Configuración electrónicaátomo es una fórmula que muestra la disposición de los electrones en un átomo por niveles y subniveles. Después de estudiar el artículo, aprenderá dónde y cómo se encuentran los electrones, se familiarizará con los números cuánticos y podrá construir la configuración electrónica de un átomo según su número; al final del artículo hay una tabla de elementos.
¿Por qué estudiar la configuración electrónica de los elementos?
Los átomos son como un conjunto de construcción: hay un cierto número de partes, se diferencian entre sí, pero dos partes del mismo tipo son absolutamente iguales. Pero este set de construcción es mucho más interesante que el de plástico y he aquí por qué. La configuración cambia según quién esté cerca. Por ejemplo, el oxígeno junto al hidrógeno. Tal vez se convierte en agua, cuando está cerca del sodio se convierte en gas y cuando está cerca del hierro se convierte completamente en óxido. Para responder a la pregunta de por qué sucede esto y predecir el comportamiento de un átomo junto a otro, es necesario estudiar la configuración electrónica, que se comentará a continuación.
¿Cuántos electrones hay en un átomo?
Un átomo está formado por un núcleo y electrones que giran a su alrededor; el núcleo está formado por protones y neutrones. En el estado neutro, cada átomo tiene un número de electrones igual al número de protones en su núcleo. El número de protones se designa. número de serie Un elemento, por ejemplo el azufre, tiene 16 protones, el elemento número 16 de la tabla periódica. El oro tiene 79 protones, el elemento número 79 de la tabla periódica. En consecuencia, el azufre tiene 16 electrones en estado neutro y el oro tiene 79 electrones.
¿Dónde buscar un electrón?
Al observar el comportamiento del electrón se derivaron ciertos patrones que se describen mediante números cuánticos, son cuatro en total:
- Número cuántico principal
- Número cuántico orbital
- Número cuántico magnético
- Número cuántico de espín
Orbital
Además, en lugar de la palabra órbita, usaremos el término “orbital”; un orbital es la función de onda de un electrón, es decir, la región en la que el electrón pasa el 90% de su tiempo;
norte - nivel
L - concha
M l - número de orbital
M s - primer o segundo electrón en el orbital
Número cuántico orbital l
Como resultado del estudio de la nube de electrones, se encontró que dependiendo de nivel de energía, la nube toma cuatro formas básicas: una pelota, una mancuerna y otras dos más complejas. En orden de energía creciente, estas formas se denominan capas s, p, d y f. Cada una de estas capas puede tener 1 (en s), 3 (en p), 5 (en d) y 7 (en f) orbitales. El número cuántico orbital es la capa en la que se encuentran los orbitales. El número cuántico orbital para los orbitales s,p,d y f toma los valores 0,1,2 o 3, respectivamente.
Hay un orbital en la capa s (L=0): dos electrones.
Hay tres orbitales en la capa p (L=1): seis electrones
Hay cinco orbitales en la capa d (L=2): diez electrones.
Hay siete orbitales en la capa f (L=3): catorce electrones.
Número cuántico magnético m l
Hay tres orbitales en la capa p, están designados por números de -L a +L, es decir, para la capa p (L=1) hay orbitales “-1”, “0” y “1” . El número cuántico magnético se indica con la letra m l.
Dentro de la capa, es más fácil que los electrones se ubiquen en diferentes orbitales, por lo que los primeros electrones llenan uno en cada orbital, y luego se agrega un par de electrones a cada uno.
Considere el d-shell:
La capa d corresponde al valor L=2, es decir, cinco orbitales (-2,-1,0,1 y 2), los primeros cinco electrones llenan la capa tomando los valores M l =-2, M l =-1, M l =0 , M l =1,M l =2.
Número cuántico de espín m s
El espín es la dirección de rotación de un electrón alrededor de su eje, hay dos direcciones, por lo que el número cuántico de espín tiene dos valores: +1/2 y -1/2. Un subnivel de energía sólo puede contener dos electrones con espines opuestos. El número cuántico de espín se denota como m s
Número cuántico principal n
El número cuántico principal es el nivel de energía en este momento Se conocen siete niveles de energía, cada uno indicado por un número arábigo: 1,2,3,...7. El número de proyectiles en cada nivel es igual al número de nivel: hay un proyectil en el primer nivel, dos en el segundo, etc.
número de electrones
Entonces, cualquier electrón puede describirse mediante cuatro números cuánticos, la combinación de estos números es única para cada posición del electrón, tome el primer electrón, el nivel de energía más bajo es N = 1, en el primer nivel hay una capa, la El primer caparazón en cualquier nivel tiene la forma de una bola (s -cáscara), es decir. L=0, el número cuántico magnético sólo puede tomar un valor, M l =0 y el espín será igual a +1/2. Si tomamos el quinto electrón (en cualquier átomo que sea), entonces sus principales números cuánticos serán: N=2, L=1, M=-1, espín 1/2.
