QUÈ ÉS LA CONFIGURACIÓ ELECTRÒNICA EXTERNA? - QUIMICA - 2025

La configuració electrònica, també anomenada estructura electrònica, és la disposició d'electrons en nivells d'energia al voltant d'un nucli atòmic. Segons l'antic model atòmic de Bohr, els electrons ocupen diversos nivells en òrbites al voltant de el nucli, de la primera capa més propera a l'nucli, K, fins a la setena capa, Q, que és la més allunyada de l'nucli.

En termes d'un model mecànic quàntic més refinat, les capes KQ se subdivideixen en un conjunt d'orbitals, cada un dels quals pot ser ocupat per no més d'un parell d'electrons.

Comunament, la configuració electrònica s'utilitza per descriure els orbitals d'un àtom en el seu estat fonamental, però també pot usar-se per a representar un àtom que s'ha ionitzat en un catió o anió, compensant amb la pèrdua o guany d'electrons en els seus respectius orbitals.

Moltes de les propietats físiques i químiques dels elements poden correlacionar-se amb les seves configuracions electròniques úniques. Els electrons de valència, els electrons en la capa més externa, són el factor determinant per a la química única de l'element.

Conceptes bàsics de les configuracions electròniques

Abans d'assignar els electrons d'un àtom als orbitals, un ha de familiaritzar-se amb els conceptes bàsics de les configuracions electròniques. Cada element de la Taula Periòdica consisteix en àtoms, que estan compostos de protons, neutrons i electrons.

Els electrons exhibeixen una càrrega negativa i es troben al voltant de l'nucli de l'àtom en els orbitals de l'electró, definit com el volum de l'espai en el qual l'electró pot ser trobat dins del 95% de probabilitat.

Els quatre tipus diferents d'orbitals (s, p, d, f) tenen formes diferents, i un orbital pot contenir un màxim de dos electrons. Els orbitals p, dif tenen subnivells diferents, pel que poden contenir més electrons.

Com s'ha indicat, la configuració electrònica de cada element és única per la seva posició en la taula periòdica. El nivell d'energia està determinat pel període i el nombre d'electrons ve donat pel nombre atòmic de l'element.

Orbitals en diferents nivells d'energia són similars entre si, però ocupen diferents àrees en l'espai.

El orbital 1s i l'orbital 2s tenen les característiques d'un orbital s (nodes radials, probabilitats de volum esfèric, només poden contenir dos electrons, etc.). Però, com es troben en diferents nivells d'energia, ocupen diferents espais al voltant de l'nucli. Cada orbital pot ser representat per blocs específics en la taula periòdica.

El bloc s és la regió dels metalls alcalins incloent l'heli (Grups 1 i 2), el bloc d són els metalls de transició (Grups 3 a 12), el bloc p són els elements de el grup principal dels Grups 13 a 18, i el bloc f són les sèries de lantànids i actínids.

Figura 1: elements de la taula periòdica i els seus períodes que varien segons els nivells d'energia dels orbitals.

Principi d'Aufbau

Aufbau prové de la paraula alemanya «Aufbauen» que significa «construir». En essència, a l'escriure configuracions d'electrons estem construint orbitals d'electrons a mesura que avancem d'un àtom a un altre.

A mesura que escrivim la configuració electrònica d'un àtom, omplirem els orbitals en ordre creixent de nombre atòmic.

El principi d'Aufbau s'origina en el principi d'exclusió de Pauli que diu que no hi ha dos fermions (per exemple, electrons) en un àtom. Poden tenir el mateix conjunt de nombres quàntics, de manera que han de «acumular» en nivells d'energia més alts.

Com els electrons s'acumulen és un tema de configuracions d'electrons (Aufbau Principle, 2015).

Els àtoms estables tenen tants electrons com fan els protons en el nucli. Els electrons es reuneixen al voltant de l'nucli en orbitals quàntics seguint quatre regles bàsiques trucades principi Aufbau.

