Configuración Electrónica

 

Qué es la configuración electrónica

Configuración Electrónica

La configuración electrónica de una especie atómica (neutra o iónica) nos permite comprender la forma y energía de sus electrones. Se tienen en cuenta muchas reglas generales al asignar la «ubicación» del electrón a su estado energético prospectivo; sin embargo, estas asignaciones son arbitrarias y siempre es incierto qué electrón se está describiendo. Conocer la configuración electrónica de una especie nos permite comprender mejor su capacidad de unión, magnetismo y otras propiedades químicas.

La configuración electrónica es la notación estándar utilizada para describir la estructura electrónica de un átomo. Bajo la aproximación orbital, dejamos que cada electrón ocupe un orbital, que puede resolverse con una sola función de onda. Al hacerlo, obtenemos tres números cuánticos (n, l , m _l ), que son los mismos que los obtenidos al resolver la ecuación de Schrodinger para el átomo de hidrógeno de Bohr. Por lo tanto, muchas de las reglas que usamos para describir la dirección del electrón en el átomo de hidrógeno también se pueden usar en sistemas que involucran múltiples electrones. Al asignar electrones a los orbitales, debemos seguir un conjunto de tres reglas: el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund.

La función de onda es la solución a la ecuación de Schrödinger. Al resolver la ecuación de Schrödinger para el átomo de hidrógeno, obtenemos tres números cuánticos, a saber, el número cuántico principal (n), el número cuántico de momento angular orbital ( l ) y el número cuántico magnético (m _l ). Hay un cuarto número cuántico, llamado número cuántico magnético de espín (m _s ), que no se obtiene al resolver la ecuación de Schrödinger. Juntos, estos cuatro números cuánticos se pueden usar para describir la ubicación de un electrón en el átomo de hidrógeno de Bohr. Estos números pueden considerarse como la "dirección" de un electrón en el átomo.

Notación

Para ayudar a describir la notación apropiada para la configuración electrónica, es mejor hacerlo mediante un ejemplo. Para este ejemplo, usaremos el átomo de yodo. Hay dos formas en las que se puede escribir la configuración electrónica:

I: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁵

 [Kr] 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁵

En ambos tipos de notaciones, el orden de los niveles de energía debe escribirse mediante el aumento de energía, mostrando el número de electrones en cada subnivel como exponente. En la notación corta, coloca corchetes alrededor del elemento de gas noble precedente seguido de la configuración electrónica de la capa de valencia. La tabla periódica muestra que el kyrpton (Kr) es el gas noble anterior enumerado antes del yodo. La configuración de gas noble abarca los estados de energía más bajos que los electrones de la capa de valencia. Por lo tanto, en este caso [Kr] = 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ .

 

 

Números cuánticos

Número cuántico principal (n)

El número cuántico principal n indica la capa o nivel de energía en el que se encuentra el electrón. El valor de n se puede ajustar entre 1 a n , donde n es el valor de la capa más externa que contiene un electrón. Este número cuántico solo puede ser positivo, distinto de cero y valores enteros. Es decir, n = 1,2,3,4, ..

Por ejemplo, un átomo de yodo tiene sus electrones más externos en el orbital 5p. Por lo tanto, el número cuántico principal para el yodo es 5.

Número cuántico de momento angular orbital ( l )

El número cuántico del momento angular orbital, l , indica la subcapa del electrón. También puede saber la forma del orbital atómico con este número cuántico. Una subcapa s corresponde a l = 0, una subcapa p = 1, una subcapa d = 2, una subcapa f = 3, y así sucesivamente. Este número cuántico solo puede ser valores positivos y enteros, aunque puede tomar un valor cero. En general, para cada valor de n, hay n valores de l . Además, el valor de l varía de 0 a n-1. Por ejemplo, si n = 3, l = 0,1,2.

Entonces, en lo que respecta al ejemplo usado anteriormente, los valores l de yodo para n = 5 son l = 0, 1, 2, 3, 4.

Número cuántico magnético (m _l )

El número cuántico magnético, m _l , representa los orbitales de una subcapa determinada. Para un l dado, m _l puede oscilar entre -l y + l . Una subcapa p ( l = 1), por ejemplo, puede tener tres orbitales correspondientes am _l = -1, 0, +1. En otras palabras, define los orbitales p _x , p _y y p _z de la subcapa p. (Sin embargo, los números m _l no corresponden necesariamente a un orbital dado. El hecho de que haya tres orbitales simplemente es indicativo de los tres orbitales de la subcapa p.) En general, para un l dado , hay 2 l+1 valores posibles para m _l ; y en una capa principal n , hay n ² orbitales que se encuentran en ese nivel de energía.

Continuando con el ejemplo anterior, los valores m _l de yodo son m _l = -4, -3, -2, -1, 0 1, 2, 3, 4. Estos corresponden arbitrariamente a los 5s, 5p _x , 5p _y , 5p _z , 4d _x ² -y ² , 4d _z ² , 4d _xy , 4d _xz y 4d _yz orbitales.

Número cuántico magnético de giro (m _s )

El número cuántico magnético de espín solo puede tener un valor de +1/2 o -1/2. El valor de 1/2 es el número cuántico de espín, s, que describe el espín del electrón. Debido al giro del electrón, genera un campo magnético. En general, un electrón con am _s = + 1/2 se llama electrón alfa, y uno con m _s = -1 / 2 se llama electrón beta. No hay dos electrones emparejados que puedan tener el mismo valor de espín.

Sin embargo, de estos cuatro números cuánticos, Bohr postuló que solo el número cuántico principal, n, determina la energía del electrón. Por lo tanto, el orbital 3s ( l = 0) tiene la misma energía que los orbitales 3p ( l = 1) y 3d ( l = 2), independientemente de la diferencia en los valores l . Este postulado, sin embargo, es válido sólo para el átomo de hidrógeno de Bohr u otros átomos similares al hidrógeno.

Cuando se trata de sistemas de varios electrones, debemos considerar las interacciones electrón-electrón. Por lo tanto, el postulado descrito anteriormente se descompone en que la energía del electrón ahora está determinada por el número cuántico principal, n, y el número cuántico del momento angular orbital, l . Aunque la ecuación de Schrodinger para átomos de muchos electrones es extremadamente difícil de resolver matemáticamente, todavía podemos describir sus estructuras electrónicas a través de configuraciones electrónicas.