3 QUIMICA Schaum

124 CAPÍTULO 8 ESTRUCTURA ATÓMICA Y LA LEY PERIÓDICA
8.9. a) Escriba las configuraciones electrónicas del estado fundamental de N, Ar, Fe, Fe 2+ y Pr 3+ . b) ¿Cuántos
electrones desapareados habría en cada una de estas partículas aisladas?
a) El número atómico del N es 7. El primer nivel (órbita) contendrá su máximo de 2 electrones, y los siguientes 5 electrones
estarán en el segundo nivel; 2 llenarán el subnivel (orbital) s, de menor energía, y los 3 electrones restantes
llenarán el subnivel p. Una notación común sería
1s 2 2s 2 2p 3 o bien [He]2s 2 2p 3
La segunda notación muestra sólo los electrones externos respecto al gas noble (grupo VIIIA o 18) anterior al elemento
en cuestión e indica a ese gas noble entre corchetes.
El número atómico de Ar es 18, que resulta en el llenado de los niveles 1 a 3 (K, L y M).
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
El número atómico de Fe es 26. Después de la configuración electrónica del argón, el orden de llenado es 4s,
después 3d, hasta asignar 26 electrones (8 después del argón).
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 o bien [Ar]3d 6 4s 2
El ion hierro(II), Fe 2+ , contiene dos electrones menos que el átomo de hierro. Aunque los electrones 4s tienen
menor energía que los 3d para los números atómicos 19 y 20 (K y Ca), este orden se invierte cuando las cargas nucleares
son mayores. En general, los electrones que se pierden con más facilidad en un átomo son los que tienen el mayor
número cuántico principal.
[Ar]3d 6
El Pr 3+ tiene 56 electrones, 3 menos que el átomo de Pr (número atómico 59). El orden de llenado de los elementos
en el periodo después del Xe es 6s 2 , después un electrón 5d, después todo el subnivel 4f, luego el resto del
subnivel 5d, seguido por el subnivel 6p. Hay sustituciones frecuentes de la primera asignación 5d por un 4f adicional,
o una de 6s por un 5d adicional, pero estas irregularidades no tienen consecuencia al asignar electrones en el Pr 3+ . Los
3 electrones eliminados a partir del átomo neutro para formar el ion se apegan a la regla general de eliminar primero
de la capa externa (n mayor) y después de la penúltima capa (n anterior); en este caso, primero se eliminan los electrones
6s y no quedarían electrones 5d, aun cuando hubiera uno en el átomo neutro.
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 2 5s 2 5p 6 o bien [Xe]4f 2
b) Los subniveles completos no tienen electrones desapareados; sólo es necesario examinar los electrones que hay después
de un núcleo de gas noble.
Para el N, el subnivel 2p es el único incompleto. De acuerdo con la regla de Hund, los tres electrones en este
subnivel ocuparán, cada uno, uno de los tres subniveles disponibles. Habrá tres electrones desapareados.
El argón no tiene subniveles incompletos, por lo que no tiene electrones desapareados.
El Fe tiene seis electrones 3d en el único subnivel parcialmente vacío. El desapareamiento máximo se presenta
en la doble ocupación de uno de los subniveles d disponibles y una sola ocupación de los cuatro restantes. Habrá 4
electrones desapareados.
El Fe 2+ también tiene 4 electrones desapareados, por la misma razón que el Fe.
El Pr 3+ tiene 2 electrones desapareados, que están en dos de los siete subniveles 4f.
8.10. La configuración electrónica del níquel es [Ar]3d 8 4s 2 . ¿Cómo se puede explicar que la configuración del Cu,
que es el siguiente elemento, sea [Ar]3d 10 4s 1 ?
En el procedimiento hipotético para construir el complemento electrónico para el Cu, agregando un electrón a la
configuración del elemento anterior, Ni, era de esperarse que sólo se agregara un noveno electrón 3d. Para el número atómico
19, el subnivel 3d tiene mayor energía que el 4s; entonces, el potasio tiene un solo electrón 4s y no tiene electrones
3d. Después de comenzar a llenarse el subnivel 3d con el Sc, de número atómico 21 (4s está lleno), la adición de cada
electrón 3d sucesivo se acompaña de una disminución de energía promedio del nivel 3d. Esto se debe a que cada elemento
sucesivo tiene mayor carga nuclear, que sólo es parcialmente apantallada por un solo electrón 3d, por el electrón adicional
en el mismo subnivel. La energía del subnivel 3d disminuye en forma gradual a medida que se llena, y es menor que el valor
que tiene el subnivel 4s cuando al final de las series de transición.
Otro factor es que la configuración 3d 10 4s 1 tiene una distribución de la densidad electrónica con simetría esférica,
que es una disposición estabilizadora característica de todos los subniveles medio llenos. Por otra parte, la configuración
3d 9 4s 2 tiene un “agujero” (un electrón faltante) en el subnivel 3d y se destruye la simetría y la estabilización adicional.