Química General · Atoms, electrons and the periodic table
Configuraciones electrónicas
Una lección resuelta gratis y 40 problemas de práctica en los que dibujas tú mismo cada flecha curva.
¿Atascado con configuraciones electrónicas? Escanea el problema.
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Lo que aprenderás
- Write full and noble-gas ground-state configurations of atoms with the Aufbau principle and the Pauli exclusion principle, and work back from a configuration to the element.
- Draw orbital diagrams with Hund's rule and count unpaired electrons to decide whether an atom or ion is paramagnetic or diamagnetic.
- Recognise the chromium- and copper-type exceptions and write configurations of transition-metal ions by removing ns electrons before (n − 1)d electrons.
- Identify isoelectronic species and count valence electrons from a configuration.
Lección gratis
El texto de la lección resuelta. En Arrow Lab, cada paso incluye sus estructuras y sus flechas dibujadas.
Leer la lección gratis (7 partes)
Llenado de orbitales: Aufbau y Pauli
En el estado fundamental los electrones ocupan los orbitales de menor energía disponibles (principio de Aufbau). En átomos neutros el orden de llenado sigue la regla n + l: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p. El principio de exclusión de Pauli permite como máximo dos electrones por orbital, con espines opuestos, así que una subcapa s aloja 2 electrones, p 6, d 10 y f 14. El azufre (Z = 16) es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Una configuración con gas noble reemplaza el centro por el símbolo del gas noble anterior: el vanadio (Z = 23) es [Ar] 3d³ 4s², y el estaño (Z = 50) es [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p²; no hay que olvidar el 4d¹⁰ lleno (36 + 10 + 2 + 2 = 50). Una configuración que obedece a Pauli pero no coloca todos los electrones en los orbitales de menor energía, como el sodio 1s² 2s² 2p⁶ 3p¹, es un estado excitado; una que coloca más de dos electrones en un orbital, como 2p⁷, es imposible.
Leer la tabla periódica como un mapa de configuraciones
Los bloques de la tabla muestran qué subcapa se llena al final: bloque s (grupos 1–2), bloque p (grupos 13–18), bloque d (grupos 3–12) y bloque f (lantánidos y actínidos). El periodo da el n de las subcapas s y p externas; una subcapa d tiene n una unidad menos que el periodo, y una subcapa f dos menos. Así, partiendo de [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³ se obtiene 36 + 10 + 2 + 3 = 51 electrones: antimonio, bloque p, grupo 15. En los elementos de los grupos principales, los electrones de valencia son los de las subcapas ns y np más externas; las subcapas (n − 1)d¹⁰ y (n − 2)f¹⁴ llenas son electrones internos. El selenio, [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴, tiene 6 electrones de valencia, igual que el oxígeno y el azufre, y por eso los elementos de un mismo grupo comparten su química.
Diagramas orbitales, regla de Hund y magnetismo
Dentro de un conjunto de orbitales degenerados, los electrones ocupan orbitales separados con espines paralelos antes de que cualquier orbital reciba un segundo electrón (regla de Hund). Los electrones en orbitales distintos se repelen menos entre sí, y los electrones con espines paralelos ganan estabilización por intercambio. Por eso el 2p³ del nitrógeno es ↑ ↑ ↑ (tres electrones desapareados), el 2p⁴ del oxígeno es ↑↓ ↑ ↑ (dos), y el 3d⁶ del hierro es ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ (cuatro). Un átomo o ion con al menos un electrón desapareado es paramagnético y es atraído por un campo magnético; uno con todos sus electrones apareados, como el zinc ([Ar] 3d¹⁰ 4s²), es diamagnético. El momento magnético de solo espín, μ = √(n(n + 2)) µB para n electrones desapareados, relaciona una medición con n: 1,73 µB para uno, 2,83 para dos, 3,87 para tres, 4,90 para cuatro y 5,92 para cinco.
Subcapas d semillenas y llenas: cromo y cobre
En la primera serie de transición, 4s y 3d tienen energías cercanas. Dos átomos rompen el orden de llenado simple porque una subcapa 3d semillena o llena es especialmente estable: el cromo (dibujado) es [Ar] 3d⁵ 4s¹, no [Ar] 3d⁴ 4s², y el cobre es [Ar] 3d¹⁰ 4s¹, no [Ar] 3d⁹ 4s². El mismo patrón aparece debajo de ellos: el molibdeno es [Kr] 4d⁵ 5s¹ y la plata [Kr] 4d¹⁰ 5s¹. El cromo tiene seis electrones desapareados, cinco en 3d y uno en 4s. Unos pocos elementos más pesados tienen otras configuraciones irregulares; el gadolinio, [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s², conserva una subcapa 4f semillena. Excepciones como estas se aprenden de los datos, no se predicen a partir del orden de llenado.
