MECÁNICA CUÁNTICA:NÚMEROS CUÁNTICOS Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

En la mecánica cuántica, los electrones del átomo están distribuidos en niveles y subniveles energéticos. A su vez, los subniveles están compuestos de orbitales, los cuales son ocupados por electrones. Los electrones de los elementos se pueden representar mediante las configuraciones electrónicas.

El uso de la mecánica cuántica ha permitido penetrar profundamente en la estructura electrónica de los átomos. Una vez que estudies la estructura electrónica general de los átomos vas a poder aprender a hacer fórmulas químicas y comprenderás los enlaces y las reacciones químicas.

La posición de los electrones en la tabla periódica permite predecir la configuración de los átomos y de los iones.

La solución matemática de la ecuación de Schrödinger precisa de tres números cuánticos. Cada trío de valores de estos números describe un orbital.

Nº cuántico principal (n): puede tomar valores enteros (1, 2, 3...) y coincide con el mismo nº cuántico introducido por Bohr. Está relacionado con la distancia promedio del electrón al núcleo en un determinado orbital y, por tanto, con el tamaño de este e indica el nivel de energía. Nº cuántico secundario (ℓ): puede tener todos los valores desde 0 hasta n – 1. Está relacionado con la forma del orbital e indica el subnivel de energía. Nº cuántico magnético (mℓ): puede tener todos los valores desde - ℓ hasta + ℓ pasando por cero. Describe la orientación espacial del orbital e indica el número de orbitales presentes en un subnivel determinado.

Para explicar determinadas características de los espectros de emisión se consideró que los electrones podían girar en torno a un eje propio, bien en el sentido de las agujas del reloj, bien en el sentido contrario. Para caracterizar esta doble posibilidad se introdujo el nº cuántico de espín (m_s) que toma los valores de + ½ o - ½.

(n, ℓ, m_ℓ) Definen un orbital

(n, ℓ, m_ℓ, m_s)  Definen a un electrón en un orbital determinado

La configuración electrónica de un átomo es la manera en que están distribuidos los electrones entre los distintos orbítales atómicos.

El conocimiento de las configuraciones electrónicas es fundamental para entender y predecir las propiedades de los elementos.

En el estado fundamental de un átomo, los electrones ocupan orbítales atómicos de tal modo que la energía global del átomo sea mínima.

Se denomina principio de construcción (Aufbau) al procedimiento para deducir la configuración electrónica de un átomo, y consiste en seguir un orden para el llenado de los diferentes orbítales, basado en los diferentes valores de la energía de cada uno de ellos. Para recordarlo se utiliza el diagrama de Möller o de las diagonales, así como la regla de la mínima energía (n+l)..

Además del principio de construcción hay que tener en cuenta:

el principio de exclusión de Pauli: establece que no es posible que dos electrones de un átomo tengan los mismos cuatro números cuánticos iguales. Esto implica que en un mismo orbital atómico sólo pueden coexistir dos electrones con espines opuestos.

 la regla de Hund: establece que si hay más de un orbital en un mismo subnivel, los electrones estan lo más desapareados posibles, ocupando el mayor número de ellos.

 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRONES DENTRO DE UN ÁTOMO

DISTRIBUCIÓN DE ELECTRONES POR NIVEL DE ENERGÍA

EJEMPLO DE CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS:

La configuración representa el orden de acomodo de electrones (proceso Aufbau), los cuadros o líneas horizontales, los orbitales moleculares (regla de Hund) y las flechas, el giro del electrón (spin).

El electrón que se acomoda al final de una configuración electrónica recibe el nombre de ELECTRÓN DIFERENCIAL, y la forma como quedan acomodados dará al elemento propiedades y características especiales para reaccionar con otros. Por otra parte, los electrones del último nivel se conocen como ELECTRONES DE VALENCIA, y son los que reaccionarán con electrones de valencia de otros átomos para formación de enlaces químicos y la posible conformación de compuestos.

Ejemplo: Determinar la configuración electrónica del Sodio cuyo número atómico es 11.

1s²  2s²  2p⁶  3s¹

 ^{en este caso el electrón diferencial = electrón de valencia  en}    3s¹

^{es el último que se acomoda en la configuración, pero también ocupa un lugar en el último nivel de energía, que en este caso es el tercero, así que también es el electrón de valencia. Pero no sucede igual en todos los elementos.}

^{Ejemplo. Determinar la configuración electrónica del Hierro cuyo número atómico es 26.Indica cuál es el electrón diferencial y los electrones de valencia.}

^EJERCICIOS:

Consultando en la tabla periódica los respectivos números atómicos, elabora las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos por el principio de Aufbau o edificación progresiva, llenando la siguiente tabla:

ELEMENTO	SIMBOLO	NUM. ATÓMICO	CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA	e- de val
AZUFRE
	Pd
ALUMINIO
		51
BROMO
MERCURIO
	Cu