Principio de exclusión de Pauli

En un orbital puede existir hasta dos electrones de spin opuesto; motivo por el cual no es posible la existencia de dos electrones en el mismo átomo que tengan los cuatro números cuánticos iguales.

Principio de máxima multiplicidad o regla de Hund

Dentro de un subnivel, los primeros electrones ocupan orbitales separados y tienen spines paralelos, ya que los electrones entran de uno en uno en los orbitales que contienen la misma energía.

Posteriormente, cuando los orbitales del subnivel se completan con un electrón, entonces cada orbital pasa a saturarse al recibir otro electrón con spin negativo. Este proceso se lleva a cabo de manera ordenada.

Configuración de Kernel

* Determina la configuración electrónica de Kernel de cualquier elemento químico descargando tu muestra gratuita del modelo Regla de Estructuras Electrónicas.

La configuración de Kernel, cuyo objetivo consiste en determinar la configuración electrónica o el diagrama energético de un elemento a partir de un gas noble, es una técnica de abreviación para ambos cálculos correspondientes a elementos químicos cuyo número atómico es demasiado grande.

Observación:

Los gases nobles a través de toda la REE están identificados por el color amarillo.

 

Procedimiento de cálculo de las configuraciones electrónicas

1. Consulta el símbolo o el número atómico del elemento del cual deseas calcular su configuración de Kernel(El símbolo o el número atómico lo puedes consultar en la tabla periódica de los elementos químicos o en la Tabla de Propiedades Térmicas)

2. Consultando la REE, identifica el elemento químico del cual deseas calcular su configuración de Kernel a través de su símbolo o número atómico correspondiente.

3. Busca el gas noble (amarillo) más cercano a la izquierda del elemento. El gas noble debe de ser de menor número atómico que el del elemento del cual se desea su configuración de Kernel.

4. Determina la configuración de Kernel del elemento químico al anotar primeramente el símbolo del gas noble elegido. Partiendo de dicho símbolo, anota el número y el tipo de orbital que continúan a la derecha del gas noble hasta concluir en el electrón diferencial correspondiente del elemento químico del cual se esta calculando su estructura electrónica.

Ejemplo:

Cloro: Cl«17»

Configuración de Kernel: [Ne] , 3s2,3p5

Plata: Ag«47»

Configuración de Kernel: [Kr] , 5s2,4d9

Plutonio: Pu«94»

Configuración de Kernel: [Rn] , 7s2,5f6

EL PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI:

La configuración electrónica de átomos formados por más de un electrón se construye por el principio de Pauli. El mismo establece que dos electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos. Si dos electrones en un átomo deben tener los mismos valores de n, l y ml (es decir estos dos electrones están en el mismo orbital atómico), entonces deben tener diferentes valores de ms. Enunciando de otra forma el principio: sólo dos electrones pueden existir en el mismo orbital atómico, y estos electrones deben tener espines opuestos. Consideremos el átomo de helio que tiene dos electrones; las tres posibles maneras de colocar los dos electrones en el orbital 1s son:

Los diagramas a) y b) están prohibidos por el principio de exclusión de Pauli. En el diagrama a), ambos electrones tienen el espín hacia arriba y tendrán los mismos números cuánticos (1, 0, 0, +1/2); en el b) ambos electrones tienen el espín hacia abajo y tendrán los números cuánticos (1, 0, 0, -1/2). Sólo la configuración c) es físicamente aceptable, porque un electrón tienen los números cuánticos (1, 0, 0, +1/2) y el otro tienen (1, 0, 0, -1/2). Así es que el átomo de helio tiene la siguiente configuración:

Diagrama de kernel

El Kernel es una manera de abreviar las configuraciones electrónicas. Se usan los símbolos de los gases nobles entre corchetes, por ejemplo si tienes la configuración del Aluminio 1S2, 2S2, 2P6 3S2 3P1, en vez de escribir todo eso, escribes el Kernel del gas noble anterior a ese grupo, en este caso el Neón, por lo que quedaría [Ne] 3S2 3P1. El Kernel [Ne] indica que ahi va la configuración electrónica del neón (1S2, 2S2, 2P6), y asi continúas con los elementos de los siguientes grupos, para que no tengas que escribir toooooda la configuración electrónica

PRINCIPIO DE MAXIMA MULTIPLICIDAD ( REGLA DE HUND )

Si dos o más electrones de un mismo átomo tienen los mismos valores en sus números cuánticos principales ( n ) y en sus números cuánticos secundarios ( l ) , entonces tendrán iguales valores de spin ( s ) siempre y cuando no se trasgreda el principio de exclusión (de Pauli).

Para aquellos que no pueden entender tanta palabrería pueden tomarlo así:

El principio del microbús (guagua, micro, bus o algún otro nombre que tenga el transporte colectivo en tu país)

Las personas (electrones) que se suban a un microbús (nº cuántico principal) tienden a sentarse en los asientos desocupados (nº cuántico magnético) de la fila más cercana a la puerta (nº cuántico secundario) antes que sentarse más al final, compartir un asiento (nº cuántico spin = +1/2), o subirse a otro microbús.

