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La configuración electrónica de un átomo es una representación numérica de sus orbitales de electrones. Los orbitales de electrones son regiones alrededor del núcleo de un átomo que tienen distintas formas y en las que es matemáticamente probable que estén ubicados los electrones. La configuración electrónica puede indicarle a un lector con rapidez y simplicidad la cantidad de orbitales que tiene un átomo, además de la cantidad de electrones que hay en cada orbital. Después de comprender los principios básicos detrás de la configuración electrónica, podrás escribir tus propias configuraciones y abordar con confianza esos exámenes de Química.
Pasos
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¿Qué es una configuración electrónica? Una configuración electrónica muestra la distribución de los electrones de un átomo o una molécula. Existe una notación específica que puede mostrar con rapidez en dónde es probable que se encuentren los electrones. Por ende, conocer esta notación constituye una parte esencial de saber las configuraciones electrónicas. Leer estas notaciones puede indicarte el elemento al cual te refieres y la cantidad de electrones que tiene. [1] X Fuente de investigación
- La estructura de la tabla periódica se basa en la configuración electrónica.
- Por ejemplo, la notación para el fósforo (P) es .
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¿Qué son las capas electrónicas? La zona alrededor del núcleo de un átomo, o la zona en donde orbitan los electrones, se conoce como la capa electrónica. Suele haber alrededor de 3 capas electrónicas en cada átomo, y a la disposición de estas se le conoce como la configuración electrónica. Todos los electrones en la misma capa deben tener la misma energía. [2] X Fuente de investigación
- A las capas electrónicas a veces también se les llama niveles de energía.
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¿Qué es un orbital atómico? A medida que un átomo va adquiriendo electrones, estos llenan distintos conjuntos de orbitales siguiendo un orden específico. Cuando cada conjunto de orbitales se llena, contiene un número par de electrones. Estos son los conjuntos de orbitales: [3] X Fuente de investigación
- El conjunto de orbitales s (cualquier número en la configuración electrónica seguido de una "s") contiene un solo orbital y, según el principio de exclusión de Pauli , un solo orbital puede contener como máximo 2 electrones. Por ende, cada conjunto de orbitales s puede tener 2 electrones.
- El conjunto de orbitales p contiene 3 orbitales y, por ende, puede tener 6 electrones en total.
- El conjunto de orbitales d contiene 5 orbitales y, por ende, puede tener 10 electrones.
- El conjunto de orbitales f contiene 7 orbitales y, por ende, puede tener 14 electrones.
- Los conjuntos de orbitales g, h, i y k son teóricos. No se conoce ningún átomo que tenga electrones en estos orbitales. El conjunto g tiene 9 orbitales y, por ende, en teoría podría contener 18 electrones. El conjunto h tendría 11 orbitales y 22 electrones como máximo, el conjunto i tendría 13 orbitales y 26 electrones como máximo, y el conjunto k tendría 15 orbitales y 30 electrones como máximo.
- Recuerda el orden de las letras de los cuatro primeros conjuntos usando esta mnemotécnica: [4] X Fuente de investigación S o P a D e F ideos.
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¿Qué son los orbitales superpuestos? En ocasiones, los electrones ocupan un espacio compartido de orbitales. Considera la molécula de dihidrógeno, o H2. Los dos electrones deben permanecer cerca uno del otro para mantener la atracción entre ellos y conectarse. Debido a que están tan cerca, ocuparán el mismo espacio orbital y, por ende, compartirán el orbital o estarán superpuestos. [5] X Fuente de investigación
- En la notación, tan solo cambias el número de fila a uno menos de lo que sea en realidad. Por ejemplo, la configuración electrónica del germanio (Ge) es . Aunque llegas hasta la fila 4, de todos modos hay un "3d" en el centro debido a la superposición. [6] X Fuente de investigación
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¿Cómo se usa una tabla de configuración electrónica? Si tienes dificultades para visualizar la notación, puede serte de ayuda usar una tabla de configuración electrónica de forma que puedas ver realmente lo que escribes. Dispón una tabla básica con los niveles de energía a lo largo del eje y y el tipo de orbital en dirección horizontal en el eje x . A partir de allí, puedes trazar la notación en los espacios correspondientes a medida que se desplazan a lo largo del eje y y horizontalmente por el eje x . Luego, puedes seguir la línea para obtener la notación. [7] X Fuente de investigación
- Por ejemplo, si fueras a escribir la configuración del berilio, empezarías por 1s y luego regresarías a 2s. El berilio únicamente tiene 4 electrones, por lo que te detendrías después de esto y tendrías .
