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La fisica y quimica

6.9: Configuraciones electrónicas y la tabla periódica

                 

 

Objetivos de aprendizaje

 

         

  • Para correlacionar la disposición de los átomos en los resultados de la tabla periódica en bloques correspondientes al llenado de ns , np , nd y nf orbitales
  •  

 

 

Como has aprendido, las configuraciones electrónicas de los elementos explican la forma peculiar de la tabla periódica. Aunque la tabla se organizó originalmente sobre la base de similitudes físicas y químicas entre los elementos dentro de los grupos, estas similitudes son atribuibles en última instancia a los niveles de energía orbital y al principio de Pauli, que hacen que las subcapas individuales se llenen en un orden particular. Como resultado, la tabla periódica se puede dividir en “bloques” correspondientes al tipo de subshell que se está rellenando, como se ilustra en la Figura ( PageIndex {1} ). Por ejemplo, las dos columnas de la izquierda, conocidas como el bloque s , consisten en elementos en los que se están llenando los orbitales ns . Las seis columnas de la derecha, elementos en los que se están llenando los orbitales np , constituyen el bloque p . En el medio están las 10 columnas del bloque d , elementos en los que se llenan los orbitales ( n – 1) d . En la parte inferior se encuentran las 14 columnas del bloque f , elementos en los que se rellenan los orbitales ( n – 2) f . Debido a que se pueden acomodar dos electrones por orbital, el número de columnas en cada bloque es el mismo que la capacidad máxima de electrones de la subcapa: 2 para ns , 6 para np , 10 para ( n – 1) d , y 14 para ( n – 2) f . Dentro de cada columna, cada elemento tiene la misma configuración de electrones de valencia, por ejemplo, ns 1 (grupo 1) o ns 2 [ 19459006] np 1 (grupo 13). Como verá, esto se refleja en importantes similitudes en la reactividad química y la unión de los elementos en cada columna.

 

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Figura ( PageIndex {1} ): La tabla periódica, que muestra cómo se agrupan los elementos según el tipo de subshell ( s , p , d , f ) que se llenan de electrones en la capa de valencia de cada elemento. Las configuraciones electrónicas de los elementos se encuentran en la figura 6.9.2.

 

 

Debido a que cada orbital puede tener un máximo de 2 electrones, hay 2 columnas en el bloque s , 6 columnas en el bloque p , 10 columnas en el d bloque y 14 columnas en el bloque f .

 

 

El hidrógeno y el helio se colocan de manera algo arbitraria. Aunque el hidrógeno no es un metal alcalino, su configuración electrónica de 1 s 1 sugiere una similitud con el litio ([He] 2 s 1 ) y los otros elementos en la primera columna. Aunque el helio, con una subcapa ns llena, debe ser químicamente similar a otros elementos con una configuración electrónica ns 2 , la capa principal cerrada domina su química, lo que justifica su colocación sobre neón a la derecha.

 

electron_config.jpg
Figura ( PageIndex {2} ): Configuraciones electrónicas de los elementos. Las configuraciones electrónicas de los elementos indicados en rojo son excepciones debido a la estabilidad adicional asociada con las subcapas llenas y medio llenas. Las configuraciones electrónicas de los elementos indicados en azul también son anómalas, pero los motivos de las configuraciones observadas son más complejos. Para elementos después de No, las configuraciones electrónicas son tentativas.

 

 

Ejemplo ( PageIndex {1} )

 

Use la tabla periódica para predecir la configuración electrónica de valencia de todos los elementos del grupo 2 (berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio).

 

Dado: serie de elementos

 

Preguntado por: configuraciones de electrones de valencia

 

Estrategia:

 

         

  1. Identifique el bloque en la tabla periódica a la que pertenecen los elementos del grupo 2. Localice el gas noble más cercano que precede a cada elemento e identifique el número cuántico principal de la capa de valencia de cada elemento.
  2.      

  3. Escriba la configuración electrónica de valencia de cada elemento indicando primero las capas internas llenas usando el símbolo del gas noble anterior más cercano y luego enumerando el número cuántico principal de su capa de valencia, sus orbitales de valencia y el número de electrones de valencia en cada orbital como superíndices.
  4.  

 

Solución:

 

A Los elementos del grupo 2 están en el bloque s de la tabla periódica, y como elementos del grupo 2, todos tienen dos electrones de valencia. Comenzando con el berilio, vemos que su gas noble anterior más cercano es el helio y que el número cuántico principal de su capa de valencia es n = 2.

 

B Por lo tanto, el berilio tiene una configuración electrónica [He] s 2 . Se espera que el siguiente elemento hacia abajo, el magnesio, tenga exactamente la misma disposición de electrones en n = 3 capa principal: [Ne] s 2 . Por extrapolación, esperamos que todos los elementos del grupo 2 tengan una configuración electrónica ns 2 .

 

 

 

Ejercicio ( PageIndex {1} )

 

Use la tabla periódica para predecir la configuración electrónica de valencia característica de los halógenos en el grupo 17.

 

     

Respuesta

     

     

Todos tienen una ns 2 np 5 configuración electrónica, un electrón corto de una configuración de electrones de gas noble. (Tenga en cuenta que los halógenos más pesados ​​también han llenado ( n – 1) d 10 subcapas, así como un ( n – 2 ) f 14 subshell para Rn; sin embargo, esto no afecta su química de manera significativa.

     

 

 

 

Resumen

 

La disposición de los átomos en la tabla periódica da como resultado bloques correspondientes al llenado de ns , np , nd y nf [19459007 ] orbitales para producir las propiedades químicas distintivas de los elementos en el bloque s , p bloque , d bloque y f bloque , respectivamente.