tiene dos capas 

*      El Argón tiene tres capas 

El número de capas coincide con el número cuántico n que tienen los electrones más externos (es decir los de valencia)

*      En el He los electrones 1s  tienen la máxima probabilidad a 0.3 Å del núcleo

*      En el Ne los electrones 1s tienen un máximo de probabilidad alrededor de los 0.08 Å, y los electrones  2s  y 2p  se combinan para generar otro máximo alrededor de  0.35 Å (la capa n = 2)

*      En el Ar los electrones 1s  tienen un máximo alrededor de los 0.02 Å, los electrones  2s y 2p se combinan para dar un máximo alrededor de los 0.18 Å y los electrones 3s  y 3p se combinan para dar un máximo cerca de los 0.7 Å

¿Por que la capa 1s en el Argón está mucho más cerca del núcleo que la capa 1s en el Neón y por que esta está mucho más cerca que la capa 1s del helio?

*      La carga nuclear (Z) del He = 2+, del  Ne = 10+ y del Ar = 18+

*      Los electrones más internos (capa 1s) no están apantallados por otros electrones, por tanto la atracción del núcleo es mayor conforme sea mayor el número de protones.

*      De la misma manera, la capa n = 2 del Ar está más cerca al núcleo que la capa n = 2 del Ne. La Zeff para la sub-capa 2s del Ne será (10-2) = 8+, y para el Ar será (18-2) = 16+. Entonces, los electrones de la sub-capa  2s en el Ar estarán más cerca del núcleo debido a la mayor carga nuclear efectiva.

Capas electrónicas y clasificación

*      Una manera muy útil de clasificar a los elementos es la que emplea a los electrones distinguibles, es decir los que cambian de elemento a elemento (claro, los de valencia.)

*      Así podemos clasificar a los elementos como:

Representativos

e-  de valencia s  o p

Gases nobles

e- de valencia s y p llenos

Transición

e- de valencia d

Transición interna

e- de valencia f

Figura 28: Clasificación de los elementos

Figura 29: Clasificación y configuración electrónica

Figura 30: La tabla periódica y los subniveles

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Los orbitales

*      Cada nivel (capa) tiene sub-niveles.

*      En cada sub-nivel hay orbitales

*      Y en cada orbital caben únicamente 2 electrones.

Sub-nivel

Nº de orbitales

Nº máximo de e-

s

1

2

p

3

8

d

5

10

f

7

14

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Y ¿Cómo son los orbitales?

Figura 31: Los orbitales s

Los orbitales s son esféricos y hay al menos uno en cada nivel

Figura 32:Los orbitales p

De estos hay 3 en cada nivel excepto en el primero, parecen cacahuates y se apellidan px, py y pz

Figura 33: Los orbitales d

Son más complicados, hay 5 en cada nivel excepto en el 1º y 2º y tienen apellidos compuestos: dz2, d (x2- y2), dxy, dyz y dxz.

Figura 34; Los orbitales f

Finalmente los orbitales f, todavía son más complicados, hay 7 en cada nivel excepto en los tres primeros y tienen apellidos más complicados

*      Y ¿Cómo están en el átomo?

Figura 35: Todos los orbitales del nivel n=2

Figura 36: Todos los orbitales del nivel n=3

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El principio de Aufbau (construcción)

Los electrones ocupan los orbitales de adentro para afuera,

*      Esto es, 1º el nivel 1 después el 2 etc., y 1º el s, después el p y etc.

*      Los electrones prefieren no compartir el mismo orbital a menos que no haya de otra.

*      Hay 4 excepciones:

*      Al llenar el 4s antes que el 3d

*      Al llenarse el 5s antes que el 4d

*      Al llenar 5d1 antes que 4f

*      Al llenarse el 6d1 antes que el 6f

Figura 37: Llenado de los átomos, tendencia general

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