▷ La CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA de los elementos

La diferente distribución que toman los electrones (e^– ) en torno al núcleo atómico, en sus correspondientes orbitales recibe el nombre de configuración electrónica de los elementos o distribución electrónica.

Cuando ésta estructura electrónica es la de menor energía posible recibe el nombre de configuración electrónica fundamental.

Será sencillo determinar la configuración electrónica de los átomos siempre que sigamos 3 reglas: Principio de Aufbau de mínima energía, principio de exclusión de Pauli y regla de Hund.

Principio de Aufbau

Los electrones tienden a ocupar orbitales que minimicen la energía del átomo, por lo tanto llenarán primero los niveles y subniveles de energía mínima. Para ello nos ayudaremos de la tabla de configuración electrónica o diagrama de Moeller del llenado de orbitales que sigue:

Principio de exclusión de Pauli

Dos electrones nunca podrán tener los cuatro número cuánticos iguales, por lo tanto como los 3 primeros números cuánticos; n, l y m_l determinan a un orbital específico, dos electrones podrán tener estos números idénticos pero el cuarto número m_s, correspondiente al sentido de giro del electrón ( spin ) debe de ser diferente y toma valores de +⅟₂ y -⅟₂.

Cada electrón se representa mediante una flecha, la punta indica el spín del electrón.

[⇅] (Diagrama de orbitales)

Existe un máximo de dos electrones por orbital, la subcapa s posee un orbital, la p tres orbitales, la d cinco orbitales y la f tiene siete orbitales.

Regla de Hund

Debido a la repulsión entre electrones, estos tienden a posicionarse en posiciones lo más alejadas posibles y con spines paralelos, es decir, los electrones deben estar tan desapareados como sea posible. Por ejemplo, en la distribución electrónica de los elementos químicos como el nitrógeno cuyo número atómico es Z=7, tendremos los orbitales 2p³que contendrán los 3 electrones totalmente desapareados.

[↑][↑][↑]

Sin embargo, en la configuración electrónica del átomo de oxígeno existe un conjunto de orbitales 2p⁴ por lo que ya no podrán estar completamente desapareados, por lo tanto la configuración electrónica del oxígeno en ese conjunto mencionado es:

[⇅][↑][↑]

Los subniveles llenos y semiocupados confieren al átomo una estabilidad adicional y en ocasiones se producen promociones de electrones más bajos de energía hacia niveles superiores para conformar estas configuraciones electrónicas de los elementos químicos más estables.

Existen 3 formas de notación para las distribuciones electrónicas el ya visto diagrama de orbitales, la notación spdf condensada ( 1s²2s²2p² ) y la notación spdf expandida ( 1s²2s²2p_x¹2p_y¹ ).

Para determinar que orbitales tienen más energía se sigue la regla n + l; dados dos orbitales tendrá mayor energía aquel cuya suma de valores de números cuánticos n y l sea mayor, y a igualdad tendrá mayor energía el que tenga mayor número cuántico principal n.

En ocasiones, utilizamos una configuración electrónica abreviada interna del gas noble precedente al elemento, por ejemplo la configuración electrónica del sodio, con Z=11 es: 1s²2s²2p⁶3s¹pero como la del gas noble precedente Neón es 1s²2s²2p⁶se puede escribir la del sodio como: [Ne] 3s¹

A continuación veremos una serie de ejemplos de la configuración electrónica química de varios elementos para entender mejor estos conceptos.

Configuración electrónica del carbono

El número atómico es Z=6 por lo que posee 6 e^–, la configuración será 1s²2s²2p²

Configuración electrónica del cloro

Como Z=17 la configuración será 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Configuración electrónica del potasio

Como Z=19 la configuración será 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Configuración electrónica del calcio

Como Z=20 se puede escribir la configuración abreviada [Ar]4s²

Configuración electrónica del azufre

Como Z=16 podemos escribir su configuración como [Ne]3s²3p⁴

Configuración electrónica del aluminio

Como Z=13 su configuración será [Ne]3s²3p¹

Configuración electrónica del hierro

Como Z=26 su configuración será [Ar]3d⁶4s²

Configuración electrónica del fósforo

Como Z=15 su configuración será [Ne]3s²3p³

Configuración electrónica del magnesio

Como Z=12 su configuración será [Ne]3s¹

Configuración electrónica del cobre

Como Z=29 su configuración será [Ar]3d¹⁰4s¹

Configuración electrónica del oro

Como Z=79 su configuración será [Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s¹

Configuración electrónica del hidrógeno

Como Z=1 su configuración será la más simple de todas, es decir 1s¹

Las configuraciones electrónicas también se pueden entender utilizando la tabla periódica tratando a los elementos por bloques (bloque s, bloque p, bloque d y bloque f) este método será explicado más adelante.