Configuración electrónica y primera reflexión sobre el volúmen atómico

Pasan los años y hay experiencias de las que uno no se olvida, en este artículo lo voy a escribir de acuerdo a una experiencia propia, mi primera toma de contacto con el concepto de radio atómico, un ejercicio que nos mandaba hacer la profesora del instituto al explicarnos como se hacían configuraciones electrónicas, una experiencia que si sabes apreciarla posteriormente te ayuda a entender mejor la química.

Voy a introducir algunos símiles para explicar algunas cosas, que utilizó una profesora de la universidad cuando nos explicó (otra vez) como se hacían configuraciones electrónicas, a la que creo que es adecuado dedicarle este artículo.

Adriana estaba desayunando, y entró su hermana en la cocina:
-Adriana ¿Puedo hablar un momento contigo?
-Si claro, un momento, o todos los momentos que quieras Ana.
-Es que estoy preocupada por Elena, ha suspendido el último examen de física y química, y eso que tu le estás ayudando. A ver, sacó mejor nota que en los exámenes anteriores, pero la nota no llega al aprobado.
-El problema fue, que cuando empecé a ayudarle, le fui explicando todo lo que no entendía que estaba dando en clase, pero me olvidé de un detalle muy importante, lo anterior. En particular de la formulación, de los símbolos de los elementos ... Debí preguntarle si sabía eso antes de empezar a explicarle otras cosas ... Lo siento
-Ah ¿Era eso? No se ... como siempre se está quejando de que su profesora le tiene manía ... estaba pensando ¿A ver si va a ser cierto? Además, bueno ... no se si sabes que es la tutora, de la clase de Elena
-No, eso no lo sabía ... está bien saberlo
-La cosa es que me mandó un mensaje y me citó para ir hoy a la una.
-Eso es buena señal, eso es que se preocupa ... No te preocupes ... El siguiente lo va a aprobar, ya sabe formular ... He conseguido que aprendiera y que se aprendiera los símbolos y estados de oxidación.
-Bien gracias por lo que estás haciendo Adriana, te debo un gran favor.
-Bueno tu también me dejas quedarme aquí mientras me recupero ... Así también estoy ocupada con algo, además me lo paso muy bien haciéndolo.
-Entonces me alegro, y no se te debe dar mal si conseguiste que aprendiera todo lo que ha aprendido hasta ahora. Bueno debo irme a trabajar ¿Te importa hacer tu la comida? Es que me dio cita para la una ... y no me va a dar tiempo
-Si, no hay problema. Si vas a hablar con la profesora de física y química de Elena, que además es la tutora deberías decirle que le cuesta mucho esa asignatura ... Que si suspende no es porque no estudie.
-Ya eso pensaba decirle. Que tengas una buena mañana.
-Igualmente.
Luisa también tenía que decirle algo a su hermana. Pero no se lo dijo en ese momento. Aquellas últimas semanas, que le había estado explicando a Elena le habían gustado mucho, habían sido unos momentos tía-sobrina muy bonitos.
En los últimos análisis había salido que estaba mejor, pero no podría reincorporarse tan pronto como le gustaría, era cuestión de años el poder volver a investigar de la manera en que investigaba, eso le había fastidiado, un poco porque la investigación le encantaba. Pero le hicieron una oferta que estaba bien: Quedarse en Santiago dando clases de mecánica cuántica, todavía no le habían dicho si en la facultad de física, en la facultad de química o en las dos, y mandarle los informes de las investigaciones del grupo en el que trabajaba para que los supervisara.
Esa oferta le pareció bastante buena y la había aceptado. Comenzaría el siguiente curso, hasta entonces estaba en el paro.
Acabó de desayunar y recogió todo lo del desayuno. Se dispuso a pensar que podía preparar de comida, decidió preparar un plato que le gustaba mucho, pero que su familia nunca había probado, para el necesitaba algunas cosas que no había en la cocina de aquella casa, como eran por ejemplo las coles de Bruselas. Se vistió y bajó al Carrefour que había enfrente a la casa de su hermana.
El resto de la mañana la pasó haciendo el plato y preparó también tarta de queso.
Cuando su hermana volvió:
-¡Que buena pinta tiene esto Adriana, oye no hacía falta que trabajaras tanto en la comida!
-Bueno, así también estoy ocupada ... ¿Qué tal con la profesora de Elena?
-Bien, ya sabe que física y química le cuesta ... Pero dice que va en buen camino, que le falta aprender a formular ... Pero por lo que está viendo al sacarla al encerado, ya sabe formular, así que a partir de ahora no debería tener problema.
-Pues eso está muy bien.
-Si la verdad
Al cabo de un rato, llegaron Elena y su padre.
-¿Qué es eso que huele tan bien? - preguntó el padre de Elena cuando llego
-Es la comida que nos ha preparado Adriana, Fernando.
-Pues huele genial y tiene una pinta increíble - Dijo Elena
-Bueno dejaos de alabanzas y vamos a comer, que se enfría - Dijo Adriana
Dicho esto se dispusieron a comer.
-Esta muy bueno Adriana - Dijo Ana
-No miente - Dijo Fernando
-¿Qué es esto que acabo de pinchar? - preguntó Elena
Col de Bruselas
-Es una col de Bruselas Elena - le explicó su tía
-De modo que esto son las famosas coles de Bruselas, ya puedo decir que las probé. Muy rico esto tía.
-Gracias a los tres y ahora el postre.
-¿También nos hiciste postre? ¡Madre mía como en los buenos restaurantes! - preguntó Ana
-Bueno sólo he preparado tarta de queso, nada especial ...
Fue a la cocina a por ella y la sirvió.
Tarta de queso

