- Per a què serveix?
- Configuracions electròniques d'espècies químiques
- En què consisteix la regla de les diagonals?
- exemples
- excepcions
- referències
La regla de les diagonals és un principi de construcció que permet descriure la configuració electrònica d'un àtom o ió, d'acord amb l'energia de cada orbital o nivell energètic. En aquest sentit, la distribució electrònica de cada àtom és única i està donada pels nombres quàntics.
Aquests números defineixen l'espai on és més probable localitzar els electrons (anomenats orbitals atòmics) i, a més, els descriuen. Cada número quàntic es relaciona amb una propietat dels orbitals atòmics, que ajuda a comprendre les característiques dels sistemes atòmics per la disposició dels seus electrons dins de l'àtom i en les seves energies.
De la mateixa manera, la regla de les diagonals (també coneguda com a Regla de Madelung) es basa en altres principis que obeeixen a la naturalesa dels electrons, amb la finalitat de descriure correctament el comportament d'aquests dins de les espècies químiques.
Per a què serveix?
Aquest procediment es fonamenta en el principi d'Aufbau, el qual enuncia que en el procés d'integració dels protons a l'nucli (d'un en un), quan es constitueixen els elements químics, els electrons són addicionats igualment als orbitals atòmics.
Això vol dir que, quan un àtom o ió es troba en el seu estat fonamental, els electrons ocupen els espais disponibles dels orbitals atòmics d'acord amb el seu nivell d'energia.
A l'ocupar els orbitals, els electrons se situen primer en els nivells que posseeixen menor energia i estiguin desocupats, per després anar situant-se en els de major energia.
Configuracions electròniques d'espècies químiques
De la mateixa manera, aquesta regla es fa servir per obtenir una comprensió bastant precisa pel que fa a les configuracions electròniques de les espècies químiques elementals; és a dir, els elements químics quan es troben en el seu estat fonamental.
De manera que, a l'adquirir enteniment de les configuracions que presenten els electrons dins dels àtoms, es poden comprendre les propietats dels elements químics.
Adquirir aquest coneixement és fonamental per a la deducció o predicció d'aquestes propietats. Igualment, la informació que subministra aquest procediment ajuda a explicar la raó per la qual la taula periòdica concorda tan bé amb les investigacions dels elements.
En què consisteix la regla de les diagonals?
Tot i que aquesta regla s'aplica únicament a àtoms que es troben en el seu estat fonamental, funciona prou bé per als elements de la taula periòdica.
Es obeeix el principi d'exclusió de Pauli, el qual enuncia que dos electrons que pertanyen a un mateix àtom estan impossibilitats de posseir els quatre nombres quàntics iguals. Aquests quatre nombres quàntics descriuen cadascun dels electrons que es troben en l'àtom.
Així, el nombre quàntic principal (n) defineix el nivell d'energia (o capa) en què es troba l'electró estudiat i el nombre quàntic azimutal (ℓ) està relacionat amb el moment angular i detalla la forma de l'orbital.
Igualment, el nombre quàntic magnètic (m ℓ) expressa l'orientació que posseeix aquest orbital en l'espai i el nombre quàntic de spin (m s) descriu la direcció de gir que presenta l'electró al voltant del seu propi eix.
A més, la regla de Hund expressa que la configuració electrònica que exhibeix més estabilitat en un subnivell és considerada la que té més espines en posicions paral·leles.
A l'obeir aquests principis es va determinar que la distribució dels electrons compleix amb el diagrama que es mostra a continuació:
En aquesta imatge els valors de n corresponen a 1, 2, 3, 4…, d'acord amb el nivell energètic; i els valors de ℓ estan representats per 0, 1, 2, 3…, els quals equivalen es, p, dif, respectivament. Llavors, l'estat dels electrons en els orbitals depèn d'aquests nombres quàntics.
exemples
Tenint en compte la descripció d'aquest procediment, seguidament es donen alguns exemples per a la seva aplicació.
En primer lloc, per obtenir la distribució electrònica de l'potassi (K) s'ha de conèixer el seu nombre atòmic que és 19; és a dir, l'àtom de potassi posseeix 19 protons en el seu nucli i 19 electrons. D'acord amb el diagrama, la seva configuració està donada com 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1.
Les configuracions d'àtoms polielectrònics (que posseeixen més d'un electró en la seva estructura) també s'expressen com la configuració de gas noble anterior a l'àtom més els electrons que el segueixen.
Per exemple, en el cas de l'potassi s'expressa també com 4s 1, pel fet que el gas noble anterior a l'potassi en la taula periòdica és l'argó.
Un altre exemple, però en aquest cas és un metall de transició, és el de l'mercuri (Hg) que posseeix 80 electrons i 80 protons en el seu nucli (Z = 80). D'acord amb l'esquema de construcció, la seva configuració electrònica completa és:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10.
De la mateixa manera que amb el potassi, la configuració de l'mercuri es pot expressar com 4f 14 5d 10 6s 2, pel fet que el gas noble que el precedeix en la taula periòdica és el xenó.
excepcions
La regla de les diagonals està dissenyada per ser aplicada únicament a àtoms que es troben en estat fonamental i amb càrrega elèctrica igual a zero; és a dir, s'acobla molt bé als elements de la taula periòdica.
No obstant això, hi ha algunes excepcions per a les quals es presenten desviacions importants entre la distribució electrònica suposada i els resultats experimentals.
Aquesta regla es basa en la distribució dels electrons a l'ubicar-se als subnivells obeint la regla n + ℓ, la qual cosa implica que els orbitals que posseeixin una magnitud de n + ℓ petita s'omplen abans que els que manifesten major magnitud d'aquest paràmetre.
Com a excepcions, es presenten els elements pal·ladi, crom i coure, dels quals es prediuen configuracions electròniques que no concorden amb el que s'observa.
Segons aquesta regla, el pal·ladi ha de tenir una distribució electrònica igual a 5s 2 4d 8, però els experiments van llançar una igual a 4d 10, el que indica que la configuració més estable d'aquest àtom es produeix quan la sub-capa 4d està plena; és a dir, posseeix una menor energia en aquest cas.
De manera similar, l'àtom de crom hauria de posseir la següent distribució electrònica: 4s 2 3d abril. No obstant això, experimentalment es va obtenir que aquest àtom adquireix la configuració 4s 1 3d 5, la qual cosa implica que l'estat de menor energia (més estable) es dóna quan les dues subcapes estan parcialment plenes.
referències
- Wikipedia. (Sf). Aufbau principle. Recuperat de en.wikipedia.org
- Chang, R. (2007). Chemistry, Ninth edition. Mèxic: McGraw-Hill.
- ThoughtCo. (Sf). Madelung 's Rule Definition. Obtingut de thoughtco.com
- LibreTexts. (Sf). Aufbau Principle. Recuperat de chem.libretexts.org
- Reger, DL, Goode, SR i Ball, DW (2009). Chemistry: Principles and Practice. Obtingut de books.google.co.ve