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Busca el número atómico del átomo. Cada átomo tiene un número específico de electrones que está asociado a él. Ubica el símbolo químico del átomo en la tabla periódica . El número atómico es un número entero positivo que empieza desde el 1 (para el hidrógeno) e incrementa de a 1 con cada átomo posterior. El número atómico del átomo es la cantidad de protones del átomo y, por ende, en un átomo cuya carga sea 0, también es la cantidad de electrones. [8] X Fuente de investigación
- La tabla periódica se basa en la configuración electrónica, por lo que puedes usarla para determinar la notación de la configuración del elemento.
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Determina la carga del átomo. Los átomos sin carga tendrán la cantidad exacta de electrones que figura en la tabla periódica. Sin embargo, los átomos con carga (iones) tendrán un número mayor o menor de electrones según la magnitud de la carga. Si estás trabajando con un átomo con carga, suma o resta electrones en concordancia: suma un electrón por cada carga negativa y resta uno por cada carga positiva. [9] X Fuente de investigación
- Por ejemplo, en el caso de un átomo de sodio que tenga una carga de +1, se le restaría un electrón a su número atómico básico de 11. Entonces, el átomo de sodio tendría 10 electrones en total.
- En el caso de un átomo de sodio que tenga una carga de -1, se le sumaría un electrón a su número atómico básico de 11. Entonces, el átomo de sodio tendría 12 electrones en total.
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Comprende la notación de la configuración electrónica. Las configuraciones electrónicas se escriben de forma que se muestre con claridad la cantidad de electrones que hay en el átomo y también en cada orbital. Cada orbital se escribe en secuencia con la cantidad de electrones en cada uno en superíndice a la derecha del nombre del orbital. La configuración electrónica final constituye una sola serie de nombres de orbitales y superíndices. [10] X Fuente de investigación
- Por ejemplo, esta es una configuración electrónica simple: 1s 2 2s 2 2p 6 . Esta configuración muestra que hay 2 electrones en el conjunto de orbitales 1s, 2 electrones en el conjunto de orbitales 2s y 6 electrones en el conjunto de orbitales 2p. 2 + 2 + 6 = 10 electrones en total. Esta configuración electrónica es para un átomo sin carga de neón (el número atómico del neón es 10).
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Memoriza el orden de los orbitales. Ten en cuenta que los conjuntos de orbitales se numeran según la capa electrónica pero se ordenan en términos de la energía. Por ejemplo, un 4s 2 lleno tiene menos energía (o tiene un menor potencial de volatilidad) que un 3d 10 parcialmente lleno o lleno, por lo que la capa 4s figura primero. Después de conocer el orden de los orbitales, puedes tan solo llenarlos según la cantidad de electrones que tenga el átomo. Este es el orden para llenar los orbitales: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s. [11] X Fuente de investigación
- La configuración electrónica de un átomo que tenga todos los orbitales completamente llenos se escribiría así: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6
- Ten en cuenta que la lista anterior, si todas las capas estuvieran llenas, sería la configuración electrónica del Og (oganesón), 118, el átomo con el número más alto en la tabla periódica. Por ende, esta configuración electrónica contiene todas las capas electrónicas que actualmente se conocen para un átomo de carga neutra.
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Llena los orbitales según la cantidad de electrones que haya en el átomo. Por ejemplo, si quieres escribir la configuración electrónica de un átomo de calcio sin carga, empezarías por buscar el número atómico en la tabla periódica. Este es 20, por lo que escribirás una configuración para un átomo que tenga 20 electrones siguiendo el orden anterior. [12] X Fuente de investigación
- Llena los orbitales según el orden anterior hasta llegar a 20 electrones en total. El orbital 1s contiene 2 electrones, el 2s contiene 2, el 2p contiene 6, el 3s contiene 2, el 3p contiene 6 y el 4s contiene 2 (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20). Por ende, la configuración electrónica del calcio es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 .