Algoritmo para componer la fórmula electrónica de un elemento:
1. Determine la cantidad de electrones en un átomo usando la Tabla periódica de elementos químicos D.I. Mendeleev.
2. Utilizando el número del período en el que se encuentra el elemento, determine el número de niveles de energía; el número de electrones en el último nivel electrónico corresponde al número del grupo.
3. Divida los niveles en subniveles y orbitales y llénelos con electrones de acuerdo con las reglas para llenar orbitales:
Hay que recordar que el primer nivel contiene un máximo de 2 electrones. 1s 2, en el segundo - un máximo de 8 (dos s y seis R: 2s 2 2p 6), en el tercero - un máximo de 18 (dos s, seis pag y diez d: 3s 2 3p 6 3d 10).
- Número cuántico principal norte debe ser mínimo.
- primero en llenar s- subnivel, entonces р-, re- segundo f- subniveles.
- Los electrones llenan los orbitales en orden creciente de energía de los orbitales (regla de Klechkovsky).
- Dentro de un subnivel, los electrones primero ocupan orbitales libres uno por uno y sólo después forman pares (regla de Hund).
- No puede haber más de dos electrones en un orbital (principio de Pauli).
Ejemplos.
1. Creemos una fórmula electrónica para el nitrógeno. El nitrógeno es el número 7 en la tabla periódica.
2. Creemos la fórmula electrónica del argón. El argón es el número 18 en la tabla periódica.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6.
3. Creemos la fórmula electrónica del cromo. El cromo es el número 24 en la tabla periódica.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5
Diagrama energético del zinc.
4. Creemos la fórmula electrónica del zinc. El zinc es el número 30 en la tabla periódica.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10
Tenga en cuenta que parte de la fórmula electrónica, a saber, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, es la fórmula electrónica del argón.
La fórmula electrónica del zinc se puede representar como:
Al escribir fórmulas electrónicas para átomos de elementos, indique los niveles de energía (valores del número cuántico principal norte en forma de números: 1, 2, 3, etc.), subniveles de energía (valores de números cuánticos orbitales yo en forma de letras - s, pag, d, F) y el número en la parte superior indican el número de electrones en un subnivel determinado.
El primer elemento de la tabla es D.I. Mendeleev es hidrógeno, por lo tanto la carga del núcleo del átomo. norte es igual a 1, un átomo tiene sólo un electrón por s-subnivel del primer nivel. Por tanto, la fórmula electrónica del átomo de hidrógeno tiene la forma:
El segundo elemento es el helio; su átomo tiene dos electrones, por lo que la fórmula electrónica del átomo de helio es 2. No 1s 2. El primer período incluye sólo dos elementos, ya que el primer nivel de energía está lleno de electrones, los cuales sólo pueden ser ocupados por 2 electrones.
El tercer elemento en orden, el litio, ya se encuentra en el segundo período, por lo que su segundo nivel de energía comienza a llenarse de electrones (de esto hablamos anteriormente). El llenado del segundo nivel con electrones comienza con s-subnivel, por lo tanto la fórmula electrónica del átomo de litio es 3 li 1s 2 2s 1 . El átomo de berilio se completa llenándose de electrones. s-subnivel: 4 ve 1s 2 2s 2 .
En los elementos posteriores del segundo período, el segundo nivel de energía continúa lleno de electrones, solo que ahora está lleno de electrones. R-subnivel: 5 EN 1s 2 2s 2 2R 1 ; 6 CON 1s 2 2s 2 2R 2 … 10 Nordeste 1s 2 2s 2 2R 6 .
El átomo de neón se completa de llenar de electrones R-subnivel, este elemento finaliza el segundo periodo, tiene ocho electrones, ya que s- Y R-los subniveles solo pueden contener ocho electrones.
