Configuracion Electronica Cuanto Vale S P D F

[Lelia Martire]

De acuerdo con la mecnica cuntica, los electrones pueden pasar de un orbital atmico a otro ya sea emitiendo o absorbiendo un cuanto de energa, en forma de fotn. Esta transicin de un orbital a otro con diferentes energas explican diversos fenmenos de emisin y absorcin de radiacin electromagntica por parte de los tomos.

Para describir las configuraciones electrnicas de tomos y molculas se utiliza una notacin estndar. En el caso de los tomos, la notacin contiene la definicin de los orbitales atmicos en la forma n l (ejemplos: 1s, 2p, 3d, 4f), indicndose el nmero de electrones asignado a cada orbital, o al conjunto de orbitales de la misma subcapa electrnica, por medio de un superndice. Por ejemplo, el hidrgeno tiene un electrn en el orbital s de la primera capa, de ah que su configuracin electrnica se escriba 1s1. El litio tiene dos electrones en la subcapa 1s y uno en la subcapa 2s (de mayor energa), de ah que su configuracin electrnica se escriba 1s2 2s1 . Para el fsforo (nmero atmico 15), tenemos: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3.Para tomos con muchos electrones, esta notacin puede ser muy larga por lo que se utiliza una notacin abreviada, que tiene en cuenta que las primeras subcapas son iguales a las de algn gas noble. Por ejemplo, el fsforo, difiere del argn y nen (1s2 2s2 2p6) nicamente por la presencia de la tercera capa. As, la configuracin electrnica del fsforo se puede escribir respecto de la del nen como:[Ne] 3s2 3p3. Esta notacin es til si tenemos en cuenta que la mayor parte de las propiedades qumicas de los elementos vienen determinadas por las capas ms externas.

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El orden en el que se escriben los orbitales viene dado por la estabilidad relativa de los orbitales, escribindose primero aquellos que tienen menor energa orbital. Esto significa que, aunque sigue unas pautas generales, se pueden producir excepciones. La mayor parte de los tomos siguen el orden dado por la regla de Madelung. As, de acuerdo con esta regla, la configuracin electrnica del hierro se escribe como: [Ar] 4s2 3d6. Otra posible notacin agrupa primero los orbitales con el mismo nmero cuntico n, de tal manera que la configuracin del hierro se expresa como [Ar] 3d6 4s2 (agrupando el orbital 3d con los 3s y 3p que estn implcitos en la configuracin del argn).

Entonces, es posible describir la estructura electrnica de los tomos estableciendo el subnivel o distribucin orbital de sus electrones. Un subnivel s se puede llenar con 1 o 2 electrones. Un subnivel p puede contener de 1 a 6 electrones; un subnivel d, de 1 a 10 electrones y un subnivel f, de 1 a 14 electrones. Los electrones se colocan primero en los subniveles de menor energa y cuando estos estn completamente ocupados, se usa el siguiente subnivel con energa superior. Esto se puede representar por la siguiente tabla:

Para determinar la configuracin electrnica de un elemento, basta con calcular cuntos electrones hay que acomodar y entonces distribuirlos en los subniveles empezando por los de menor energa, e ir llenando hasta que todos los electrones estn distribuidos. Un elemento qumico tiene un electrn ms que el elemento qumico que lo precede (adems de tener tambin el siguiente nmero atmico). El subnivel de energa aumenta de esta manera:

Tambin que en una orientacin deben caber dos electrones excepto cuando el nmero de electrones se ha acabado, por lo cual el orden que debe seguir este ordenamiento en cada nivel es primero los de espn positivo (+1/2) y luego los negativos.

El principio de exclusin de Pauli fue un principio cuntico enunciado por Wolfgang Ernst Pauli, en 1925. Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus nmeros cunticos idnticos (esto es, en el mismo estado cuntico de partcula individual). Perdi la categora de principio, pues deriva de supuestos ms generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadstica del spin. El principio de exclusin de Pauli slo se aplica a fermiones, esto es, partculas que forman estados cunticos antisimtricos y que tienen espn semientero. Son fermiones, por ejemplo, los protones, los neutrones y los electrones, los tres tipos de partculas subatmicas que constituyen la materia ordinaria. El principio de exclusin de Pauli rige, as pues, muchas de las caractersticas distintivas de la materia. En cambio, partculas como el fotn y el (hipottico) gravitn no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es, forman estados cunticos simtricos y tienen espn entero. Como consecuencia, una multitud de fotones puede estar en un mismo estado cuntico de partcula, como en los lseres."Dos electrones en la corteza de un tomo no pueden tener al mismo tiempo los mismos nmeros cunticos". Es sencillo derivar el principio de Pauli, basndonos en el artculo de partculas idnticas. Los fermiones de la misma especie forman sistemas con estados totalmente antisimtricos, lo que para el caso de dos partculas significa que:

Para que un tomo sea estable debe tener todos sus orbitales llenos (cada orbital con dos electrones, uno de espn + y otro de espn -). Por ejemplo, el oxgeno, que tiene configuracin electrnica 1s, 2s, 2p4, debe llegar a la configuracin 1s, 2s, 2p6 con la cual los niveles 1 y 2 estaran llenos. Recordemos que la Regla del octeto, justamente establece que el nivel electrnico se completa con 8 electrones, excepto el hidrgeno, que se completa con 2 electrones. Entonces, el oxgeno tendr la tendencia a ganar los 2 electrones que le faltan, por esto se combina con 2 tomos de hidrgeno (en el caso del agua, por ejemplo), cada uno de los cuales necesita 1 electrn (que recibe del oxgeno) y otorga a dicho tomo 1 electrn cada uno. De este modo, cada hidrgeno complet el nivel 1 y el oxgeno complet el nivel 2.

Al desarrollar la configuracin electrnica, encontramos una serie de excepciones. Por ejemplo, es ms estable llenar dos medios orbitales que completar uno y dejar el otro a uno o dos electrones de estar completado a la mitad. As, los metales del grupo 6 en vez de tener los orbitales externos completos y el orbital de un electrn de estar semi-completo, donarn un electrn del orbital , quedando ambos completos a la mitad: s1d5 en vez de s2d4. Igualmente, es ms estable rellenar los orbitales d completamente, por lo que los elementos- del grupo 11 tendern a adoptar la configuracin s1d10 en vez de s2d9. Ejemplos de estas anomalas son:

La qumica puede llegar a ser especialmente complicada, con lo cual toda herramienta que permita facilitar su aprendizaje a los que se introducen en ella es bienvenida.\nUno de los mtodos ms populares para familiarizarse con la regla de Madelung y la configuracin electrnica de los tomos es el diagrama de Moeller, una regla mnemotcnica de tipo grfico que facilita mucho ver en qu orbitales se ubican los electrones.\nA continuacin vamos a descubrir en qu consiste el diagrama de Moeller, cmo se relaciona con la regla de Madelung, cmo se aplica mediante unos cuantos ejemplos solucionados y qu elementos qumicos no obedecen a esta estrategia.\n