-Está buenísima - Dijeron los tres a la vez
-Gracias - contestó Luisa
-Bueno Luisa, ya recogemos nosotros, tu no te preocupes.
-Gracias, me ha gustado mucho prepararos la comida
-Ya recojo yo - Dijo Ana - Ayúdame Elena, que tu a veces eres muy cómoda
-Yo tengo que volver a trabajar - Dijo Fernando - Me gustaría ayudaros, pero no puedo.
-No te preocupes.
Elena y su madre se dispusieron a recoger, luego su madre se fue a trabajar, Elena se quedó en casa no tenía clase por la tarde ese día.
-¿Bueno que nos toca hoy? - preguntó Adriana
-Configuración electrónica y radio atómico - contestó Elena
-Vale, por partes, configuración electrónica, ¿Os enseñaron números cuánticos?
-No - Contestó Elena
-Pues voy a ser breve, tienes que chaparte este diagrama que te voy a dibujar.
-Pues si muy breve.
-Si no os explicaron números cuánticos no me voy a ponerte a explicártelos. Atiende este es el diagrama que te tienes que chapar.
Diagrama de Möller. Permite hacer configuraciones electrónicas



-Se llama diagrama de Möller.
-Vale muy bien me lo chapo, pero ¿Qué hago con el?
-Eso es la siguiente parte de la explicación, sirve para representar los niveles de energía de un elemento. Los números grandes indican en que nivel se encuentra el elemento y los números pequeños el número de electrones que hay en esa capa o nivel. Las letras son los orbitales.
-¿Qué es un orbital?
-Es la zona del espacio donde hay mayor probabilidad de encontrar un electrón. Si te fijas en los niveles, hay distintos orbitales, en cada nivel hay distintas zonas donde encontrar a unos electrones determinados. Si te fijas el número de orbitales que hay en cada nivel varía. Es como un edificio, y en cada planta hay habitaciones, pero el número de habitaciones es distinto, cada habitación sería un orbital, es una zona donde hay mucha probabilidad de encontrar a unos electrones determinados, ahora bien ¿En qué parte de la habitación están? Ni idea.
-Entiendo - Contestó Elena
-Bien, una vez que sabes que es el diagrama tienes que saber para que se usa y como usarlo. Para que se usa es simple, es un resumen de los niveles de energía, los orbitales y los electrones de un elemento. Como usarlo, bien si te fijas en el diagrama he puesto unas flechas rojas. Tienes que seguir esas flechas y parar cuando la suma de todos los electrones que resultaste te da el número atómico del elemento.
-Vale lo entiendo, pero por ejemplo, el hidrógeno que su número atómico es 1 ¿Qué hago con el? Porque 1s2 tiene dos electrones, no es el número atómico
-Buena pregunta, ese número pequeño, te indica los electrones que puede haber como máximo en ese orbital, pero no son los electrones que hay en el orbital, todos los elementos salvo los gases nobles tienen su ultimo orbital vacío. El hidrógeno sería 1s1. Aprovechando la situación, existe una regla que dice: "Que todos los elementos salvo los gases nobles, tienen su último orbital o nivel vacío" ¡OJO! Esto no significa que orbital y nivel sea lo mismo, los orbitales son las "habitaciones" y los niveles son los "pisos".
-Vale, ya lo entiendo - Dijo Elena
-Bien, ahora te voy a poner unos ejemplos, voy a dibujar también en cada nivel los electrones que hay, pero voy a prescindir de los orbitales.
Ejemplos de configuraciones electrónicas