- Nota: el nivel de energía cambia a medida que asciendes. Por ejemplo, cuando estás a punto de pasar al cuarto nivel de energía, pasa a ser 4s primero y luego 3d. Después del cuarto nivel de energía, pasas al quinto, en donde se vuelve a seguir el orden (5s y luego 4d). Esto únicamente ocurre después del tercer nivel de energía.
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Utiliza la tabla periódica como un atajo visual. Es posible que ya hayas observado que la forma de la tabla periódica corresponde al orden de los conjuntos de orbitales en las configuraciones electrónicas. Por ejemplo, los átomos en la segunda columna desde la izquierda siempre terminan en "s 2 ", los átomos en el extremo derecho de la parte delgada central siempre terminan en "d 10 ", etc. Utiliza la tabla periódica como una guía visual para escribir configuraciones. El orden en el que añadas los electrones a los orbitales corresponde a la posición en la tabla. [13] X Fuente de investigación
- Específicamente, las dos columnas en el extremo izquierdo representan a los átomos que tienen configuraciones electrónicas que terminan en orbitales s, el bloque derecho de la tabla representa a los átomos cuyas configuraciones terminan en orbitales p, la parte central representa a los átomos que terminan en orbitales d, y la parte inferior representa a los átomos que terminan en orbitales f.
- Por ejemplo, al escribir la configuración electrónica del cloro, piensa lo siguiente: "Este átomo se encuentra en la tercera fila (o 'periodo') de la tabla periódica. También se encuentra en la quinta columna del bloque de orbitales p de la tabla. Por ende, su configuración electrónica terminará en ...3p 5 ".
- Cuidado: las regiones de los orbitales d y f de la tabla corresponden a niveles de energía distintos del periodo en el que se encuentran. Por ejemplo, la primera fila del bloque de orbitales d corresponde al orbital 3d aunque se encuentra en el periodo 4, en tanto que la primera fila de los orbitales f corresponde al orbital 4f aunque se encuentra en el periodo 6.
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Aprende la taquigrafía para escribir configuraciones electrónicas largas. A los átomos a lo largo del borde derecho de la tabla periódica se les conoce como gases nobles . Estos elementos son muy estables químicamente. Si quieres acortar el proceso de escribir una configuración electrónica larga, tan solo escribe entre corchetes el símbolo químico del gas noble más cercano que tenga menos electrones que el átomo con el que estés trabajando y luego continúa con la configuración electrónica para los siguientes conjuntos de orbitales. [14] X Fuente de investigación
- Para comprender este concepto, es útil escribir una configuración de ejemplo. Escribe una configuración para el zinc (número atómico 30) usando la taquigrafía de los gases nobles. La configuración electrónica completa del zinc es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Sin embargo, observa que 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 es la configuración del argón, un gas noble. Tan solo reemplaza esta parte de la notación electrónica del zinc por el símbolo químico del argón entre corchetes ([Ar]).
- Entonces, la configuración electrónica del zinc en taquigrafía es [Ar]4s 2 3d 10 .
- Observa que, si vas a hacer la notación de gases nobles para el argón, por ejemplo, no es posible escribir [Ar]. Debes usar el gas noble anterior a ese elemento. En el caso del argón, sería el neón ([Ne]).
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Comprende la tabla periódica ADOMAH. Este método para escribir configuraciones electrónicas no requiere memorización pero sí una tabla periódica reorganizada, ya que, en una tabla periódica tradicional, a partir de la cuarta fila, los números de los periodos no corresponden con las capas electrónicas. Busca una tabla periódica ADOMAH, que es un tipo especial de tabla periódica diseñado por el científico Valery Tsimmerman. Puede encontrarse con facilidad haciendo una búsqueda rápida en línea. [15] X Fuente de investigación
- En la tabla periódica ADOMAH, las filas horizontales representan grupos de elementos (por ejemplo, halógenos, gases inertes, metales alcalinos, alcalinotérreos, etc.). Las columnas verticales corresponden a las capas electrónicas y las llamadas "cascadas" (líneas diagonales que unen los bloques s, p, d y f) corresponden a los periodos.