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• Artculo relacionado: "Los 5 tipos de enlaces qumicos: as se compone la materia"\n\n\nQu es el diagrama de Moeller?\nEl diagrama de Moeller, tambin conocido como mtodo de la lluvia o regla de las diagonales, es un mtodo grfico y mnemotcnico para aprender la regla de Madelung, una tcnica para conocer y escribir la configuracin electrnica de los elementos qumicos.\nEste diagrama se caracteriza por trazar unas diagonales por las columnas de los orbitales, en sentido de arriba hacia abajo de derecha a izquierda. A travs del diagrama de Moeller se define un orden en el llenado de los orbitales, los cuales estarn definidos por tres nmeros cunticos: n, l y ml.\nEl diagrama de Moeller funciona atendiendo a lo siguiente:\n\nCada columna se corresponde a un orbital diferente por los que circulan los electrones de un tomo, partculas subatmicas que tienen carga negativa. Los orbitales en cuestin son: s, p, d y f, cada uno con un espacio concreto para albergar electrones y, por lo tanto, diferentes niveles de energa.\nSi trazamos las diagonales o flechas en el sentido anteriormente mencionado, tenemos que el primer orbital es 1s. La segunda flecha empieza por el orbital 2s. La tercera flecha cruza 2p y 3s. La cuarta diagonal es 3p y 4s. La quinta diagonal es 3d, 4p y 5s y, as, sucesivamente. El diagrama de Moeller es una tcnica introductoria para quienes empiezan a estudiar en qumica las configuraciones electrnicas de los elementos de la tabla peridica.\n
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  • Quizs te interese: "Las 6 principales ramas de las ciencias naturales"\n\n\nLa regla de Madelung\nDado que el diagrama de Moeller es la representacin grfica de la regla de Madelung (conocida tambin como regla de Klechkovsky en algunos pases) primero debemos conocer de qu se trata. De acuerdo con esta regla, el llenado de los orbitales de un tomo debe obedecer las siguientes dos reglas:\nPrimera regla de Madelung\nLos orbitales con los menores valores de n+l se llenan primero, siendo n el nmero cuntico principal, y l el momento angular orbital.\nPor ejemplo, el orbital 3d corresponde a n=3 y l=2. Por lo tanto, n+l=3+2=5. En cambio, el orbital 4s corresponde a n=4 y l=0, siendo por lo tanto n+l=4+0=4. De esto se establece que los electrones llenan primero el orbital 4s antes que el 3d, porque 4s=4 mientras que 3d=5.\n
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    • Artculo relacionado: "Los 11 tipos de reacciones qumicas"\n\n\nSegunda regla de Madelung\nSi dos orbitales tienen el mismo valor de n+l, los electrones ocuparn primero aquel con menor valor de n.\nPor ejemplo, el orbital 3d tiene un valor de n+l=5, idntico al del orbital 4p (4+1=5) pero, como el orbital 3d tiene el menor valor para n ste se llenara primero que el orbital 4p.\nDe todas estas observaciones y reglas, se puede llegar al siguiente orden en el llenado de los orbitales atmicos: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. Pese a que este orden es fijo, recordarlo de memoria es complicado, motivo por el cual existe el diagrama de Moeller que viene a representar grficamente su orden.\n
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      • Quizs te interese: "Los 9 postulados de la teora atmica de Dalton"\n\n\nPasos a seguir al usar el diagrama de Moeller\nComo hemos comentado en el apartado anterior, la regla de Madelung usa la frmula n+l para establecer qu orbitales se llenan antes y a partir de ese determinar cul es la configuracin electrnica de un elemento determinado. Sin embargo, el diagrama de Moeller ya representa de forma grfica y sencilla esto, de modo que basta con seguir las columnas del mismo diagrama y dibujar diagonales para descubrir en qu orden se llenan los orbitales de cada elemento.\nPara descubrir la configuracin electrnica de un tomo y en qu orbitales se ubican sus electrones primero debemos conocer su nmero atmico Z. El nmero Z se corresponde con el nmero de electrones de un tomo, siempre y cuando este tomo sea neutro, o lo que es lo mismo, que no sea un in, ni positivo (catin) ni negativo (anin).\nAs pues, conociendo Z para un tomo neutro ya conocemos cuntos electrones suele tener un tomo neutro de ese elemento. Teniendo esto en mente, comenzaremos a trazar las diagonales en el diagrama de Moeller. Debemos tener en cuenta que cada tipo de orbital tiene una capacidad diferente para albergar electrones, los cuales son:\n
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        • s = 2 electrones\n
        • p = 6 electrones\n
        • d = 10 electrones\n
        • f = 14 electrones\n\nSe detiene en el orbital donde se haya ocupado el ltimo electrn dado por Z.\nEjemplos del diagrama de Moeller\nPara entender mejor cmo funciona el diagrama de Moeller, a continuacin vamos a ver unos cuantos ejemplos prcticos de establecimiento de la configuracin electrnica de diferentes elementos.\nBerilio\nPara establecer la configuracin electrnica de un tomo neutro de berilio (Be) lo que primero debemos hacer es buscarlo en la tabla peridica, un alcalinotrreo que se ubica en la segunda columna y segunda fila de la tabla. Su nmero atmico es 4, por lo tanto Z=4 y tiene, tambin, 4 electrones.\nTeniendo en cuenta todo esto, vamos a usar el diagrama de Moeller para ver de qu forma se ubican los 4 electrones de este elemento. Empezamos haciendo diagonales en el sentido anteriormente mencionado, de arriba a abajo y de derecha a izquierda.\nCuando vamos llenando orbitales, se recomienda poner la cantidad de electrones que se encuentran en cada uno de ellos a modo de superndice. Como 1s es el primer orbital y este ocupa dos electrones, lo escribiremos:\n\nComo todava nos quedan electrones libres, continuamos rellenando orbitales. El siguiente es el orbital 2s y, al igual que con 1s, ocupa 2 electrones, por lo tanto 2s2. Como ya tenemos todos los electrones bien ubicados en los orbitales del tomo neutro de Be podemos decir que la configuracin electrnica de este elemento es:\n\nNos aseguramos que lo hemos hecho bien sumando los superndices: 2+2=4\n
