Ya vimos que el significado de un orbital está ilustrado más claramente por la distribución de probabilidad. También señalamos que una manera de representar un




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  • Ordenación de la Tabla Periódica según la configuración electrónica


  • TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS


  • Las evidencias química y espectroscópica indican que las configuraciones electrónicas de Cr y Cu tienen un solo electrón en la capa 4s. Sus conjuntos de orbitales 3d están semillenos y llenos, respectivamente. Estos casos de estabilidad especial basta para hacer que los 3d sean de menor energía relativa que los 4s . Por ejemplo, en el caso del Cr la energía electrónica calculada por métodos de la Mecánica Cuántica es menor (por lo tanto más estable) cuando se tiene la configuración 3d54s1 que en la configuración 3d44s2. Un razonamiento similar es aplicable a la configuración electrónica de Cu

  • Puede parecer sorprendente que que no se produzca este tipo de excepción en, por ejemplo el caso del Si que podría adquirir la configuración 3s13p3 en lugar de la equivalente 3s23p2 . Sin embargo esto no es extraño ya que los orbitales 3s y 3p no están cercanos en la escala de energía, como sucede en los casos anteriores de 4s y 3d.

  • Solo cuando los orbitales 3d se llenan a toda su capacidad (10 e-) comienza el proceso de ocupación del orbital 4p. Este proceso se encuentra claramente descrito en las tablas anteriores.

  • Es común separar los electrones de los átomos entre aquellos que pertenecen a la capa de valencia de los que estan congelados (CORE) que son los internos del átomo. Por ejemplo, el átomo O de configuración 1s22s22p4 , su capa de valencia (n=2), la que le da las características químicas, la forman los orbitales atómicos (OA's) 2s2p y lo mismo sucede con Li (solo 2s), Be(2s) B,C,N,F y Ne(orbitales 2s 2p). En cambio, la del Na es (3s ) Al es(3s3p) etc.



    Ejemplo

    Escriba un conjunto de números cuánticos para cada uno de los electrones del átomo N

    R El Nitrógeno tiene 7 e- que ocupan los orbitales de menor energía. Entonces, podems hacer la siguiente tabla:

    ELECTRÓN
    CONFIGURACIÓN


    n

    l

    ml

    ms

     

    1 y 2

    1

    0

    0

    + 1/2

        1s2

    1

    0

    0

    - 1/2

    3 y 4

    2

    0

    0

    + 1/2

        2s2

    2

    0

    0

    - 1/2

    5,6,7

    2

    1

    -1

    + 1/2

        2p3

    2

    1

    0

    + 1/2

    2

    1

    +1

    + 1/2



    NÚMERO ATÓMICO EFECTIVO Zeff EN ÁTOMOS POLIELECTRÓNICOS

    Hasta el momento no hemos planteado derechamente la manera como se interponen los electrones en los átomos con Zatómico >1. En realidad. lo que efectivamente ocurre es que la repulsión interelectrónica impide que dos de ellos ocupen el mismo lugar simultaneamente. El efecto neto es que las capas internas de electrones neutralizan la carga +Zatómico del núcleo de modo



    que el e- externo solo observa una carga "efectiva " resultante de esta suerte de "apantallamiento de la carga nuclear". En rigor, esta situación no solo ocurre para elementos con varios orbitales internos ocupados, sino también para aquellos electrones que ocupan un mismo orbital de acuerdo con el principio de Pauli. El átomo de He como es en realidad como se plantea, el átomo "hipotético" o "efectivo" con un solo electrón que es afectado por un núcleo también "hipotético" con carga +Zeff.

    Esta simplificación nos permite tratar cada electrón individualmente, en tanto se conozcan los valores experimentales para Zeff. Por ejemplo, si se quisiera investigar el elemento Na en estas condiciones, se tendría que apantallar el núcleo por los 10 e- 's internos y conocer el resultado para el que ocupa el orbital 3s. Para hacer los cálculos correspondientes, desarrollemos los siguientes puntos que tocan este tema.


    1. La carga "aparente nuclear efectiva", que llamamos Zeff., es la que realmente siente el electrón en estudio. Por supuesto, en el caso del He (Zatom=+2) se tiene que Z < 2 para cada electrón de modo que

    Zeff = Zatom - (repulsión interelectrónica o apantallamiento)

    1. Este método nos permite tratar cada e- individualmente en tanto se disponga de valores Zeff para cada uno de ellos.

    2. En un átomo con un solo electrón, de las características estudiadas anteriormente, la energía de la órbita se calcula según

      En = -2,18·10-18

      Z2

      ] J     n = 1,2,3,4,...

      ---------

      n2

    3. Entonces, en nuestro átomo hipotético la ecuación anterior es

      En = -2,18·10-18

      Zeff2

      ] J     n = 1,2,3,4,...

      ---------

      n2

    4. y al medir experimentalmente las Energías de Ionización y los igualamos con el valor para En, para cada electrón en su orbital caracterizado por el número cuántico n, obtenemos una Tabla de valores para Zeff . Algunos valores de energía de ionización se muestran a continuación

      Energías de Ionización sucesivas, en kJ/Mol, para los elementos del grupo 3.

      Elemento

      I1

      I2

      I3

      I4

      I5

      I6

      I7

      Na

      495

      4560

       

       

       

       

       

      Mg

      735

      1445

      7730

       

       

       

       

      Al

      580

      1815

      2740

      11600

       

       

       

      Si

      780

      1575

      3220

      4350

      16100

       

       

      P

      1060

      1890

      2905

      4950

      6270

      21200

       

      S

      1005

      2260

      3375

      4565

      6950

      8490

      27000

      Cl

      1255

      2295

      3850

      5160

      6560

      9360

      11000

      Ar

      1527

      2665

      3945

      5770

      7230

      8780

      12000

    5. Recordemos que la energía de un solo electrón en el átomo, es un reflejo de cuan firmemente se encuentra unido al núcleo: mientras más negativa es, mas firme su unión.



    Ejemplo

    Para el átomo Na (Zat=+11) queremos estudiar el comportamiento de su electtrón de valencia 3s, por lo que el modelo es como sigue:



    Las Tablas de Potenciales (P.I.) de Ionización indican que P.I (1s) = 1,39·105 kJ / mol y P.I (3s) = 4,95·102 kJ / mol. Calcule Zeff para ambos orbitales de este elemento.

     

    Orbital 1s ===> n=1 y sabiendo que P.I = - En donde se ubica el electrón, nos queda que

    1,39·105 kJ/mol = -En = [2,18·10-18 Nav] · [ 

    Zeff2

    ] J /mol

    ---------

    n2

    Despejando Zeff

    Zeff = +10,3 para el electrón en el orbital 1s congelado

    Similarmente para el orbital 3s, se obtiene

    Zeff= +1,84 para el electrón en el orbital 3s de valencia

     



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