Configuracion

1. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
El número cuántico n determina
el tamaño y la energía de los orbitales
en cada subnivel
A menor valor de n, más pequeño y
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y más estable (menos energía) es el orbital
1s < 2s < 3s < 4s…
PROPIEDADES PERIÓDICAS
2p < 3p < 4p…
Orden de energía de los distintos subniveles
que se encuentran en la Tabla Periódica
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s <
4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d
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1s En un subnivel dado, los orbitales que lo componen
tienen igual energía, decimos que son degenerados
2s 2p
Otra forma de entender 2px = 2py = 2pz
el orden de energía de los 3s 3p 3d
subniveles 3dxy = 3dxz = 3dyz = 3dx2-y2 = 3dz2
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f Principio de exclusión de Pauli
6s 6p
En un átomo no puede haber dos electrones
7s con los cuatro números cuánticos iguales
Deben diferir en al menos un número cuántico
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2. Definimos configuración electrónica a la manera en que
los electrones se acomodan en los orbitales de un átomo • Si hay 2 e en un mismo orbital, deben estar apareados. Uno de
ellos es ↑ y el otro ↓. Se indican como “↑↓”.
• Los electrones se van agregando a los orbitales en orden de n
creciente
Para representar la ocupación de un subnivel
usamos la notación nla, siendo a el número de • Hasta 2 e por orbital. En el nivel n=1, hasta 2 electrones; Z=1; 1s1
(H) y Z=2, 1s2 (He).
electrones en el mismo
• El helio tiene sistema de capa cerrada. A partir de Z=3 (Li), se
comienza a llenar el nivel n=2 (periodo). La configuración
Las subcapas o subniveles totalmente llenos o electrónica para Li es: [He]2s1.
a medio llenar son más estables que cualquier • Los electrones del nivel más externo (última capa) son los
otra configuración electrones de valencia. Los más importantes (reactivos).
• Si hay más de un orbital en un subnivel, se agregan los e en
Entonces, subniveles a medio llenar serán ns1, np3, nd5 y nf7 orbitales diferentes antes de ponerlos de a pares.
y subniveles completamente llenos serán ns2, np6, nd10 y nf14 • La configuración de un nivel completo puede abreviarse con el
símbolo del gas noble correspondiente (ej: 1s2 = [He]).
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TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS
La Tabla Periódica
Es una manera de acomodar los elementos químicos
de acuerdo a la periodicidad de sus propiedades
Se divide en filas llamadas
períodos
Y en columnas llamadas
grupos
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3. El llenado de la Tabla Periódica
En el primer período comienza a llenarse el
primer subnivel accesible, 1s, que puede
albergar dos electrones como máximo
Z = 1, H 1s1 (1 0 0 +1/2)
Z = 2, He 1s2 (1 0 0 -1/2)
¿(1 0 0 +1/2) o (1 0 0 -1/2)?
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El subnivel 2p empieza con el boro 4 electrones en un subnivel p
Z = 5, B 1s2 2s2 2p1 (2 1 -1 +1/2) ó
Z = 6, C ó Z = 6, C 1s2 2s2 2p2 (2 1 0 +1/2)
(2 1 -1 -1/2) (2 1 0 +1/2)
Z = 7, N 1s2 2s2 2p3 (2 1 +1 +1/2)
Regla de Hund
Z = 8, O 1s2 2s2 2p4 (2 1 -1 -1/2)
Cuando en un subnivel con orbitales degenerados (p, d o f)
tenemos más de una posibilidad de acomodar electrones
la configuración de más baja energía (más estable) es aquella Z = 9, F 1s2 2s2 2p5 (2 1 0 -1/2)
con mayor número de electrones desapareados
Z = 10, Ne 1s2 2s2 2p6 (2 1 +1 -1/2)
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4. Cómo escribir una configuración electrónica
[C]: 1s2 2s2 2p2 Notación completa o expandida
[C]: [He] 2s2 2p2 Notación compacta
Electrones externos
Símbolo del gas noble o de valencia
inmediatamente anterior
Representa a los electrones internos Grupo 1 ns1 Grupo 15 ns2 np3
Grupo 2 ns2 Grupo 16 ns2 np4
Grupo 13 ns2 np1 Grupo 17 ns2 np5
Grupo 14 ns2 np2 Grupo 18 ns2 np6
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Las átomos neutros pueden formar iones
ganando o perdiendo electrones
Decimos que dos o más átomos o iones son isoelectrónicos
si poseen exactamente la misma configuración electrónica
Si el átomo pierde electrones forma un catión
A+ (perdió 1 electrón), A2+ (perdió 2 electronres), … Los elementos potasio y calcio difieren en un único electrón
A es el símbolo del elemento [K] (Z = 19) = [Ar] 4s1
[Ca] (Z = 20) = [Ar] 4s2
Si el átomo gana electrones forma un anión
Pero sus iones son
A- (ganó 1 electrón), A2- (ganó 2 electrones), … [K+] (Z = 19) = [Ar]
[Ca2+] (Z = 20) = [Ar]
IMPORTANTE: el número atómico, Z, no cambia
por la formación de iones
K+ y Ca2+ son isoelectrónicos
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5. TABLA PERIÓDICA
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TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS
• Tabla periódica: Orden de los elementos (más de 100) según sus • Grupo VIIIA: Gases nobles, capa completa.
números atómicos y divididos en grupos y periodos. Muestra la • Grupo VIIA: halógenos, muy reactivos.
relación entre los elementos. • Elementos: se clasifican en metales, metaloides y no metales.