1. No hi ha dos electrons en l'àtom que comparteixen els mateixos quatre números quàntics n, l, m, i s.
2. Els electrons ocuparan primer els orbitals de el nivell d'energia més baix.
3. Els electrons aniran omplint els orbitals sempre amb el mateix nombre de spin. Quan els orbitals estiguin plens començarà.
4. Els electrons ompliran orbitals per la suma dels nombres quàntics ni l. Els orbitals amb valors iguals de (n + l) s'ompliran primer amb els valors de n inferiors.

La segona i quarta regles són bàsicament les mateixes. Un exemple de la regla 4 seria els orbitals 2p i 3s.

Un orbital 2p és n = 2 il = 2 i un orbital 3s és n = 3 il = 1. (N + l) = 4 en ambdós casos, però l'orbital 2p té la menor energia o menys valor ni s'omplirà abans de la capa 3s.

Afortunadament, es pot usar el diagrama de Moeller mostrat a la figura 2 per fer l'ompliment d'electrons. El gràfic es llegeix executant les diagonals des 1s.

Figura 2: diagrama de Moeller d'ompliment de la configuració electrònica.

La figura 2 mostra els orbitals atòmics i les fletxes segueixen el camí a seguir.

Ara que se sap que l'ordre dels orbitals s'omple, l'únic que queda és memoritzar la mida de cada orbital.

S orbitals tenen 1 valor possible de m _l per contenir 2 electrons

P orbitals tenen 3 valors possibles de m _l per contenir 6 electrons

D orbitals tenen 5 valors possibles de m _l per contenir 10 electrons

F orbitals tenen 7 valors possibles de m _l per contenir 14 electrons

Això és tot el que es necessita per determinar la configuració electrònica d'un àtom estable d'un element.

Per exemple, prengui l'element nitrogen. El nitrogen té set protons i per tant 7 electrons. El primer orbital a omplir és l'orbital 1s.

Un orbital s té dos electrons, de manera que queden cinc electrons. L'orbital següent és l'orbital 2s i conté els dos següents. Els tres electrons finals aniran a l'orbital 2p que pot contenir fins a sis electrons (Helmenstine, 2017).

Importància de la configuració electrònica externa

Les configuracions d'electrons juguen un paper important en la determinació de les propietats dels àtoms.

Tots els àtoms d'un mateix grup tenen la mateixa configuració electrònica externa amb excepció de l'nombre atòmic n, és per això que posseeixen propietats químiques similars.

Alguns dels factors clau que influeixen en les propietats atòmiques inclouen la mida dels orbitals ocupats més grans, l'energia dels orbitals de major energia, el nombre de vacants orbitals i el nombre d'electrons en els orbitals de més energia.

La majoria de les propietats atòmiques poden estar relacionades amb el grau d'atracció entre els electrons més externs a l'nucli i el nombre d'electrons en la capa d'electrons més externa, el nombre d'electrons de valència.

Els electrons de la capa externa són els que poden formar enllaços químics covalents, són els que tenen la capacitat d'ionitzar per formar cations o anions i són els que li donen l'estat d'oxidació als elements químics.

També determinaran el radi atòmic. A mesura que n es fa més gran, el radi atòmic augmenta. Quan un àtom perd un electró, hi haurà una contracció de el radi atòmic causa de la disminució de càrrega negativa al voltant de l'nucli.

Els electrons de la capa externa són els que són presos en compte per la teoria de l'enllaç de valència, teoria de camp cristal·lí i teoria d'orbital molecular per obtenir les propietats de les molècules i les hibridacions dels enllaços.

referències

1. Aufbau Principle. (2015, juny 3). Retrieved from chem.libretexts: chem.libretexts.org.
2. Bozeman Science. (2013, Esgoto 4). Electron Configuration. Pres de youtube: youtube.com.
3. Electron configurations and the Properties of Atoms. (SF). Pres de oneonta.edu: oneonta.edu.
4. Encyclopædia Britannica. (2011, setembre 7). Electronic configuration. Pres de britannica: britannica.com.
5. Faizi, S. (2016, juliol 12). Electronic configurations. Pres de chem.libretexts: chem.libretexts.org.
6. Helmenstine, T. (2017, març 7). The Aufbau Principle - Electronic Structure and the Aufbau Principle. Pres de thoughtco: thoughtco.com.
7. Khan, S. (2014, juny 8). Valence electrons and bonding. Pres de Khan Academy: khanacademy.org.