Acerca de este experimento
¿Por qué el sodio y el potasio se comportan de forma tan parecida y por qué la tabla periódica tiene esa forma tan peculiar? La respuesta está en cómo se distribuyen los electrones alrededor del núcleo. Los electrones ocupan niveles de energía y orbitales en un orden establecido, de dos en dos en cada orbital y con espines opuestos, y se distribuyen entre orbitales de igual energía antes de emparejarse. Construye átomos desde el hidrógeno hasta el criptón, añadiendo un protón cada vez; compara el modelo de capas con el modelo orbital y forma iones para ver qué electrones se pierden primero.
Objetivos de aprendizaje
- Escribe la configuración electrónica de los elementos del 1 al 36 completa y en notación abreviada de gas noble
- Aplica el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund
- Relaciona la distribución por capas 2, 8, 8 con el modelo completo de subniveles
- Explica cómo se derivan los bloques s, p y d de la tabla periódica del orden de llenado.
- Escribe las configuraciones electrónicas de iones, incluidos los iones de metales de transición.
Cómo usarlo
- 1Pulsa «Construir» y observa los átomos desde el hidrógeno hasta el criptón. ¿Qué subnivel se llena después de 3p y por qué no es 3d?
- 2Detente en el nitrógeno. ¿Cómo se distribuyen los tres electrones 2p en las casillas? ¿Cuántos están desapareados? Compáralo con el oxígeno.
- 3Compara las configuraciones electrónicas del litio, el sodio y el potasio. ¿Qué tienen en común y cómo explica esto su química?
- 4Mira la tabla de abajo. ¿En qué bloque está el elemento actual y cómo coincide esto con el último subnivel que se ha llenado?
- 5Ve al cromo y al cobre. ¿En qué se apartan del patrón sencillo? Lee la nota.
- 6Forma Na⁺, Cl⁻ y O²⁻. ¿Qué configuración de gas noble alcanza cada uno?
- 7Forma Fe²⁺ y Fe³⁺. ¿Qué electrones se pierden primero? ¿Por qué es especialmente estable el Fe³⁺?
- 8Alterna entre el orden por capas y el orden de llenado. ¿Qué convención utiliza tu organismo examinador?
El modelo
Supuestos
- Estados fundamentales de átomos e iones libres en fase gaseosa. Solo se incluyen los elementos del 1 al 36.
- El átomo neutro sigue el orden de llenado n + l, excepto el cromo (3d⁵ 4s¹) y el cobre (3d¹⁰ 4s¹), las únicas excepciones en este intervalo.
- Los iones positivos pierden primero electrones de la capa más externa y, dentro de una capa, primero los p y después los s. Los iones negativos ganan electrones según el orden de llenado.
- Las casillas de orbitales son una representación para llevar la cuenta: las flechas indican espín arriba y espín abajo, no un movimiento real.
Pruébalo en clase
- Q1Escribe la configuración electrónica completa del azufre y de S²⁻.
- Q2Un elemento tiene la configuración electrónica [Ar] 3d³ 4s². Nómbralo e indica su grupo.
- Q3¿Cuántos electrones desapareados tiene un átomo de manganeso? ¿Y Mn²⁺?
- Q4¿Por qué 4s se llena antes que 3d en el potasio y el calcio, pero al formarse Sc³⁺ se pierden primero los electrones 4s?
- Q5¿Por qué los elementos del mismo grupo tienen propiedades químicas similares?
Preguntas frecuentes
¿Se debe escribir 4s antes o después de 3d?
Se usan ambas formas. Escribir los subniveles en orden de capas ([Ar] 3d⁶ 4s²) sigue el estilo de la IUPAC y lo utilizan muchos organismos examinadores. Escribirlos en el orden de llenado ([Ar] 4s² 3d⁶) muestra el orden en que se fueron ocupando. Comprueba cuál se usa en tu curso; en el laboratorio aparecen ambas.
¿Por qué la regla 2, 8, 8 no lo explica todo?
La tercera capa puede alojar 18 electrones, pero 4s tiene menos energía que 3d, así que la cuarta capa empieza a llenarse con el potasio antes de que la tercera esté completa. El patrón sencillo 2, 8, 8 solo funciona hasta el calcio.
¿Hay más excepciones en las filas inferiores de la tabla?
Sí. El molibdeno, la plata, el oro y varios elementos más también se apartan del orden sencillo; en los elementos pesados, las energías son tan parecidas que resulta difícil predecir las configuraciones sin hacer cálculos.