Los sólidos se forman cuando las fuerzas de atracción entre moléculas individuales son mayores que la energía que causa que se separen. Las moléculas individuales se encierran en su posición y se quedan en su lugar sin poder moverse. Aunque los átomos y moléculas de los sólidos se mantienen en movimiento, el movimiento se limita a una energía vibracional y las moléculas individuales se matienen fijas en su lugar y vibran unas al lado de otras. A medida que la temperatura de un sólido aumenta, la cantidad de vibración aumenta, pero el sólido mantiene su forma y volumen ya que las moléculas están encerradas en su lugar y no interactúan entre sí. Para ver un ejemplo de esto, pulsar en la siguiente animación que muestra la estructura molecular de los cristales de hielo.

Materia sólida - hielo

Una simulación del movimiento molecular dentro de un cristal de hielo.

(Flash required)

Los líquidos se forman cuando la energía (usualmente en forma de calor) de un sistema aumenta y la estructura rígida del estado sólido se rompe. Aunque en los líquidos las moléculas pueden moverse y chocar entre sí, se mantienen relativamente cerca, como los sólidos. Usualmente, en los líquidos las fuerzas intermoleculares (tales como los lazos de hidrógeno que se muestran en la siguiente animación) unen las moléculas que seguidamente se rompen. A medidaa can que la temperatura de un líquido aumenta, l tidad de movimiento de las moléculas individuales también aumenta. Como resultado, los líquidos pueden “circular” para tomar la forma de su contenedor pero no pueden ser fácilmente comprimidas porque las moléculas ya están muy unidas. Por consiguiente, los líquidos tienen una forma indefinida, pero un volumen definido. En el ejemplo de animación siguiente, vemos que el agua líquida está formada de moléculas que pueden circular libremente, pero que sin embargo, se mantienen cerca una de otra.

Materia líquida - agua

Una simulación del movimiento molecular dentro del agua líquida.

(Flash required)

©Corel Corporation

Los gases se forman cuando la energía de un sistema excede todas las fuerzas de atracción entre moléculas. Así, las moléculas de gas interactúan poco, ocasionalmente chocándose. En el estado gaseoso, las moléculas se mueven rápidamente y son libres de circular en cualquier dirección, extendiéndose en largas distancias. A medida que la temperatura aumenta, la cantidad de movimiento de las moléculas individuales aumenta. Los gases se expanden para llenar sus contenedores y tienen una densidad baja. Debido a que las moléculas individuales están ampliamente separadas y pueden circular libremente en el estado gaseoso, los gases pueden ser fácilmente comprimidos y pueden tener una forma indefinida.

Materia gaseosa - vapor

Una simulación del comportamiento de las moléculas de agua, convirtiéndose en estado gaseoso.

(Flash required)

Los sólidos, líquidos y gases son los estados más comunes de la materia que existen en nuestro planeta. Si quiere comparar los tres estados, pulse en la siguiente comparación animada . Note las diferencias del movimiento molecular de las moléculas de agua en estos tres estados.

Sólido-Líquido- Comparación de Gas

Los plasmas son gases calientes e ionizados. Los plasmas se forman bajo condiciones de extremadamente alta energía, tan alta, en realidad, que las moléculas se separan violentamente y sólo existen átomos sueltos. Más sorprendente aún, los plasmas tienen tanta energía que los electrones exteriores son violentamente separados de los átomos individuales, formando así un gas de iones altamente cargados y energéticos. Debido a que los átomos en los plasma existen como iones cargados, los plasmas se comportan de manera diferente que los gases y forman el cuarto estado de la materia. Los plasmas pueden ser percibidos simplemente al mirar para arriba; las condiciones de alta energía que existen en las estrellas, tales como el sol, empujan a los átomos individuales al estado de plasma.

Como hemos visto, el aumento de energía lleva a mayor movimiento molecular. A la inversa, la energía que disminuye lleva a menor movimiento molecular. Como resultado, una predicción de la Teoría Kinética Molecular es que si se disminuye la energía (medida como temperatura) de una sustancia, llegaremos a un punto en que todo el movimiento molecular se detiene. La temperatura en la cual el movimiento molecular se detiene se llama cero absoluto y se calcula que es de -273.15 grados Celsius. Aunque los científicos han enfríado sustancias hasta llegar cerca del cero absoluto, nunca han podido llegar a esta temperatura. La dificultad en observar una sustancia a una temperatura de cero absoluto es que para poder “ver” la sustancia se necesita luz y la luz transfiere energía a la sustancia, lo cual eleva la temperatura. A pesar de estos desafíos, los científicos han observado, recientemente, un quinto estado de la materia que sólo existe a temperaturas muy cercanas al cero absoluto.

©Corel Corporation

©NASA/JPL/Caltech

Los Condensados Bose-Einstein representan un quinto estado de la materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfríados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En este extraño estado, todos los átomos de los condensados alcanzan el mismo estado mecánico-quantum y pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. Aún más extraño es que los condensados B-E pueden “atrapar” luz, para después soltarla cuando el estado se rompe.

También han sido descritos o vistos varios otros estados de la materia menos comunes. Algunos de estos estados incluyen cristales líquidos, condensados fermiónicos, superfluídos, supersólidos y el correctamente denominado "extraña materia". Para leer más sobre estas fases, visite la página Phase (Fase) de la Wikipedia, cuyo enlace se encuentra en la sección Para Seguir Explorando.