Los electrones y la tabla periódica

Los electrones y la tabla periódica

Como acabamos de estudiar, en el sistema periódico actual los elementos están colocados en orden creciente de su número atómico.

Cada elemento se diferencia del siguiente en que tiene un electrón más, y, por tanto, una unidad más de carga positiva en el núcleo, es decir, un protón más, con la consiguiente variación de masa atómica. Este electrón más, que se llama electrón diferenciador, va ocupando distintos orbitales atómicos para cada elemento, de forma que cada uno de los elementos tiene una determina configuración electrónica que le caracteriza.

Para poner de manifiesto de qué forma están distribuidos los electrones constituyentes de un átomo en los diferentes niveles y sub-niveles de energía, debemos conocer los valores de n y l de cada electrón y poner un exponente en la letra correspondiente al subnivel l que indique el número de electrones que hay. La notación utilizada es la siguiente:

donde n, expresado en números (1, 2, 3, ...), representa el nivel de energía o el número cuántico principal; l, expresado en letras (s, p, d, f), representa el subnivel de energía o tipo de orbital ocupado por el electrón; y x indica el número de electrones en el subnivel l.

Para un átomo neutro, la suma de todos los valores de x es igual al número atómico del elemento.

Para establecer la configuración electrónica de un átomo en su estado de mínima energía o estado fundamental hay que tener en cuenta los tres principios siguientes:

1. Principio de Aufbau. De acuerdo con este principio, los electrones ocupan en primer lugar los orbitales de menor energía que están disponibles. El orden de llenado de los orbitales es el siguiente:
ls, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p ...

2. Principio de exclusión de Pauli.

3. Principio de máxima multiplicidad de Hund.

En ocasiones recurriremos a una notación que expresa el apareamiento o desapareamiento de los electrones en cada subnivel y representaremos cada orbital por un cuadradito, y cada electrón, por una flecha. El sentido de la flecha es una forma de representar el spin del electrón.

El hidrógeno, Z = 1, sitúa su único electrón en el subnivel ls. Su configuración electrónica es: ls¹

Con el helio, Z = 2, se completa el primer período y su configuración electrónica es: ls²

El litio, Z = 3, es el primer elemento del segundo período y su configuración es:

Hasta llegar al Ne, último elemento de este período, se han ido rellenando, sucesivamente, los subniveles 2s y 2p que, conjuntamente, pueden albergar 8 electrones, el mismo número de elementos que integran este período.

Igual sucede en el tercer período, el cual comienza con el Na (Z = 11) y finaliza con el Ar (Z = 18) y cuyas configuraciones electrónicas son:

Al comenzar el cuarto período, los electrones diferenciadores de los dos primeros elementos, K y Ca, ocupan el subnivel 4s, pues este subnivel es menos energético que el 3d. El siguiente elemento, Se, sitúa su electrón diferenciador en un subnivel 3d. Los nueve elementos que van a continuación (hasta el Zn inclusive) completan los subniveles 3d, que pueden albergar hasta 10 electrones.

Una vez llenos los subniveles 3d, se comienzan a llenar los 4p. Así, la configuración electrónica del Kr, último elemento de este período, es:

No obstante, el llenado de los subniveles d presenta algunas irregularidades. Éstas surgen de la estabilidad que poseen los niveles l cuando están semillenos o totalmente ocupados. Así, las configuraciones electrónicas del Cr (Z = 24) y del Cu (Z = 29) son:

Las configuraciones electrónicas de los elementos del quinto período son semejantes a las del cuarto. Los electrones diferenciadores de los elementos Rb y Sr ocupan el subnivel 5s. A continuación, desde el Y hasta el Cd, ambos inclusive, se rellenan los subniveles 4d y, por último, desde el In hasta el Xe se completan los subniveles 5p:

Al igual que en el período anterior, algunos elementos de este quinto período presentan irregularidades en su configuración electrónica.

En el sexto período, la configuración electrónica del lantano es:

Sin embargo, el cerio, Z = 58, no sitúa su electrón diferenciador en el subnivel 5d, ya que en este caso el subnivel de menor energía disponible es el 4f. Así, empezando por el cerio, obtenemos una secuencia de 14 elementos, en la cual los electrones van llenando los subniveles 4f. Estos elementos constituyen la serie de los lantánidos.

La configuración electrónica del último de los lantánidos es:

En el séptimo período comienza una secuencia semejante a partir del elemento Z = 89, el actinio. Desde el torio en adelante, los electrones van llenando los subniveles 5f.