- El helio se coloca junto al hidrógeno, ya que a ambos se les caracteriza por el orbital 1s. Los bloques de periodos (s, p, d y f) se muestran al lado derecho y los números de las capas se muestran en la base. Los elementos se presentan en recuadros rectangulares numerados del 1 al 120. Estos son números atómicos regulares que representan la cantidad total de electrones en un átomo neutro.
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Busca el átomo en la tabla ADOMAH. Si quieres escribir la configuración electrónica de un elemento, ubica el símbolo en la tabla periódica ADOMAH y tacha todos los elementos que tengan números atómicos más altos. Por ejemplo, si tienes que escribir la configuración electrónica del erbio (68), tacha los elementos del 69 al 120.
- Observa los números del 1 al 8 en la base de la tabla. Estos son los números de las capas electrónicas o de las columnas. Ignora las que contengan únicamente elementos tachados. En el caso del erbio, las columnas restantes son las 1, 2, 3, 4, 5 y 6.
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Cuenta los conjuntos de orbitales hacia arriba hasta el átomo con el que estés trabajando. Observa los símbolos de los bloques que se muestran al lado derecho de la tabla (s, p, d y f) y los números de las columnas que se muestran en la base e ignora las líneas diagonales entre los bloques. Luego, divide las columnas en bloques y enuméralas en orden de abajo hacia arriba. Nuevamente, ignora los bloques de columnas en los que estén tachados todos los elementos. Anota los bloques de columnas empezando por el número de la columna seguido del símbolo del bloque, así: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (en el caso del erbio). [16] X Fuente de investigación
- Nota: la configuración electrónica anterior para el Er se escribe en orden ascendente de los números de las capas. También podría escribirse en el orden de llenado de los orbitales. Tan solo sigue las cascadas de abajo hacia arriba en lugar de las columnas al anotar los bloques: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 12 .
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Cuenta los electrones para cada conjunto de orbitales. Cuenta los elementos que no hayas tachado en cada bloque de columna, asignando un electrón por elemento y anotando la cantidad junto a los símbolos de los bloques para cada columna, así: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 12 5s 2 5p 6 6s 2 . En el ejemplo, esta es la configuración electrónica del erbio. [17] X Fuente de investigación
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Conoce las configuraciones electrónicas irregulares. Hay 18 excepciones comunes a las configuraciones electrónicas para los átomos en su estado de energía más bajo, también conocido como el estado fundamental. Se desvían de la regla general solo en las 2 o 3 últimas posiciones de los electrones. En estos casos, la configuración electrónica en sí mantiene a los electrones en un estado de energía más bajo que en una configuración estándar para el átomo. Los átomos irregulares son los siguientes:
- Cr (..., 3d5, 4s1); Cu (..., 3d10, 4s1); Nb (..., 4d4, 5s1); Mo (..., 4d5, 5s1); Ru (..., 4d7, 5s1); Rh (..., 4d8, 5s1); Pd (..., 4d10, 5s0); Ag (..., 4d10, 5s1); La (..., 5d1, 6s2); Ce (..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd (..., 4f7, 5d1, 6s2); Au (..., 5d10, 6s1); Ac (..., 6d1, 7s2); Th (..., 6d2, 7s2); Pa (..., 5f2, 6d1, 7s2); U (..., 5f3, 6d1, 7s2); Np (..., 5f4, 6d1, 7s2) and Cm (..., 5f7, 6d1, 7s2).
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Escribe la notación de los cationes. Lidiar con cationes es muy similar a los átomos neutros en su estado fundamental. Para empezar, quita los electrones del orbital p en el extremo exterior, luego del orbital s y luego del orbital d. [18] X Fuente de investigación
- Por ejemplo, la configuración electrónica del calcio en su estado fundamental (Z = 20) es . Sin embargo, el ion de calcio tiene dos electrones menos, por lo que empiezas quitándolos de la capa en el extremo exterior (que es la 4). Entonces, la configuración del ion de calcio es .