Configuraciones de los iones
En un ion de los grupos principales, agrega electrones para una carga negativa o quítalos para una carga positiva, empezando por la subcapa de mayor energía: el Cl⁻ es [Ne] 3s² 3p⁶ = [Ar], y el Al³⁺ es [Ne]. Los metales de transición pierden sus electrones ns antes que cualquier electrón (n − 1)d, porque una vez que el átomo se ioniza los orbitales d quedan por debajo del orbital s. El hierro, [Ar] 3d⁶ 4s², da Fe²⁺ [Ar] 3d⁶ (dibujado) y Fe³⁺ [Ar] 3d⁵, con cuatro y cinco electrones desapareados. El cobre da Cu⁺ [Ar] 3d¹⁰ (diamagnético) y Cu²⁺ [Ar] 3d⁹ (un electrón desapareado). Escribe primero el átomo neutro, incluidas las excepciones, y luego quita los electrones: el Mn²⁺ es [Ar] 3d⁵, nunca [Ar] 3d³ 4s².
Especies isoelectrónicas
Las especies con el mismo número de electrones son isoelectrónicas. Cuenta los electrones como Z menos la carga: S²⁻ (16 + 2), Cl⁻ (17 + 1), Ar (18), K⁺ (19 − 1) y Ca²⁺ (20 − 2) tienen todos 18 y la configuración [Ne] 3s² 3p⁶; el Ti⁴⁺ (22 − 4) pertenece a la misma serie. Las moléculas también pueden ser isoelectrónicas con átomos: el H₂O tiene 8 + 2 = 10 electrones, como el Ne. Las especies isoelectrónicas no son idénticas: sus cargas nucleares difieren, así que sus tamaños y energías de ionización también. Un mismo número de electrones ni siquiera garantiza la misma configuración en el bloque d: el Cr y el Fe²⁺ tienen ambos 24 electrones, pero el Cr es [Ar] 3d⁵ 4s¹ y el Fe²⁺ es [Ar] 3d⁶.
Lo que conviene recordar
Llena las subcapas en el orden n + l, con dos electrones de espín opuesto por orbital, y reparte los electrones entre orbitales degenerados con espines paralelos antes de aparearlos. Usa el gas noble anterior para el centro, recuerda las excepciones del cromo y el cobre y, en los cationes de metales de transición, quita primero los electrones ns. Cuenta los electrones desapareados del diagrama orbital para juzgar el magnetismo, y cuenta los electrones como Z menos la carga para encontrar especies isoelectrónicas.
Problemas de práctica (40)
Practicar es gratis con una cuenta.
Predice el producto 7
Excepciones e iones de metales de transición
- Configuración del estado fundamental del cromoRecuerda la excepción del cromo al orden de llenado de Aufbau.
- Configuración del Fe²⁺Escribe la configuración de un catión de un metal de transición de la primera serie quitando primero los electrones 4s.
- Configuración del ion plataCombina una excepción del tipo del cobre con la regla de perder primero los electrones s para escribir la configuración de un catión de un metal de transición de la segunda serie.
Aufbau y configuraciones completas
- Configuración completa del azufreEscribe la configuración electrónica completa del estado fundamental de un átomo representativo del tercer periodo.
- Configuración con gas noble del estañoEscribe la configuración con gas noble de un elemento del bloque p del quinto periodo, incluido su subnivel d lleno.
- Configuración con gas noble del vanadioEscribe la configuración con gas noble de un metal de transición de la primera serie usando el orden de llenado 4s antes que 3d.
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- Ti⁴⁺ y los gases noblesPredice con qué gas noble es isoelectrónico un catión de un metal de transición con carga alta y qué implica su configuración.
Clasificar 7
Aufbau y configuraciones completas
- Bloque y grupo a partir de una configuraciónAsigna un elemento de los grupos principales a su bloque y su grupo a partir de su configuración de gas noble.
- Un átomo de sodio excitadoClasifica configuraciones con un número de electrones dado como estado fundamental, estado excitado, imposible o perteneciente a un ion.
Excepciones e iones de metales de transición
- Magnetismo de los iones de cobreClasifica los dos iones de cobre comunes como paramagnéticos o diamagnéticos a partir de sus configuraciones.
Diagramas de orbitales y magnetismo
- ¿Qué átomo es diamagnético?Clasifica átomos en su estado fundamental como paramagnéticos o diamagnéticos a partir de sus configuraciones.
- Diagrama de orbitales 2p del nitrógenoElige el diagrama de orbitales que cumple la regla de Hund para una subcapa p semillena.
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- Encuentra la serie isoelectrónicaDistingue una serie isoelectrónica de un grupo de iones que comparten una carga o un patrón de configuración.
