Configuración electrónica

Disposición de los electrones de un determinado elemento en los distintos orbitales (s, p, d y f) que presenta su átomo.

Para determinar la distribución de dichos electrones, es preciso tener en cuenta el llamado diagrama de Moeller que presenta en su primera fila el orbital 1s; en la segunda, el 2s y el 2p; en la tercera, el 3s, el3p y el 3d; en la cuarta, el 4s, el 4p, el 4d y el 4f, etc. El orden global de llenado de los orbitales lo determina unas flechas oblicuas descendentes de derecha a izquierda trazadas sobre ellos.

Además, debe tenerse en cuenta :

El principio de construcción, según el cual los orbitales se van llenando por orden creciente de sus energías relativas, es decir de menos a más.

El principio de exclusión de Pauli, que afirma que en un átomo no puede haber un electrón con los cuatro números cuánticos que lo definen iguales.

La regla de Hund, que afirma que, al llenar los electrones orbitales de energía equivalente, antes de aparearse los electrones de un mismo orbital, todos los equivalentes deben estar semiocupados. A estos efectos, debe recordarse que el orbital s tiene un solo orbital equivalente, el p tiene tres (px, py, pz), el d tiene cinco y el f tiene siete.

Regla de Madelung, que advierte que si dos orbitales presentan el mismo valor para la suma de sus números cuánticos principal y secundario, n + l, se llena antes el que presenta un menor valor de n.

Problema 1

Escribir las configuraciones electrónicas en su estado fundamental de: nitrógeno, argón, magnesio, hierro, ión hierro (II) e ión hierro (III), tras consultar la posición de los correspondientes átomos en el Sistema Periódico.

Indicar e identificar los electrones desapareados que existen en cada uno de los átomos e iones del apartado anterior.

Solución. Teniendo en cuenta el diagrama de Moeller, la situación de cada elemento en la Tabla Periódica y las reglas enunciadas, las configuraciones pedidas son:

N:        1s2 2s2 p3

Ar:       1s2 2s2 p6 3s2 p6

Mg:      1s2 2s2 p6 3s2

Fe:       1s2 2s2 p6 3s2 p6 d6 4s2

Fe2+:    1s2 2s2 p6 3s2 p6 d6

Fe3+:    1s2 2s2 p6 3s2 p6 d5

Según el principio de Hund, los electrones semiocupan todos los orbitales equivalentes antes de aparearse, por lo que:

Nitrógeno: Hay tres electrones desapareados, situados, en los orbitales 2p (2px, 2py, 2pz), respectivamente.

Argón: No hay electrón alguno desapareado.

Magnesio: No hay electrón alguno desapareado.

Hierro: Hay cuatro electrones desapareados, correspondientes a los cuatro primeros orbitales 3d, ya que el quinto se halla completo.

Ión Fe2+: Tiene los mismos electrones desapareados que el átomo de hierro, ya que los que ha perdido son los dos situados en el orbital 4s.

Ión Fe3+: Tiene cinco electrones desapareados, ya que para pasar de Fe a Fe3+, pierde tres electrones, los dos del orbital 4s y uno del orbital 3d que se hallaba completo.

Problema 2

Cuántos protones y neutrones tienen sus núcleos.

Su número atómico y su correspondiente configuración electrónica.

Un isótopo de cada uno de ellos.

Solución. Según la notación dada, el átomo A tiene de número atómico Z = 9 y de número másico M = 19. Análogamente, el átomo B tiene de número atómico Z = 26 y de número másico M = 56. En todo caso, debe recordarse que el número atómico indica el número de protones, p, y electrones de un átomo, mientras que el número másico es la suma de los protones y neutrones, n, del núcleo. Por tanto:

Átomo A :          protones = 9;  19 = p + n   19 = 9 + n      n = 10

Átomo B:         protones = 26; 56 = p + n      56 = 26 + n      n = 30

El átomo A tiene 9 electrones, por lo que, siguiendo las reglas expuestas, la distribución de los mismos es:

1s2 2s2 p5

Por su parte, el átomo B tiene 26 electrones, luego su configuración es:

1s2 2s2 p6 3s2 p6  d6 4s2

Por definición los isótopos de un mismo elemento tienen igual número atómico, pero distinta masa atómica, lo que significa que poseen el mismo número de protones y electrones, pero distinto de neutrones. Dos posibles isótopos de los elementos dados pueden ser:

A921 (con dos neutrones más que el dado)

B2655 (con un neutrón menos que el dado)