2.8: Configuraciones de electrones y tabla periódica

Objetivos de aprendizaje

• Relacionar las configuraciones electrónicas de los elementos con la forma de la tabla periódica.
• Determinar la configuración electrónica esperada de un elemento por su lugar en la tabla periódica.

Recuerde, que la tabla periódica como herramienta para organizar los elementos químicos conocidos (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los elementos se enumeran por número atómico (el número de protones en el núcleo), y los elementos con propiedades químicas similares se agrupan en columnas. ¿Por qué la tabla periódica tiene la estructura que tiene? La respuesta es bastante simple, si entiendes configuraciones de electrones: la forma de la tabla periódica imita el llenado de las subconchas con electrones.

La forma de la tabla periódica imita el llenado de las subconchas con electrones.

Empecemos por H y Él. Sus configuraciones de electrones son 1 s ¹ y 1 s ², respectivamente; con He, se llena el caparazón n = 1. Estos dos elementos conforman la primera fila de la tabla periódica (Figura\(\PageIndex{1}\))

Figura\(\PageIndex{1}\): El Subshell de 1 s. H y He representan el relleno del subcaparazón de 1 s.

Los dos electrones siguientes, para Li y Be, entrarían en la subcapa de 2 s. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra que estos dos elementos son adyacentes en la tabla periódica.

Figura\(\PageIndex{2}\): El Subshell de 2 s. En Li y Be, se está llenando el subshell de 2 s.

Para los siguientes seis elementos, la subcapa de 2 p está siendo ocupada con electrones. En el lado derecho de la tabla periódica, estos seis elementos (B a Ne) se agrupan juntos (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figura\(\PageIndex{3}\): El Subshell de 2 p. Para B a Ne, se está ocupando el subshell de 2 p.

El siguiente subshell que se va a llenar es el subshell de 3 s. Los elementos cuando se está llenando esta subcapa, Na y Mg, están de nuevo en el lado izquierdo de la tabla periódica (Figura\(\PageIndex{4}\)).

Figura\(\PageIndex{4}\): El Subshell de 3 s. Ahora se está ocupando el subshell de 3 s.

A continuación, la subcapa 3 p se rellena con los siguientes seis elementos (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): La Subshell de 3 p. A continuación, la subcapa de 3 p se llena de electrones.

En lugar de llenar la subcapa de 3 d a continuación, los electrones entran en la subcapa de 4 s (Figura\(\PageIndex{6}\)).

Figura\(\PageIndex{6}\): El Subshell de 4 s. El subshell de 4 s se llena antes que el subshell de 3 d. Esto se refleja en la estructura de la tabla periódica.

Después de llenar la subcapa de 4 s, la subcapa de 3 d se llena con hasta 10 electrones. Esto explica la sección de 10 elementos en el centro de la tabla periódica (Figura\(\PageIndex{7}\)).

Figura\(\PageIndex{7}\): El Subshell de 3 d. El subshell de 3 d se rellena en la sección media de la tabla periódica.

Y así sucesivamente. A medida que atravesamos las columnas de la tabla periódica, la forma general de la tabla describe cómo los electrones están ocupando las conchas y subconchas.

Las dos primeras columnas del lado izquierdo de la tabla periódica son donde se están ocupando los subshells s. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se etiquetan como el bloque s. De igual manera, el bloque p son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el bloque d es las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el bloque f es la sección de 14 columnas que normalmente se representa como separada del cuerpo principal de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero entonces la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa. La figura\(\PageIndex{8}\) muestra los bloques de la tabla periódica.

Figura\(\PageIndex{8}\): Bloques en la Tabla Periódica. La tabla periódica se separa en bloques dependiendo de qué subcapa se esté llenando para los átomos que pertenecen a esa sección.

Los electrones en el caparazón de mayor número, más cualquier electrón en la última subcapa sin llenar, se denominan electrones de valencia; el caparazón de mayor numeración se llama caparazón de valencia. (Los electrones internos se llaman electrones centrales). Los electrones de valencia controlan en gran medida la química de un átomo. Si miramos solo la configuración electrónica de la capa de valencia, encontramos que en cada columna, la configuración electrónica de la concha de valencia es la misma. Por ejemplo, tomemos los elementos de la primera columna de la tabla periódica: H, Li, Na, K, Rb y Cs. Sus configuraciones electrónicas (abreviadas para los átomos más grandes) son las siguientes, con la configuración electrónica de la capa de valencia resaltada:

En la tabla se muestra la primera columna de la tabla periódica y sus configuraciones electrónicas.