Los elementos del tercer período tienen una secuencia similar de llenar los subniveles de energía del tercer nivel con electrones. Las fórmulas electrónicas de los átomos de algunos elementos de este período son las siguientes:
11 N / A 1s 2 2s 2 2R 6 3s 1 ; 12 magnesio 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 ; 13 Alabama 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 1 ;
14 Si 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 2 ;…; 18 Arkansas 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 .
El tercer período, como el segundo, termina con un elemento (argón), que está completamente lleno de electrones. R-subnivel, aunque el tercer nivel incluye tres subniveles ( s, R, d). Según el orden anterior de llenado de subniveles de energía de acuerdo con las reglas de Klechkovsky, la energía del subnivel 3 d más energía del subnivel 4 s, por lo tanto, el átomo de potasio al lado del argón y el átomo de calcio detrás de él están llenos de electrones 3 s– subnivel del cuarto nivel:
19 A 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 1 ; 20 sa 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 2 .
A partir del elemento 21, el escandio, el subnivel 3 en los átomos de los elementos comienza a llenarse de electrones. d. Las fórmulas electrónicas de los átomos de estos elementos son:
21 Carolina del Sur 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 2 3d 1 ; 22 Ti 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 2 3d 2 .
En los átomos del elemento 24 (cromo) y del elemento 29 (cobre), se observa un fenómeno llamado “fuga” o “falla” de un electrón: un electrón del exterior 4 s– el subnivel “cae” en 3 d– subnivel, completándolo hasta la mitad (para el cromo) o completamente (para el cobre), lo que contribuye a una mayor estabilidad del átomo:
24 cr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 1 3d 5 (en lugar de...4 s 2 3d 4) y
29 Cu 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 1 3d 10 (en lugar de...4 s 2 3d 9).
A partir del elemento 31, el galio, el llenado del nivel 4 con electrones continúa, ahora - R– subnivel:
31 Georgia 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 2 3d 10 4pag 1 …; 36 kr 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 4s 2 3d 10 4pag 6 .
Este elemento pone fin al cuarto período, que ya incluye 18 elementos.
Un orden similar de llenado de subniveles de energía con electrones ocurre en los átomos de los elementos del quinto período. Para los dos primeros (rubidio y estroncio) se llena s– se llena el subnivel del quinto nivel, para los siguientes diez elementos (desde itrio hasta cadmio) d– subnivel del 4º nivel; El período lo completan seis elementos (desde el indio hasta el xenón), cuyos átomos están llenos de electrones. R– subnivel del quinto nivel externo. También hay 18 elementos en un período.
Para elementos del sexto período, se viola este orden de llenado. Al comienzo del período, como es habitual, hay dos elementos cuyos átomos están llenos de electrones. s– subnivel del sexto nivel exterior. El siguiente elemento detrás de ellos, el lantano, comienza a llenarse de electrones. d– subnivel del nivel anterior, es decir 5 d. Esto completa el llenado con electrones 5 d-El subnivel se detiene y los siguientes 14 elementos, desde cerio hasta lutecio, comienzan a llenarse. F-subnivel 4to nivel. Todos estos elementos están incluidos en una celda de la tabla y debajo hay una fila ampliada de estos elementos, llamados lantánidos.
A partir del elemento 72, el hafnio, hasta el elemento 80, el mercurio, el llenado de electrones continúa 5 d-subnivel, y el período termina, como de costumbre, con seis elementos (desde el talio hasta el radón), cuyos átomos están llenos de electrones. R– subnivel del sexto nivel exterior. Este es el período más grande, que incluye 32 elementos.
En los átomos de los elementos del séptimo período, incompleto, es visible el mismo orden de llenado de subniveles como se describe anteriormente. Dejamos que los estudiantes escriban las fórmulas electrónicas de los átomos de los elementos de los períodos 5 al 7, teniendo en cuenta todo lo dicho anteriormente.
Nota:En algunos libros de texto Se permite un orden diferente para escribir las fórmulas electrónicas de los átomos de los elementos: no en el orden de llenado, sino de acuerdo con el número de electrones que figura en la tabla de cada uno. nivel de energía. Por ejemplo, la fórmula electrónica del átomo de arsénico puede verse así: Como 1s 2 2s 2 2R 6 3s 2 3pag 6 3d 10 4s 2 4pag 3 .
