- Introducció
- Ubicació en la taula periòdica d'elements
- Ubicació de l'electró en els orbitals
- Configuracions electròniques especials
- referències
Els subnivells d'energia en l'àtom són la forma en la qual els electrons s'organitzen en les capes electròniques, la seva distribució en la molècula o àtom. Aquests subnivells d'energia són anomenats orbitals.
L'organització dels electrons en subnivells és el que permet les combinacions químiques de diferents àtoms i també defineix la seva posició dins de la Taula Periòdica d'Elements.
Els electrons es disposen en els capes electròniques de l'àtom de determinada manera per una combinació d'estats quàntics. En el moment en que un d'aquests estats és ocupat per un electró, els altres electrons han de situar-se en un estat diferent.
Introducció
Cada element químic en la taula periòdica consisteix en àtoms, que al seu torn estan compostos de neutrons, protons i electrons. Els electrons són partícules amb càrrega negativa que es troben al voltant de el nucli de qualsevol àtom, distribuïts en els orbitals dels electrons.
Els orbitals d'electrons són el volum d'espai en on un electró té el 95% de possibilitats de trobar-se. Hi ha diferents tipus d'orbitals, amb diferents formes. A cada orbital poden situar-se un màxim de dos electrons. El primer orbital d'un àtom és on hi ha la major probabilitat de trobar electrons.
Els orbitals es designen amb les lletres s, p, dif, és a dir Sharp, Principle, Diffuse i Fonamental i es combinen quan s'uneixen els àtoms per formar una molècula més gran. A cada capa de l'àtom es troben aquestes combinacions d'orbitals.
Per exemple, a la capa 1 de l'àtom es troben els orbitals S, en la capa 2 hi ha orbitals S i P, dins de la capa 3 de l'àtom hi ha orbitals S, P i D i finalment a la capa 4 de l'àtom estan tots els orbitals S, P, D i F.
A més en els orbitals trobem diferents subnivells, que al seu torn poden guardar més electrons. Els orbitals en diferents nivells d'energia són similars els uns als altres, però ocupen àrees diferents en l'espai.
El primer orbital i el segon orbital tenen les mateixes característiques que un orbital S compten amb nodes radials, tenen més probabilitats de volum esfèric i només poden sostenir dos electrons. No obstant això, se situen en diferents nivells energètics i d'aquesta manera ocupen diferents espais al voltant de l'nucli.
Ubicació en la taula periòdica d'elements
Cadascuna de les configuracions electròniques dels elements són úniques, és per això que determinen la seva posició en la taula periòdica d'elements. Aquesta posició es defineix pel període de cada element i el seu nombre atòmic per la quantitat d'electrons que tingui l'àtom de l'element.
D'aquesta manera, fer servir la taula periòdica per determinar la configuració dels electrons en els àtoms és clau. Els elements es divideixen en grups d'acord als seus configuracions electròniques de la següent forma:
Cada orbital es representa en blocs específics dins de la taula periòdica d'elements. Per exemple, el bloc de orbitals S és la regió dels metalls alcalins, el primer grup de la taula i on hi ha sis elements Liti (Li), Rubidi (Rb), Potassi (K), Sodi (Na), Franci (fr) i Cesi (Cs) i també l'hidrogen (H), que no és un metall, sinó un gas.
Aquest grup d'elements tenen un electró, que sol perdre fàcilment per formar un ió amb càrrega positiva. Són els metalls més actius i els més reactius.
L'hidrogen, en aquest cas és un gas, però es troba dins el grup 1 de la taula periòdica d'elements ja que també té només un electró. L'hidrogen pot formar ions amb una sola càrrega positiva, però aconseguir treure el seu únic electró requereix molta més energia que per remoure els electrons dels altres metalls alcalins. A l'formar compostos, l'hidrogen sol generar enllaços covalents.
No obstant això, sota altíssimes pressions, l'hidrogen es torna metàl·lic i es comporta com la resta dels elements del seu grup. Això passa, per exemple, a l'interior de l'nucli de la planeta Júpiter.
El grup 2 correspon als metalls alcalinoterris, ja que els seus òxids tenen propietats alcalines. Entre els elements d'aquest grup trobem a l'Magnesi (Mg) i Calci (Ca). Els seus orbitals també pertanyen a l'nivell S.
Els metalls de transició, que corresponen als grups de 3 a l'12 a la Taula Periòdica tenen orbitals de l'tipus D.
Els elements que van des del grup 13 a l'18 a la taula corresponen a orbitals P. I finalment els elements coneguts com lantànids i actínids tenen orbitals de nom F.
Ubicació de l'electró en els orbitals
Els electrons es troben en els orbitals de l'àtom com una forma de disminuir l'energia. Per tant, si busquen augmentar l'energia, els electrons ompliran els principals nivells orbitals, allunyant-se de l'nucli de l'àtom.
Cal considerar que els electrons tenen una propietat intrínseca coneguda com spin. Això és un concepte quàntic que determina entre altres coses, el gir de l'electró dins de l'orbital. El que és fonamental per a determinar la seva posició en els subnivells d'energia.
Les regles que determinen la posició dels electrons en els orbitals de l'àtom són les següents:
- Principi d'Aufbau: Els electrons ingressen als orbitals amb menor energia primer. Aquest principi es basa en els diagrames dels nivells energètics de determinats àtoms.
- Principi d'Exclusió de Pauli: Un orbital atòmic pot descriure ben bé dos electrons. Això vol dir que només dos electrons amb diferent espín d'electró poden ocupar un orbital atòmic.
Això implica que un orbital atòmic és un estat energètic.
- Regla de Hund: Quan els electrons ocupen orbitals de la mateixa energia, els electrons ingressessin als orbitals buits primers. Això significa que els electrons prefereixen espins paral·lels en orbitals separats dels subnivells energètics.
Els electrons aniran omplint tots els orbitals en els subnivells abans de trobar-se amb espines oposats.
Configuracions electròniques especials
També hi ha àtoms amb casos especials de subnivells energètics. Quan dos electrons ocupen el mateix orbital, no només han de tenir diferents espines (com ho indica el principi d'exclusió de Pauli), sinó que l'acoblament dels electrons eleva lleugerament l'energia.
En el cas dels subnivells energètics, 1 subnivell mig ple i un ple complet, redueixen l'energia de l'àtom. Això porta a l'àtom a tenir més estabilitat.
referències
- Electron Configuration. Recuperat de Wikipedia.com.
- Electronic configurations Retorn. Recuperat de chem.libretexts.org.
- Orbitals and Bonds. Recuperat de chem.fsu.edu.
- Periodic table, main group elements. Recuperat de newworldencyclopedia.org.
- Electro Configuration Principles. Recuperat de sartep.com.
- Electronic Configuration of Elements. Recuperat de science.uwaterloo.ca.
- Electron Spin. Recuperat de hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.