El último electrón del potasio entra en el orbital 4s en lugar del 3d

La configuración electrónica es un tema muy importante e interesante en la química. El último electrón del potasio entra en el orbital 4s, pero no en el orbital 3d. En general, es una excepción. En este artículo, analizaremos la razón y haremos todo lo posible para explicarlo de forma sencilla. Sin demora, comencemos.

Para comprender este hecho correctamente, debemos tener claros algunos conceptos. Primero, es necesario comprender bien los números cuánticos. Puedes leer el artículo a continuación para obtener una visión clara.

¿Qué es un número cuántico? ¿Qué determinan los números cuánticos?

Configuración electrónica

¿Qué es la configuración electrónica? Sabemos que toda sustancia está compuesta de átomos, y estos, a su vez, están compuestos por electrones, protones y neutrones. Los electrones permanecen fuera del núcleo del átomo en algunos niveles de energía y subniveles de energía. La configuración electrónica es la disposición de los electrones en los orbitales. Por ejemplo, el Na (sodio) tiene once electrones. Por lo tanto, la configuración electrónica de este elemento es:

11Na→ 1s2 2s2 2p6 3s1

Principio de Aufbau 

El principio de Aufbau para la configuración electrónica de los elementos establece que los electrones de un átomo deben ocupar primero los orbitales de menor energía. Esto significa que, primero, los electrones entran en el primer nivel de energía, luego en el segundo, el tercero y el cuarto, y así sucesivamente. Ahora, el orbital 3d está en el tercer nivel de energía y el orbital 4s en el cuarto. Por lo tanto, según el principio de Aufbau, el orbital 3d debe ocuparse antes que el orbital 4s.

A diferencia de esta observación, en el caso de la configuración electrónica del potasio..

El último electrón del potasio entra en el orbital 4s antes del orbital 3d.

La razón de este evento radica en el método de cálculo de la energía de un orbital en diferentes niveles de energía.

La energía de los orbitales (razón por la cual el último electrón del potasio entra en el orbital 4s)

Como sabemos por el principio de Aufbau, el electrón debe ingresar primero en el orbital de menor energía. Pero, ¿cuál es el orbital de menor energía y cuál el de mayor? La respuesta está en el número cuántico. Para ser más específicos, la energía de un orbital depende del valor del número cuántico principal (n) y del número cuántico auxiliar (l). Cuanto mayor sea la suma del valor del número cuántico principal y del número cuántico auxiliar (n + l) de un orbital, mayor será su energía.

Por lo tanto, el valor n + l de los orbitales 4d y 5s:

Para el orbital 4d: n = 4 y l = d = 2, por lo tanto, n + l = 6.

Para el orbital 5s: n = 5 y l = s = 0, por lo tanto, n + l = 5.

Por lo tanto, la energía del orbital 4s es menor que la del orbital 3d (5s < 4d). Ejemplo 2: La energía de 3d y 4p

Para el orbital 3d: n = 3 y l = d = 2, por lo tanto, n + l = 5

Para el orbital 4p: n = 4 y l = p = 1, por lo tanto, n + l = 5

Ahora, ambos orbitales tienen el mismo valor de n + l. En este caso, se considera que el orbital en el nivel de energía más alto contiene mayor energía. El orbital 4p está en el cuarto nivel de energía; por otro lado, el orbital 3d está en el tercer nivel de energía. Por lo tanto, aunque tanto 3d como 4p tienen el mismo valor de n + l, la energía de 4p es mayor que la de 3d (3d < 4p).

El último electrón del potasio entra en el orbital 4s: ¿por qué?

Ahora el potasio tiene 19 electrones. El último electrón del potasio debería entrar en el orbital 3d.

19K → 1s₂ 2s₂ 2p₆ 3s₁ 3p₆ 3d₁ (pero esto no sucede).

Pero al considerar la energía de los orbitales 4s y 3d calculando el valor de n+l, podemos observar claramente que el valor n+l del 4s es menor que el del 3d. Dado que el 4s contiene menor energía, el último electrón del potasio, el 19.º, debe entrar en el orbital 4s en lugar del 3d. 19K → 1s² 2s² 2p³ 3s¹ 3p³ 4s¹ (actual)

Por lo tanto, según el principio de Aufbau y el valor n+1, la secuencia de los orbitales debería ser:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d<7p<8s – – –