Ordenando Electrones. De qué forma? 2do Medio > Química Configuración Electrónica. Analiza la siguiente situación:

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1 do Medio > Química Ordenando Electrones Analiza la siguiente situación: Uno de los mayores logros de la ciencia de la primera mitad del siglo XX se dio en el área de la física, y fue el desarrollo de la mecánica cuántica. Ésta explica, desde un punto de vista probabilístico, apoyada por una base matemática muy fuerte, el comportamiento de los átomos y de las partículas subatómicas. La base de esta nueva área de la ciencia, es obra del físico alemán Erwin Schrödinguer, uno de los padres de la mecánica cuántica, quien introduce el concepto de función de onda. La idea de este concepto es fundamental no sólo en la física, sino también en la química. A partir de éste concepto que establece que las partículas subatómicas no pueden ser descritas en forma determinística sino que más bien deben ser vistas como una probabilidad. Schrödinguer establece el concepto de orbital atómico, el cual reemplaza al concepto de órbita pensado hasta entonces para describir el movimiento de los electrones en el átomo. Según esto, los electrones no se mueven alrededor del núcleo como los planetas lo hacen alrededor del Sol, sino que deben ser descritos de una manera bastante más complicada, mediante regiones del espacio que tienen distintas probabilidades de contener un electrón. Esta idea se simplifica al describir los electrones mediante 4 números, llamados números cuánticos: n, l, m y s. Estos números que describen las características de los electrones también permiten conocer las propiedades de los átomos, y saber como se ordenan lo electrones al interior del átomo. O sea, los números cuánticos permiten escribir la estructura electrónica de un átomo. De qué forma?

2 El objetivo de este módulo de aprendizaje es que aprendas a escribir la configuración electrónica de los átomos de distintos elementos. Habilidad Determinar la configuración electrónica de átomos de distintos elementos, aplicando el principio de mínima energía, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund. Cómo se escribe la configuración electrónica de un átomo? Desarrollar la estructura electrónica de un átomo o ión es un procedimiento bastante sencillo si se siguen cuidadosamente las reglas establecidas en los principios de mínima energía y de exclusión de Pauli, y la regla de Hund. A partir de ellos se pueden establecer los siguientes pasos a seguir: Paso 1: Establecer cuántos electrones tiene el átomo o ión con el que vamos a trabajar. Paso : Escribir la estructura de configuración electrónica establecida por el principio de mínima energía. Esta corresponde al siguiente diagrama: Paso 3: Colocar ordenadamente los electrones. Por el principio de mínima energía, debes llenar un orbital antes de continuar con el diagrama. El número máximo de electrones que admite cada subnivel de energía ya ha sido escrito en el diagrama. Paso 4: Se distribuyen los electrones en cada nivel y subnivel. Existen varias formas de escribir la configuración electrónica, y según cada una el proceso es levemente distinto. Pero siempre se comienza con el primer nivel, y se continúa de acuerdo al diagrama de la izquierda.

3 Tipos de configuración electrónica a) Global: Se disponen los electrones según la capacidad de cada nivel y subnivel, sin detallar como se distribuyen en cada orbital. b) Global externa: Igual que la configuración electrónica global, pero se abrevia reemplazando la configuración electrónica del gas noble anterior por el símbolo de éste escrito entre corchetes. c) Detallada por orbital: Se indica la ubicación de los electrones en cada orbital. Ejemplo de configuración electrónica y diagrama de orbitales del elemento Carbono (C, Z=6) d) Diagrama de orbitales: Cada electrón se representa mediante su spin, y se ubican en los orbitales representados mediante casilleros. Por convención, el primer electrón en ocupar un orbital, lo hace con spin up (hacia arriba). Ejemplo 1 Escribamos la configuración electrónica global del titanio ( Ti). Analicemos paso a paso y lleguemos a la conclusión correcta Paso 1: El titanio tiene número atómico. Éste es el número de protones en el núcleo del átomo. Como se trata de un átomo neutro, corresponde también al número de electrones. Paso : El orden indicado sería: 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6p 7d 8s. Es el mismo para todos los átomos. Paso 3: 1s s p 6 hasta aquí van 10 electrones. Nos quedan 1. 3s 3p 6 4s ahora llevamos 0. Nos faltan los últimos dos. 3d. Paso 4: La configuración electrónica en su forma global queda: [ Ti]: 1s s p 6 3s 3p 6 3d 3

4 Ejemplo Escribamos la configuración electrónica detallada por orbital del Silicio ( 14 Si). Analicemos paso a paso y lleguemos a la conclusión correcta Paso 1: El silicio tiene número atómico 14. Igual que antes, corresponde también al número de electrones. Paso : El orden indicado sería: 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6p 7d 8s. Es el mismo para todos los átomos. Paso 3: 1s s p 6 Hasta aquí van 10 electrones. Nos quedan 4. 3s 3p Paso 4: Los orbitales p son p x, p y, p z. Entonces: [ 14 Si]: 1s s p x p y p z 3s 3p x 4

5 Ejemplo 3 Escribamos la configuración electrónica global externa del Itrio ( 39 Y). Analicemos paso a paso y lleguemos a la conclusión correcta Paso 1: El itrio tiene número atómico 39. Entonces son 39 electrones. Paso : El orden indicado sería: 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6p 7d 8s. Paso 3: El gas noble anterior a este elemento es el Kriptón, número atómico 36, período 4. A partir de esta información sabemos que la configuración electrónica del Kr termina en 4d6, y que a partir de ahí faltan 3 electrones. Según el diagrama corresponden los subniveles 5s y 4d. Paso 4: Por lo tanto la configuración electrónica del Itrio será: [ 39 Y] = [ 36 Kr] 5s 4d 1 5

6 Ejemplo 4 Escribamos la configuración electrónica según diagrama de orbitales para el Aluminio ( 13 Al). Analicemos paso a paso y lleguemos a la conclusión correcta Paso 1: El aluminio tiene número atómico 13. Entonces son 13 electrones. Paso : El orden indicado sería: 1s s p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6p 7d 8s. Paso 3: El diagrama por niveles será similar a la configuración electrónica detallada por orbital. Paso 4: Por lo tanto, queda: 6

7 Ahora hazlo tú! Escoge al azar diez (10) elementos de la tabla periódica y escribe la configuración electrónica de ellos. En cada uno de los casos escribe al menos dos tipos de configuración electrónica, como lo indica el ejemplo debajo de la tabla. EEjemplo: Carbono C 6 1s s px 1 py 1 pz [He] p 7

8 1) ) 3) 4) 5) 8

9 6) 7) 8) 9) 10) 9