TUTORIAL SOBRE TEORÍA ATÓMICA

Principio de Construcción (Orden Aufbau)

Dentro de cada nivel de energía, el subnivel s tiene menor energía, que el subnivel p, el cual tiene menor energía que el subnivel d y así sucesivamente. Sin embargo, hay que tener en cuenta que dentro de un conjunto de orbitales todos tienen igual energía. Por ejemplo, todos los orbitales que conformaron el subnivel 2p tienen la misma energía. A menudo estos orbitales son representados por una caja o serie de cajas, las cuales pueden ser colocadas ordenadamente para mostrar el aumento de energía.

También, algunas veces encontramos fácil diferenciar entre los tres orbitales que forman el subnivel p, refiriéndonos a ellos como px, py y pz.

Para los primeros 18 elementos, los electrones van ocupando los orbitales empezando por el de más baja energía y van llenando su capacidad antes de empezar el siguiente. Así es que el orbital 1s se llena con dos electrones, luego el 2s se llena con dos electrones, luego el 2p se llena con seis electrones, el 3s con dos y finalmente el 3p con seis. Generalmente, esto se escribe usando una notación (configuración electrónica) que incluye el número de nivel, subnivel y electrones por subnivel.

Después del subnivel 3p hay una superposición de energía, es así como encontramos que antes de que se llenen los orbitales 3d los electrones entran en el orbital 4s. Lo mismo ocurre con el 5s y el 4d. En los niveles de energía más altos se presenta mayor superposición de este tipo.

Este orden de llenado (del 1 al 18 y del 19 al 36) de los subniveles es lo que se llama principio de construcción (orden aufbau), el cual significa construir.

La Tabla periódica sigue el Principio de Construcción (orden aufbau).

Regla de Hund

Para cualquier conjunto de orbitales, tal como en el caso de los orbitales 2p, se encuentra que hay un electrón en cada orbital antes de que haya apareamiento. Es lo que se conoce como la regla de Hund. Aparentemente toma menos energía para un electrón ocupar un orbital por sí solo, que aparearse con otro electrón en un orbital de igual energía.

Estructura Electrónica y la Tabla Periódica

La estructura electrónica de los elementos varía en forma regular a medida que aumenta el número atómico. Por consiguiente se puede ver que hay una relación directa entre la estructura electrónica de un átomo y las propiedades de dicho átomo.

Al organizar la tabla periódica, se sigue el orden aufbau, colocando el número máximo de electrones en cada subnivel antes de empezar a llenar el siguiente. Cada vez que empieza a llenarse un orbital s y por consiguiente un nuevo nivel de energía, se empieza a llenar una fila a través de la tabla, llamado período.

Para ordenar una tabla periódica hay que saber y seguir el orden aufbau. Para esto se utiliza una ayuda memorística llamada Regla Diagonal. Lo que se ha hecho aquí es un listado de cada uno de los conjuntos de orbitales posibles en cada nivel de energía como por ejemplo 1s, luego 2s, 2p; luego 3s, 3p, 3d y así sucesivamente. Luego se trazan líneas diagonales a través de éstas siguiendo el orden aufbau con relación al llenado de orbitales.

Hay algunas variaciones en cuanto al orden de llenado siguiendo la Regla Diagonal como se puede observar en el caso del grupo del Cromo (z=24) y el cobre (z=29). En el caso del cromo en lugar de tener una configuración electrónica 4s23d4 se presenta 4s1 3d5. Se agrega más estabilidad en el conjunto de dos orbitales cuando están a medio llenar (recuerde la regla de Hund en la cual este conjunto a medio llenar de los orbitales d tendrá un electrón en cada orbital, y por tanto tiene una distribución simétrica alrededor del núcleo). Con el cobre, número 29, en lugar de tener la configuración 4s23d9 tiene 4s13d10. En este caso se agrega mayor estabilidad al tener el conjunto de orbitales s a medio llenar y el conjunto de los orbitales d completamente llenos.

Hay excepciones en el orden de llenado siguiendo la regla diagonal, ejemplo el grupo del cromo y del cobre.