David Martínez Capistrán.
En física y química, la configuración electrónica es
la manera en la cual los electrones se estructuran o se
modifican en un átomo, molécula o en otra estructura físico-química, de acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual las funciones de ondas del sistema se expresa
como un producto de orbitales
antisimetrizadas.1 2Cualquier conjunto de electrones en un mismo estado cuántico deben cumplir el principio de exclusión de
Pauli al ser partículas idénticas. Por ser fermiones (partículas deespín semientero) el principio de exclusión de Pauli nos dice que
esto es función de onda total (conjunto de
electrones) debe ser antisimétrica.3 Por lo tanto, en el momento
en que un estado cuántico es ocupado por un electrón, el siguiente electrón
debe ocupar un estado cuántico diferente.
Valores de los números cuánticos
En el caso de los orbitales de los átomos hidrogenoides el número cuántico
principal n está asociado a los diferentes niveles de energía orbital
permitidos o niveles cuánticos; los valores que toma son 1, 2, 3, 4, 5,... Para
n=1 se tiene el nivel de menor energía. Todos los estados con el mismo número
cuántico principal forman una capa (o nivel). Por razones históricas, estas
capas electrónicas (por ejemplo en espectroscopia de rayos X) también se
denotan como K, L, M, N,... El segundo número cuántico l corresponde al momento
angular del estado. Estos estados tienen la forma de armónicos esféricos, y por
lo tanto se describen usando polinomios de Legendre. También por razones
históricas a estas subcapas (o subniveles), se les asigna una letra, que hace
referencia al tipo de orbital que describe el estado electrónico (s, p, d, f,...),
Los valores que puede tomar l son: 0, 1, 2, 3, 4,..., (n-1), siendo n el número
cuántico principal. El tercer número cuántico, m, puede tomar los valores desde
-l a l, y por lo tanto hay un total de 2l+1 estados degenerados posibles. Cada
uno de éstos puede ser ocupado por dos electrones con espines opuestos,
consecuencia de los dos posibles valores de la proyección sobre el eje z del
espín electrónico, ms, que puede tomar los valores +1/2 ó -1/2. Esto da un
total de 2(2l+1) electrones en total (tal como se puede ver en la tabla
siguiente).
Valor de l48963
|
Letra
|
Máximo número
de electrones |
0
|
s
|
2
|
1
|
p
|
6
|
2
|
d
|
10
|
3
|
f
|
14
|
Número cuántico
|
Valores posibles
|
|
n
|
1, 2,
3,...
|
|
l
|
0,...,
(n-1)
|
|
m
|
-l,
(-l+1),..., 0,....,(+l-1), +l
|
|
ms
|
-1/2,
+1/2
|
Distribución electrónica
Es
la distribución de los electrones en los subniveles y orbitales de un átomo. La
configuración electrónica de los elementos se rige según el diagrama de Moeller:
Para
comprender el diagrama de Moeller se utiliza la siguiente tabla:
s
|
p
|
d
|
f
|
|
n = 1
|
1s
|
|||
n = 2
|
2s
|
2p
|
||
n = 3
|
3s
|
3p
|
3d
|
|
n = 4
|
4s
|
4p
|
4d
|
4f
|
n = 5
|
5s
|
5p
|
5d
|
5f
|
n = 6
|
6s
|
6p
|
6d
|
|
n = 7
|
7s
|
7p
|
Ara encontrar la
distribución electrónica se escriben las notaciones en forma diagonal desde
arriba hacia abajo y de derecha a izquierda (seguir colores):
1s
|
2s
|
2p 3s
|
3p 4s
|
3d 4p 5s
|
4d 5p 6s
|
4f 5d 6p 7s
|
5f 6d 7p
|
Este principio de
construcción (denominado principio de Aufbau, del alemán Aufbau que significa 'construcción') fue una
parte importante del concepto original de Bohr de configuración electrónica.
Puede formularse como:7
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
ó 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 = 1
|
2
|
|||
n = 2
|
2
|
6
|
||
n = 3
|
2
|
6
|
10
|
|
n = 4
|
2
|
6
|
10
|
14
|
n = 5
|
2
|
6
|
10
|
14
|
n = 6
|
2
|
6
|
10
|
|
n = 7
|
2
|
6
|
Para encontrar la
configuración electrónica se usa el mismo procedimiento anterior incluyendo
esta vez el número máximo de electrones para cada orbital.
1s2
|
2s2
|
2p6 3s2
|
3p6 4s2
|
3d10 4p6 5s2
|
4d10 5p6 6s2
|
4f14 5d10 6p6 7s2
|
5f14 6d10 7p6
|
Finalmente la
configuración queda de la siguiente manera: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6
Para determinar la configuración electrónica de un elemento, basta con calcular cuántos electrones hay que acomodar y entonces distribuirlos en los subniveles empezando por los de menor energía e ir llenando hasta que todos los electrones estén distribuidos. Un elemento con número atómico mayor tiene un electrón más que el elemento que lo precede. El subnivel de energía aumenta de esta manera:
·
Subnivel s, p, d o f: Aumenta el nivel de energía.
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.
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