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Escribe la notación de los aniones. Al escribir la notación de un anión, debes usar el principio de Aufbau, según el cual los electrones llenan primero los niveles de energía más bajos que estén disponibles antes de pasar a niveles más altos. Entonces, añadirías electrones al nivel de energía en el extremo exterior (o el más bajo) antes de desplazarte hacia adentro para añadir más. [19] X Fuente de investigación
- Por ejemplo, el cloro neutro (Z = 17) tiene 17 electrones y se escribe . Sin embargo, el ion cloruro tiene 18 electrones, los cuales añadirías empezando por el nivel de energía en el extremo exterior. Por ende, el ion cloruro se escribe .
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El cromo y el cobre. Como ocurre con toda regla, hay excepciones. La mayor parte de los elementos siguen el principio de Aufbau, pero no es el caso de estos dos elementos. Estos electrones no van al nivel de energía más bajo sino que se añaden al nivel que hará que sean más estables. Quizás te sea de ayuda memorizar la notación de estos dos elementos, ya que no sigue la regla. [20] X Fuente de investigación
- Cr = [Ar]
- Cu = [Ar]
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Consejos
- También es posible escribir la configuración electrónica de un elemento escribiendo solo la configuración de valencia, que es el último conjunto de orbitales s y p. Entonces, la configuración de valencia de un átomo de antimonio sería 5s 2 5p 3 .
- Asimismo, puedes usar muchas calculadoras de configuración electrónica en línea de manera gratuita escribiendo el nombre del elemento. Sin embargo, no suelen mostrar el cálculo.
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Referencias
- ↑ https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/e_config.html
- ↑ https://www.goodscience.com.au/year-9-chemistry/electron-configuration-elements-1-20/
- ↑ https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(McMurry)/01%3A_Structure_and_Bonding/1.03%3A_Atomic_Structure_-_Orbitals
- ↑ https://www.mnemonic-device.com/chemistry/sober-physicists-dont-find-giraffes-hiding-in-kitchens/
- ↑ https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_Chemistry_-_The_Central_Science_(Brown_et_al.)/09._Molecular_Geometry_and_Bonding_Theories/9.4%3A_Covalent_Bonding_and_Orbital_Overlap
- ↑ https://sciencing.com/determine-valence-orbital-element-8415138.html
- ↑ https://www.khanacademy.org/science/class-11-chemistry-india/xfbb6cb8fc2bd00c8:in-in-structure-of-atom/xfbb6cb8fc2bd00c8:in-in-electronic-configuration-of-atoms/a/electron-configurations-article
- ↑ https://brilliant.org/discussions/thread/periodic-table-ii-chemistry/
- ↑ https://chem.libretexts.org/Courses/Nassau_Community_College/Organic_Chemistry_I_and_II/01%3A_Introduction_and_Review/1.04%3A_Electron_Configurations
- ↑ https://chem.libretexts.org/Courses/Nassau_Community_College/Organic_Chemistry_I_and_II/01%3A_Introduction_and_Review/1.04%3A_Electron_Configurations
- ↑ https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Quantum_Mechanics/10%3A_Multi-electron_Atoms/Electron_Configuration
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- ↑ https://chem.libretexts.org/Courses/Nassau_Community_College/Organic_Chemistry_I_and_II/01%3A_Introduction_and_Review/1.04%3A_Electron_Configurations
- ↑ http://www.1728.org/shells.htm
- ↑ https://perfectperiodictable.com/
- ↑ https://perfectperiodictable.com/userguide.html
- ↑ https://perfectperiodictable.com/userguide.html
- ↑ https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_Chemistry_(Zumdahl_and_Decoste)/08%3A_Bonding_General_Concepts/13.04_Ions%3A_Electron_Configurations_and_Sizes
- ↑ https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/e_config.html
- ↑ https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1045/e_config.html
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