• Creada antes que se conociera la estructura de los átomos, por Maleabilidad y ductibilidad.
análisis de las tendencias en datos experimentales (Mendeleev).
• Elementos del bloque d → metales de transición (carácter de
transición entre los metales fuertemente reactivos del bloque s y • El número de grupo indica los e- de valencia. Los elementos
los menos reactivos del bloque p. del bloque s (Grupos I y IIA), tienen 1 y 2 e de valencia.
• Elementos del bloque f → de transición interna; “lantánidos” • Los e- de capa de valencia participan en las reacciones
(n=6) y “actínidos” (n=7). químicas. Similar configuración electrónica → propiedades
químicas parecidas (justificación de los grupos).
• Grupo IA: metales alcalinos (muy reactivos),
• Grupo IIA: alcalino térreos (menos reactivos)
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6. ¿Qué carga nuclear siente
Carga nuclear efectiva el segundo electrón?
Zef = Z - 1
Z+
n=1
Fatracción = Z / r2
r
Z+ r∝n ¿Qué carga nuclear siente
el tercer electrón?
Fatracción ∝ Z / n2
¿Zef = Z – 1 o Zef = Z – 2?
Z+
Z – 2 < Zef < Z – 1
Fatracción ∝ Zef / n2
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Zef en la Tabla Periódica
Así, la Zef que siente el último electrón de
un átomo con N electrones es igual a - +
= Zef = Z – σ(n)
Zef = Z - σ En un período
σ es la constante de apantallamiento Z > σ(n)
depende del número de electrones de valencia,
los cuales no apantallan tan efectivamente
como los electrones de niveles más internos
σ vale 1 para cada electrón de un nivel interno
pero es menor que 1 para cada electrón de los
niveles de valencia
=
En un grupo Z - σ(n) ≈ constante
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7. Radio atómico: es la distancia desde el núcleo al último electrón
del átomo
Sabemos que r ∝ n
E intuitivamente r ∝ 1 / Zef
Entonces r ∝ n / Zef
n aumenta hacia abajo
En un grupo r aumenta de
arriba hacia abajo
Zef es constante
n es constante
r disminuye de
En un período
Zef aumenta de izquierda a derecha
izquierda a derecha
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Radio atómico en la Tabla Periódica Radios atómicos y radios iónicos
+ -
Siempre se verifica que
-
Zef(A+) > Zef(A) > Zef(A-)
O bien
r(A+) < r(A) < r(A-)
Además,
… < r(A3+) < r(A2+) < r(A+)
+ y r(A3-) > r(A2-) > r(A-) > …
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8. Radios atómicos e iónicos en
una serie isoelectrónica Potencial de ionización
¿Cómo variará el radio (atómico o iónico) en El potencial o energía de ionización, PI, es
la serie N3-, O2-, F-, Ne, Na+, Mg2+, Al3+? la energía necesaria para remover un mol de
electrones de un mol de átomos en fase gaseosa
Zef = Z – σ(n)
A(g) → A+(g) + e-
Cuanto más atraído está el electrón al núcleo
Aumenta desde el N al Al más energía será necesaria para removerlo
Como la configuración electrónica es la misma,
PI ∝ F
σ(n) será aproximadamente igual en toda la serie
Zef aumentará desde el N hasta el Al Como r ∝ n / Zef, tenemos
PI ∝ Zef / n2
r(N3-) > r(O2-) > r(F-) > r(Ne) > r(Na+) > r(Mg2+) > r(Al3+)
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Potencial de ionización en la Tabla Periódica
Afinidad electrónica
- +
+
PI ∝ Zef / n2 La afinidad electrónica, AE, es la energía puesta
en juego al agregar un mol de electrones a un
En un período mol de átomos en fase gaseosa
PI ∝ Zef
A(g) + e- → A-(g)
A diferencia del PI, la AE puede implicar
un gasto o una liberación de energía
-
En un grupo PI ∝ 1 / n2
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9. La magnitud de EA será proporcional a la fuerza con que
el electrón adicional es atraído por el núcleo Electronegatividad
La electronegatividad, EN, es la tendencia de un átomo a atraer
EA ∝ F ∝ Zef / n2 hacia sí los electrones compartidos en un enlace.
- + Aumenta de izquierda a derecha (periodo) y de abajo hacia arriba
+ (grupo). Proporcional a la carga efectiva nuclear.
A : B EN(A) ≈ EN (B)
A: B EN(A) > EN (B)
A :B EN(A) < EN (B)
-
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La EN es proporcional al PI y a la EA
¿Qué factores hacen que un átomo
más o menos electronegativo?
EN ∝ PI y EA
- + A: B
+
A debe tener un PI alto
B debe tener un PI bajo
A debe tener una EA alta
B debe tener una EA baja
-
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10. Compuestos covalentes
Electronegatividad según Pauling
• Escala relativa. Mayor valor para F (4,0). • Unión entre elementos no metálicos.
• Importante en la clasificación de uniones químicas (entre dos • Los electrones no se ceden de un átomo a otro, se comparten
átomos) siempre de a pares. El par electrónico de la unión pertenece a
• Unión iónica: Diferencia de electronegatividad entre los ambos átomos.
átomos de la unión >1,7.
• Unión covalente: Diferencia de electronegatividad <1,7
Compuestos iónicos
• Ocurre en la unión entre elementos no metálicos y metálicos.
El metal se convierte en catión al ceder sus electrones al no
metal (se forma un anión)
• Unión fuerte de carácter electrostático
• El metal cede e necesarios para adquirir configuración de gas
noble
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