Escribir las configuraciones electrónicas para los estados fundamentales de N, Ar, Fe, y Fe2+. ¿Cuántos electrones desapareados habrá en cada una de estas partículas aisladas?

1. Problemas y
ejercicios de
Principios de
Química
y Estructura
Atómica y
Molecular
Configuraciones electrónicas de átomos e iones
Ejercicios
numéricos
de autoevaluación
Bloque 3

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Escribir las configuraciones electrónicas para los estados fundamentales de N,
Ar, Fe y Fe2+. ¿Cuántos electrones desapareados habrá en cada una de estas
partículas aisladas?

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Consejo
Trate de resolver este ejercicio (y todos) por sí
mismo/a antes de ver las soluciones. Si no lo intenta,
no lo asimilará bien.
Escribir las configuraciones electrónicas para los estados fundamentales de N,
Ar, Fe y Fe2+. ¿Cuántos electrones desapareados habrá en cada una de estas
partículas aisladas?

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Como se sabe, la configuración
electrónica de un elemento se puede
obtener a partir de este diagrama
mnemotécnico llamado de Moeller,
que no es sino una presentación
gráfica de la regla n + ℓ de Madelung.
Esta regla sirve para conocer el
“orden de llenado” de los orbitales
en los átomos, si bien hay que tener
en cuenta que muchos átomos de la
tabla periódica no se adaptan
exactamente a dicha regla
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Ar, Fe y Fe2+. ¿Cuántos electrones desapareados habrá en cada una de estas
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Vayamos ahora con
las configuraciones
electrónicas de los
átomos e iones que
nos han pedido: N,
Ar, Fe, Fe2+ y Pr3+
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Ar, Fe y Fe2+. ¿Cuántos electrones desapareados habrá en cada una de estas
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El N tiene número atómico
7. Eso significa que tiene 7
electrones que tenemos
que colocar en los
orbitales correspondientes
siguiendo la dirección de la
flecha y sabiendo que en
los orbitales s “caben” 2
electrones; en los p, 6; en
los d, 10; y en los f, 14
N: 1s2 2s2 2p3
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El Ar tiene Z = 18, como se
puede comprobar si se
escriben los 3 primeros
periodos de la tabla
periódica. Para
“colocarlos” necesita los
orbitales señalados con
círculos verdes
Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
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Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6
El Fe tiene Z = 26 electrones, es decir,
8 más que el Ar. Su configuración se
puede escribir, pues, como la del Ar
más esos 8 electrones adicionales. A
estos los coloca el Fe en los orbitales
destacados con círculos azules.
(Hemos escrito la configuración en el
“orden de llenado” del diagrama)
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Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6
Dado que la configuración del Fe se
basa en la del Ar…
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Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
…también se puede escribir
de forma simplificada así:
[Ar] 4s2 3d6
[Ar]
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Volviendo a la configuración del Fe, como
vemos, los últimos orbitales que “se
llenan” según el algoritmo seguido son los
3d, y antes de ellos los 4s. Se podría
pensar, entonces, que si queremos quitar
dos electrones al Fe para obtener Fe2+,
deberíamos quitarlos de los orbitales 3d…
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
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Sin embargo, los experimentos muestran que no es
así. La configuración del Fe2+ es la escrita, lo que
significa que los electrones “se van” del orbital 4s,
no del 3d. Esto es así porque, en general, el “orden
de llenado” no se corresponde completamente con
el orden de energía de los orbitales en la mayoría
de los átomos. Concretamente, el orbital 4s del Fe
tiene más energía que el 3d
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
2+:
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En general, para obtener la configuración electrónica de un catión es mejor
escribir la del átomo neutro en el orden de menor a mayor número cuántico
principal (n), y a igualdad de este, de menor a mayor número cuántico l.
Escrita la configuración del átomo neutro en ese orden, la del catión se
obtiene quitando electrones desde el último orbital escrito hacia atrás
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
2+:
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Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
3+:
Si se hubiera de obtener la configuración
electrónica del Fe3+, entonces el tercer
electrón sí que se quitaría de un orbital d:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5
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Para resolver la segunda parte del ejercicio conviene escribir las
configuraciones electrónicas de forma más gráfica. Cada orbital
lo representaremos mediante un cuadrado. Cada cuadrado
podrá contener 1 o 2 electrones…
1s2
2s2 2p3
N: 1s2 2s2 2p3
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    
1s2
2s2 2p3
N: 1s2 2s2 2p3
…y se debe cumplir la regla de Hund:
“Al llenar orbitales de igual energía
(los tres orbitales p, los cinco d, o los
siete f) los electrones se distribuyen,
siempre que sea posible, con sus
spines paralelos, es decir, separados”.
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    
1s2
2s2 2p3
N: 1s2 2s2 2p3
Eso supone que el N tendrá
3 electrones desapareados
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Siguiendo el mismo razonamiento, se demuestra
que el Ar no tiene ningún electrón desapareado
        
1s2
2s2 2p6 3s2
3p6
Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
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El Fe tiene 4 electrones desapareados…
              
1s2
2s2 2p6 3s2
3p6 3d6 4s2
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
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…los mismos que el Fe2+
             
1s2
2s2 2p6 3s2
3p6 3d5
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
2+:
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