La orden de llenado de los orbitales
El principio aufbau explica cómo los electrones llenan los orbitales de baja energía (más cerca del núcleo) antes de que llenen los de mayor energía. Donde hay una opción entre orbitales de igual energía, llenan los orbitales individualmente en la medida de lo posible (reglas de Hunds). El diagrama (no a escala) resume las energías de los orbitales hasta el nivel 4p.
La rareza es la posición de los orbitales 3d, que se muestran en un nivel ligeramente superior a los 4s. Esto significa que el orbital 4s se llenará primero, seguido de todos los orbitales 3d y luego los orbitales 4p. Una confusión similar ocurre en niveles más altos, con tanta superposición entre los niveles de energía que los orbitales 4f no se llenan hasta después de los 6s, por ejemplo.
Todo es sencillo hasta este punto, pero los orbitales de 3 niveles no están todos llenos, los niveles 3D aún no se han utilizado. Pero si te refieres a las energías de los orbitales, verás que el siguiente orbital de energía más baja es el 4, por lo que se llena primero.
- ¿Por qué los derechos sagrados son más seguros que los derechos humanos?
- Cómo utilizar la configuración electrónica para encontrar el grupo, el período y la valencia
- ¿Hasta qué punto deberían los gobiernos (a diferencia de las entidades privadas) financiar la ciencia, especialmente la ciencia básica?
- En informática, ¿cómo se aplica la ciencia?
- Si la gravedad empuja las cosas hacia dentro, ¿por qué las burbujas de agua suben?
K
1s22s22p63s23p64s1
California
1s22s22p63s23p64s2
Los elementos del bloque d se consideran elementos en los que el último electrón que se agrega al átomo se encuentra en el orbital ad (en realidad, ¡eso no es cierto! Volveremos a eso en detalle más adelante). Las estructuras electrónicas de los elementos del bloque d se muestran en la siguiente tabla. Cada electrón adicional usualmente entra en un orbital 3d.
iones de bloque d
Esta es probablemente la cosa más insatisfactoria sobre este enfoque de las estructuras electrónicas de los elementos del bloque d. En toda la química de los elementos de transición, el orbital 4s se comporta como el orbital más externo y de mayor energía. El orden inverso de los orbitales 3d y 4s solo parece aplicarse a la construcción del átomo en primer lugar. En todos los demás aspectos, los electrones 4s son siempre los electrones en los que debes pensar primero.
Los elementos del bloque d: por razones que son demasiado complicadas para entrar en este nivel, una vez que llegas al escandio, la energía de los orbitales 3d se vuelve ligeramente menor que la de los 4, y eso sigue siendo cierto durante el resto de la transición. serie.
Ejemplo 2: escandio
Entonces, ¿por qué no es la configuración electrónica de scandium [Ar] 3d3 en lugar de [Ar] 3d14s2?
SOLUCIÓN
Haciendo Sc3 +
Imagina que estás construyendo un átomo de escandio a partir de cajas de protones, neutrones y electrones. Has construido el núcleo a partir de 21 protones y 24 neutrones, y ahora estás agregando electrones alrededor del exterior. Hasta ahora has agregado 18 electrones para llenar todos los niveles hasta 3p. Esencialmente has hecho el ion Sc3 +.
Haciendo Sc2 +
Ahora vas a agregar el siguiente electrón para hacer Sc2 +. ¿A dónde irá el electrón? Los orbitales 3d en escandio tienen una energía más baja que los 4s, por lo que el próximo electrón entrará en un orbital 3d. La estructura es [Ar] 3d1.
Haciendo Sc +
Se podría esperar que el próximo electrón también pase a un orbital 3d de menor energía, para dar [Ar] 3d2. Pero no lo hace. Usted tiene algo más que pensar aquí también. Si agrega otro electrón a cualquier átomo, está obligado a aumentar la cantidad de repulsión. La repulsión aumenta la energía del sistema, haciéndolo menos energéticamente estable. Obviamente ayuda si este efecto se puede mantener al mínimo.
Los orbitales 3d están dispuestos de forma bastante compacta alrededor del núcleo. La introducción de un segundo electrón en un orbital 3d produce más repulsión que si el siguiente electrón entrara en el orbital 4s. No existe una brecha muy grande entre las energías de los orbitales 3d y 4s. La reducción en la repulsión más que compensa la energía necesaria para hacer esto.
La estructura energéticamente más estable para Sc + es, por lo tanto, [Ar] 3d14s1.
Haciendo Sc:
Poner el electrón final en, para hacer un átomo de escandio neutral, necesita el mismo tipo de discusión. En este caso, la solución de energía más baja es aquella en la que el último electrón también entra en el nivel 4s, para dar la estructura familiar [Ar] 3d14s2.
En conclusión
El método actual de enseñar a los estudiantes a elaborar estructuras electrónicas está bien siempre que se dé cuenta de que eso es todo, una forma de elaborar las estructuras electrónicas generales, pero no el orden de llenado.
Se puede decir que para el potasio y el calcio, los orbitales 3d tienen una energía más alta que los 4s, y por lo tanto, para estos elementos, los niveles de los 4s se llenan antes que los 3d. Eso, por supuesto, es totalmente cierto!
Luego puede decir que, al observar las estructuras de los siguientes 10 elementos de la serie de transición, los orbitales 3d se llenan gradualmente con electrones (con algunas complicaciones como el cromo y el cobre). Eso también es verdad.
Lo que no está bien es implicar que los niveles 3d a través de estos 10 elementos tienen energías más altas que los 4s. Eso definitivamente no es cierto, y causa el tipo de problemas que hemos estado discutiendo.
Referencias
El Dr. Eric Scerri me proporcionó copias de varios documentos útiles y me ayudó a ordenar mis ideas al respecto http: //out.http: //ericscerri.blogspot.com/2012/06/trouble-with-using- aufbau-to-find.html
RN Keller: Errores en los libros de texto, 38: Diagramas de nivel de energía y desarrollo extranuclear de los elementos: J. Chem. Educ., 1962, 39 (6), p. 289, publicado en junio de 1962.
WH Eugen Schwarz: La historia completa de las configuraciones electrónicas de los elementos de transición: Journal of Chemical Education, vol. 87 No. 4 de abril de 2010.
Esperando que esto sea de ayuda,
Minhaj