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          • Quizs te interese: "Teora cintico molecular: los 3 estados de la materia"\n\n\nFsforo\nEl elemento fsforo (P) es un no metal que se encuentra en la tercera fila y la columna 16 de la tabla peridica, con Z=15, por lo tanto tiene 15 electrones en total que deben ocupar los orbitales.\nHabiendo visto el ejemplo anterior, podemos adelantar un poco el camino y ubicar 4 de sus electrones en los mismos orbitales que tiene el berilio para sus 4 electrones, faltndonos ubicar 9 electrones ms.\n\nDespus del orbital 2s, la siguiente diagonal entra por el orbital 2p y termina en el orbital 3s. El orbital 2p puede ocupar 6 electrones, y en el caso de 3s solo 2. As pues, tendramos:\n\nDe momento tenemos bien ubicados 12 electrones, pero todava nos faltan 3 ms. Hacemos otra diagonal y esta vez entramos por el orbital 3p segn el diagrama de Moeller, un orbital que tiene espacio para 6 electrones, pero como solo nos quedan 3 electrones este orbital no va a estar completamente ocupado, poniendo como superndice un 3. As pues, para acabar con el fsforo, su configuracin electrnica es la siguiente:\n\nNos aseguramos que lo hemos hecho bien sumando los superndices: 2+2+6+2+3=15\nZirconio\nEl elemento zirconio (Zr) es un metal de transicin se encuentra en la columna 4 y la fila 5 y tiene un Z=40. Acortando camino aprovechando el ejemplo anterior, podemos ubicar los primeros 18 electrones.\n\nDespus del orbital 3p, los siguientes en llenarse guindonos con el diagrama de Moeller son los orbitales 4s, 3d, 4p y 5s, con capacidad para 2, 10, 6 y 2 electrones respectivamente.\n\nAl completar los primeros nueve orbitales del diagrama se suma un total de 20 electrones, quedando los 2 electrones restantes que se alojan en el siguiente orbital, el 4d. As pues, la configuracin electrnica del elemento zirconio neutro es:\n\nNos aseguramos que lo hemos hecho bien sumando los superndices: 2+2+6+2+6+2+10+6+2+2=40\nOxgeno\nAqu vemos un ejemplo un poco ms complicado que es el del oxgeno (O). Este gas se encuentra en la columna 16 y la fila 2 de la tabla peridica, es un no metal y tiene como nmero atmico 8.\nHasta aqu, viendo los dems ejemplos, pensaramos que su Z=8, sin embargo no es tan sencillo pues este gas es de naturaleza especial, encontrndose casi siempre en forma de in con carga de -2.\nEsto quiere decir que, si bien un tomo neutro de oxgeno s tiene 8 electrones tal y cmo indica su nmero atmico, lo cierto es que en la naturaleza presenta ms, en su caso 10 (8 electrones + 2 electrones o, si se prefiere, -8 de carga elctrica -2).\nAs pues, en este caso, la cantidad de electrones que tenemos que ubicar en los orbitales no es 8 sino 10 electrones, como si estuviramos ubicando los electrones del elemento qumico nen que s tiene Z=10.\nEntendido esto, solo tenemos que hacer lo mismo que hemos ido haciendo en los casos anteriores solo teniendo en cuenta que estamos trabajando con un in (anin):\n\nNos aseguramos que lo hemos hecho bien sumando los superndices: 2+2+6=10\nCalcio\nAl calcio (Ca) le sucede algo parecido al oxgeno, solo que en este caso hablamos de un catin, esto es, un in de carga positiva.\nEste elemento se encuentra en la columna 2 fila 4 de la tabla peridica con nmero atmico de 20, sin embargo, en la naturaleza se suele presentar en forma de in con carga positiva +2, lo que quiere decir que su carga electrnica es de 18 (- 20 + 2 = 18; 20 electrones - 2 electrones = 18 electrones).\n\nNos aseguramos que lo hemos hecho bien sumando los superndices: 2+2+6+2+6=18\nExcepciones al diagrama de Moeller y la regla de Madelung\nA pesar de que el diagrama de Moeller es muy til para entender la regla de Madelung y saber cmo se ubican los electrones de los diferentes elementos qumicos, lo cierto es que no es infalible. Hay ciertas sustancias cuya composicin no obedece lo que hemos explicado.\nSus configuraciones electrnicas difieren experimentalmente de las que la regla de Madelung predice por razones cunticas. Entre estos elementos que no siguen las normas tenemos: cromo (Cr, Z=24), cobre (Cu, Z=29), plata (Ag, Z=47), rodio (Rh, Z=45), cerio (Ce, Z=58), niobio (Nb; Z=41), entre otros.\nLas excepciones son muy frecuentes a la hora de llenar los orbitales d y f. Por ejemplo, en el caso del cromo, que debera tener una configuracin de valencia acabada en 4s^2 3d^4 segn el diagrama de Moeller y la regla de Madelung, en realidad la tiene de 4s^1 3d^5. Otro ejemplo extrao es el de la plata, que en vez de tener como ltima 5s^2 4d^9 tiene 5s^1 4d^10.\n","keywords":["Ciencia e investigaciones","Cultura"],"image":"@type":"ImageObject","url":"https:\/\/pymstatic.com\/105841\/conversions\/diagrama-moeller-wide.jpg","width":1200,"height":675,"thumbnailUrl":"https:\/\/pymstatic.com\/105841\/conversions\/diagrama-moeller-thumb.jpg","author":"@type":"Person","name":"Nahum Montagud Rubio","image":"https:\/\/pymstatic.com\/46129\/conversions\/nahum-montagud-400-medium.jpg","givenName":"Nahum","familyName":"Montagud Rubio","sameAs":["https:\/\/twitter.com\/MontagudNahum"],"jobTitle":"Psiclogo","description":"Graduado en Psicologa con mencin en Psicologa Clnica por la Universidad de Barcelona. 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