- Isoelectrónico con el argónIdentifica un ion monoatómico isoelectrónico con un gas noble dado contando los electrones como Z menos la carga.
Comparar 4
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- Cr y Fe²⁺: ¿misma cuenta, misma configuración?Compara un átomo y un ion con el mismo número de electrones y muestra que sus configuraciones y sus números de electrones desapareados difieren.
Diagramas de orbitales y magnetismo
- Ordena los átomos según sus electrones desapareadosOrdena átomos de los grupos principales y de metales de transición según el número de electrones desapareados en su estado fundamental.
- Igual número de electrones desapareadosCompara el número de electrones desapareados de átomos del segundo período cuyas subcapas p están menos y más que semillenas.
Excepciones e iones de metales de transición
- Ordena los iones según sus electrones desapareadosOrdena iones de metales de transición de la primera serie según sus electrones desapareados después de escribir sus configuraciones de electrones d.
Calcular 10
Excepciones e iones de metales de transición
- Electrones desapareados en un átomo de cromoCuenta los electrones desapareados de un átomo cuyo estado fundamental es una excepción al orden de llenado.
- Electrones desapareados del Fe³⁺Cuenta los electrones desapareados de un catión de un metal de transición después de quitar primero los electrones 4s.
Diagramas de orbitales y magnetismo
- Electrones desapareados en un átomo de cobaltoCuenta los electrones desapareados de un átomo de metal de transición llenando sus orbitales d con la regla de Hund.
- Electrones desapareados en el gadolinioCuenta los electrones desapareados cuando un átomo tiene dos subcapas parcialmente llenas, una de ellas una subcapa f.
- Electrones desapareados en un átomo de oxígenoCuenta los electrones desapareados de un átomo del segundo período a partir de su diagrama de orbitales.
- Orbitales completamente llenos en el fósforoUsa un diagrama de orbitales para contar orbitales completamente llenos, a diferencia de los semillenos.
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- ¿Cuántas son isoelectrónicas con el neón?Cuenta los átomos, iones y moléculas de una lista que tienen el mismo número total de electrones que un gas noble.
- Electrones de valencia del selenioCuenta los electrones de valencia de un átomo del bloque p cuya configuración incluye un subnivel d lleno.
Aufbau y configuraciones completas
- Electrones en la cuarta capa del yodoCuenta los electrones de una capa de un átomo pesado escribiendo su configuración completa.
- Átomos del período 4 con electrones 3dUsa el orden de llenado a lo largo de todo un período para decidir qué átomos tienen electrones en una subcapa dada.
Encuentra el error 4
Diagramas de orbitales y magnetismo
- ¿Tiene un átomo de carbono cuatro electrones desapareados?Diagnostica la confusión entre la configuración del estado fundamental de un átomo y el modelo de enlace de sus compuestos.
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- ¿Son lo mismo el Na⁺ y el Ne?Diagnostica el error de tratar especies isoelectrónicas como si tuvieran propiedades idénticas.
Excepciones e iones de metales de transición
- Encuentra el error: la configuración del Mn²⁺Encuentra el error en una configuración de un ion de metal de transición que quita electrones d antes que electrones s.
Aufbau y configuraciones completas
- Encuentra la configuración imposibleReconoce una configuración electrónica que infringe el principio de exclusión de Pauli por sobrellenar una subcapa.
Interpreta la evidencia 1
- ¿Qué ion tiene este momento magnético?Interpreta un momento magnético de solo espín como un número de electrones desapareados y relaciónalo con un ion de metal de transición.
Trabaja hacia atrás 4
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- Anión isoelectrónico con el kriptónDetermina el número atómico de un elemento a partir de la relación isoelectrónica entre su anión y un gas noble.
- ¿Qué metal forma este ion 2+?Trabaja hacia atrás desde la configuración de un catión doble de metal de transición hasta el elemento.
Aufbau y configuraciones completas
- Número atómico a partir de una configuraciónReconstruye el número atómico de un átomo neutro a partir de una configuración de gas noble que contiene un subnivel d lleno.
- Identifica el elemento a partir de su configuraciónIdentifica un elemento del sexto periodo a partir de una configuración de gas noble que incluye subniveles f y d llenos.
Explica por qué 3
Especies isoelectrónicas y electrones de valencia
- Por qué los metales alcalinos se comportan igualExplica la química similar de un grupo en términos de una configuración de valencia compartida.
Excepciones e iones de metales de transición
- Por qué el cobre es [Ar] 3d¹⁰ 4s¹Explica la excepción del cobre en términos de la cercanía energética entre 3d y 4s y la estabilidad de una subcapa llena.
Diagramas de orbitales y magnetismo
- Por qué se cumple la regla de HundExplica la razón energética de la regla de Hund en un conjunto de orbitales degenerados.
¿Atascado con configuraciones electrónicas? Escanea el problema.
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