H:	1s ^1
Li:	1 s ^2 2s ^1
Na:	[Ne] 3s ^1
K:	[Ar] 4s ^1
Rb:	[Kr] 5S ^1
Cs:	[Xe] 6S ^1

Todos ellos tienen una configuración electrónica similar en sus conchas de valencia: un solo electrón s. Debido a que gran parte de la química de un elemento está influenciada por electrones de valencia, esperaríamos que estos elementos tuvieran una química similar- y lo hacen. La organización de los electrones en átomos explica no sólo la forma de la tabla periódica sino también el hecho de que los elementos de la misma columna de la tabla periódica tienen química similar.

El mismo concepto se aplica a las demás columnas de la tabla periódica. Los elementos en cada columna tienen las mismas configuraciones de electrones de concha de valencia, y los elementos tienen algunas propiedades químicas similares. Esto es estrictamente cierto para todos los elementos en los bloques s y p. En los bloques d y f, debido a que hay excepciones al orden de llenado de subconchas con electrones, conchas de valencia similares no son absolutas en estos bloques. Sin embargo, existen muchas similitudes en estos bloques, por lo que se espera una similitud en las propiedades químicas.

La similitud de la configuración electrónica de la capa de valencia implica que podemos determinar la configuración electrónica de un átomo únicamente por su posición en la tabla periódica. Considera Se, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{9}\). Se encuentra en la cuarta columna del bloque p. Esto significa que su configuración electrónica debe terminar en una configuración de electrones p ⁴. En efecto, la configuración electrónica de Se es [Ar] 4 s ² 3 d ¹⁰ 4 p ⁴, como se esperaba.

Figura\(\PageIndex{9}\): Selenio en la Tabla Periódica

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

A partir de la posición del elemento en la tabla periódica, predice la configuración electrónica de la capa de valencia para cada átomo (Figura\(\PageIndex{10}\)).

Figura\(\PageIndex{10}\): Varios Elementos en la Tabla Periódica

1. Ca
2. Sn

Solución

1. Ca se encuentra en la segunda columna del bloque s. Habríamos de esperar que su configuración electrónica termine con s ². La configuración electrónica del calcio es [Ar] 4 s ².
2. Sn se encuentra en la segunda columna del bloque p, por lo que esperamos que su configuración electrónica termine en p ². La configuración electrónica del estaño es [Kr] 5 s ² 4 d ¹⁰ 5 p ².

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

A partir de la posición del elemento en la tabla periódica, predice la configuración electrónica de la capa de valencia para cada átomo. Figura\(\PageIndex{10}\).

1. Ti
2. Cl

Contestar a

[Ar] 4 s ² 3 d ²

Respuesta b

[Ne] 3 s ² 3 p ⁵

Ejemplo\(\PageIndex{2}\): Aluminio

Escribe la configuración electrónica del átomo de aluminio neutro. El número atómico de Al es 13.

Solución

El aluminio tiene 13 electrones.

Empezar en el Periodo 1 de la tabla periódica, Figura\(\PageIndex{2}\). Coloca dos electrones en la subcapa 1s (1s ²).

Proceder al Periodo 2 (dirección de izquierda a derecha). Coloca los siguientes dos electrones en la subcapa 2s (2s ²) y los siguientes seis electrones en la subcapa 2p (2p ⁶).

Proceder al Periodo 3 (dirección de izquierda a derecha). Coloca los siguientes dos electrones en la subcapa 3s (3s ²) y el último electrón en la subcapa 3p (3p ¹).

La configuración electrónica del Aluminio es 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Usando Figura\(\PageIndex{2}\) como guía, escriba la configuración electrónica del átomo que tiene 20 electrones

Contestar

Comienza en el Periodo 1 de la Figura\(\PageIndex{2}\). Coloca dos electrones en la subcapa 1s (1s ²).

Proceder al Periodo 2 (dirección de izquierda a derecha). Coloca los siguientes dos electrones en la subcapa 2s (2s ²) y los siguientes seis electrones en la subcapa 2p (2p ⁶).

Proceder al Periodo 3 (dirección de izquierda a derecha). Coloca los siguientes dos electrones en la subcapa 3s (3s ²) y los siguientes seis electrones en la subcapa 3p (3p ⁶).

Proceder al Periodo 4. Coloca los dos electrones restantes en la subcapa 4s (4s ²).

La configuración electrónica es 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ²

Resumen

La disposición de los electrones en átomos es responsable de la forma de la tabla periódica. Las configuraciones de electrones se pueden predecir por la posición de un átomo en la tabla periódica