 -¿Por qué pones el 3d10 y luego saltas al 4s2, no sería 4s2, 3d10 que es lo qué dice el diagrama?
-Bien, el diagrama dice que puedes saltar de un nivel 3 en orbital p a un nivel 4 en orbital s sin haber pasado por el orbital d, pero lo que yo hice ahí fue ordenarlo. Todo en el nivel que le corresponde. Es como una cebolla, no puedes arrancar la capa 4 sin haber arrancado la capa 3.
-Vale, ya lo entiendo.
-Bien, ahora te toca a ti. Vamos a matar dos pájaros de un tiro, los ejercicios que vas a hacer de configuración electrónica, los vamos a usar luego para que veas la variación del volumen atómico. Bien, lo primero, vas a comprobar que lo que te he dicho de los gases nobles no es mentira, así que dibújame la configuración electrónica y el diagrama de los gases nobles.
-Vale, ya lo tengo, dijo Elena al cabo de un rato.
-Vale déjame que te lo vea.
-No has ordenado los electrones por niveles, a partir de ahora ordénalos.


Configuración electrónica de los gases nobles desordenada.
-Vale, lo haré

-Bien como observas tienen su última capa llena. Ese es el motivo por el cual los gases nobles constituyen el grupo menos reactivo de la tabla periódica. De echo a vuestro nivel os dicen simplemente que los gases nobles no forman compuestos. Bueno, esto no es del todo cierto. Con el xenón se pueden conseguir separar algunos compuestos. Con el helio y el neón no se tienen datos de reacciones con ellos. Sigamos ahora haz la configuración electrónica de los elementos de los grupos 1 y 2, puedes excluír el francio y el radio.

-Vale, una cosa ¿Qué hago con el hidrógeno?

-¿A qué te refieres?

-¿No debería estar encima de los elementos del grupo 1?

-Acabas de tocar una cuestión interesante. Podemos pensar en colocar el hidrógeno en el grupo 1, porque tiene un electrón el la ultima capa en un orbital 1s y forma iones 1+. Pero todos los elementos de ese grupo son metales y el hidrógeno es un no metal, además no reacciona con el agua, y bueno ... los elementos de ese grupo digamos que tirarlos al agua es muy divertido.

-¿Entonces dónde lo coloco?

-Otro sitio posible es el grupo 17 de los halógenos porque es un no metal y forma moléculas diatómicas al igual que estos elementos. Y comparativamente es poco reactivo, esos elementos, especialmente el flúor son muy reactivos. Además la manera de reaccionar es distinta ... Entonces le hicieron una posición toda para el en el medio de la tabla periódica.

-Vale ya lo entiendo.

-Bien ahora haz la configuración electrónica y el diagrama de los elementos de los grupos 1 y 2.

-Ya lo tengo.

-Bien, enséñamelas.


Configuración electrónica de los elementos del grupo 1


Configuración electrónica de los elementos del grupo 2
-Bien, ahora llegó el momento de sacar conclusiones.

-Vale - Dijo Elena

-¿Qué observas al descender en un grupo?

-Que aumenta el número de capas y el número de electrones, aunque el número de electrones en la última capa se mantiene constante.

-Bien, pues resulta que como as dicho al descender en un grupo, aumenta el número de capas y de electrones, si a una cebolla le vas añadiendo capas se hace más grande, por lo tanto ese es el motivo por el que al desdender en un grupo aumenta el volumen atómico ¿Qué observas al avanzar en un período?


-Que el número de capas se mantiene constante pero el número de electrones que hay en cada capa aumenta.
-Bien, como sabes los electrones tienen carga negativa y están en la corteza, y en el núcleo hay protones que tienen carga positiva. Las cargas de distinto signo se atraen. Los electrones son atraídos por el núcleo pero no todos son atraídos por igual. Como has dicho al avanzar en un grupo el número de electrones aumenta y al aumentar los electrones son menos atraídos, lo que te voy a decir no es muy técnico, pero "Cuantos más electrones hay en un átomo, menos son atraídos por el núcleo, porque al núcleo le cuesta más tenerlos atraídos a todos, y por lo tanto se separan de este tanto como la atracción que este ejerce sobre ellos les permite". Por lo tanto se puede decir que al avanzar en un grupo disminuye el volumen atómico.
-Vale ya lo entendí, gracias.
-El ejercicio que acabas de hacer, no lo pierdas, te servirá para entender muchas cosas de química en el futuro. Si sigues con ella claro. Es un buen ejercicio.
-Vale, me voy a estudiar sociales, que ya estudié física y química.
-Pues ahí poco te puedo ayudar, me voy a hacer unas cosas que tengo que hacer.
-Vale - contestó Elena


Descubrirlaquimica. Estudiante de química en la USC


Actualizado 24/Agosto/2016




Este artículo participa en la XLIII edición del carnaval de la química alojado en el blog La ciencia de la vida




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