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El átomo polielectrónico

Publicado por Ángeles Méndez

Cuando hablamos de átomos polielectrónicos, nos referimos a átomos que cuentan con más de un electrón.
En el modelo el del átomo polielectrónico, los electrones se encuentran distribuidos en los orbitales del átomo según el principio de Aufbau (construcción progresiva). Esta sencilla idea propone que, cuando todos los electrones de un átomo están en el estado basal, ocupan los orbitales de más baja energía, con lo que minimizan la energía electrónica total del átomo. Así, la configuración de un átomo puede describirse con sólo agregar electrones uno por uno hasta llegar al número total requerido para el elemento.

Antes de comenzar a construir configuraciones electrónicas, hay otra regla que debemos considerar: el principio de exclusión de Pauli. Según dicha regla, en un átomo no puede haber dos electrones que tengan sus cuatro números cuánticos idénticos. Así, sólo puede haber un orbital con cada conjunto de tres números cuánticos en un átomo, y cada orbital sólo puede contener dos electrones, uno con ms = + ½ y el otro con ms = -1/2.

Así, debemos hablar del llenado de los orbitales s. La configuración más sencilla es la del átomo de hidrógeno. Según el principio de Aufbau, el electrón solitario se encontrará en el orbital 1 s. Esta configuración es el estado basal del átomo de hidrógeno. La adición de energía elevaría el electrón a uno de los muchos estados energéticos superiores. Estas configuraciones se conocen como estados excitados. En el diagrama del estado basal del átomo de hidrógeno usamos una flecha con media cabeza para indicar la dirección del espín electrónico. La configuración electrónica se escribe 1s1; el superíndice 1 indica el número de electrones que hay en ese orbital.

Con un átomo de dos electrones (helio), se puede escoger: el segundo electrón podría entrar en el orbital 1s o en el siguiente orbital con mayor energía, el 2s. Aunque podría parecer obvio que el segundo electrón entraría en el orbital 1s, la cosa no es tan simple. Si el segundo electrón entrara en el orbital 1s, estaría ocupando el mismo volumen de espacio que el electrón que ya está en ese orbital. Las repulsiones electrostáticas tan fuertes disuadirán al electrón de ocupar el mismo orbital. En el caso del helio, la separación de energía entre los orbitales 1s y 2s es de cerca de 4 MJ.mol-1, mientras que la energía de apareamiento, la energía necesaria para vencer las fuerzas de repulsión interelectrónicas, es de unos 3 MJ.mol-1. Por lo tanto, la configuración real es la de 1s2, aunque debemos hacer hincapié en que los electrones sólo se aparean en el mismo orbital si el apareamiento es la opción que requiere menor energía.

En el átomo de litio el orbital 1s se llena con dos electrones, y el tercer electrón debe entrar en el siguiente orbital el 2s, que de los restantes es el de menos energía. Así el litio tiene la configuración 1s 22s1. Puesto que la separación energética de un orbital s y los orbitales p correspondientes siempre es mayor que la energía de apareamiento en un átomo polielectrónico, la configuración electrónica del berilio sería de 1s 22s2, y no 1s2 2s1 2p1.

El boro marca el inicio del llenado de los orbitales 2p. Un átomo de boro tiene una configuración de 1s2 2s2 2p1. Puesto que los orbitales p están degenerados, es decir, todos poseen la misma energía, es imposible decidir cuán de los tres orbitales contiene el electrón.

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