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Reglas de las diagonales

Configuración electrónica

Reglas diagonales (configuración electrónica)

Definición:
La regla diagonal es un principio de construcción que permite describir la configuración electrónica de un átomo o ión, según la energía de cada nivel orbital o energético. En este sentido, la distribución electrónica de cada átomo es única y viene dada por los números cuánticos.

Estos números definen el espacio donde es más probable que se encuentren los electrones (llamados orbitales atómicos) y, además, los describen. Cada número cuántico está relacionado con una propiedad de los orbitales atómicos, que ayuda a comprender las características de los sistemas atómicos por la disposición de sus electrones dentro del átomo y en sus energías.

De la misma manera, la regla de las diagonales (también conocida como Regla de Madelung) se basa en otros principios que obedecen a la naturaleza de los electrones, con el fin de describir correctamente su comportamiento dentro de las especies químicas.

¿Para qué sirven las reglas de la diagonales?

Este procedimiento se basa en el principio de Aufbau, que establece que en el proceso de integración de los protones en el núcleo (uno a la vez), cuando se constituyen los elementos químicos, los electrones se añaden por igual a las órbitas atómicas.

Esto significa que cuando un átomo o ión está en su estado fundamental, los electrones ocupan los espacios disponibles de las órbitas atómicas de acuerdo con su nivel de energía.

Al ocupar las órbitas, los electrones se colocan primero en los niveles que tienen menos energía y están desocupados, y luego en los niveles más altos de energía.

Configuraciones electrónicas de especies químicas

De la misma manera, esta regla se utiliza para obtener una comprensión muy precisa de las configuraciones electrónicas de las especies químicas elementales, es decir, de los elementos químicos cuando se encuentran en el estado fundamental. Así, adquiriendo una comprensión de las configuraciones que los electrones presentan dentro de los átomos, se pueden entender las propiedades de los elementos químicos.

La adquisición de estos conocimientos es fundamental para la deducción o predicción de estas propiedades.

¿En qué consiste las reglas de las diagonales?

Aunque esta regla se aplica sólo a los átomos que están en su estado fundamental, funciona muy bien para los elementos de la tabla periódica.

Se obedece el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos electrones que pertenecen al mismo átomo son incapaces de poseer los cuatro números cuánticos iguales. Estos cuatro números cuánticos describen cada uno de los electrones que están en el átomo. Así, el número cuántico principal (n) define el nivel de energía (o capa) en el que el electrón estudiado y el número cuántico azimutal (ℓ) está relacionado con el momento angular y la forma orbital detallada.

De manera similar, el número cuántico magnético (ml) expresa la orientación que tiene el espacio orbital y el número cuántico de espín (ms) describe la dirección de rotación de los electrones que tienen el retorno de su propio eje. Además, la regla de Hund’s establece que la configuración electrónica que exhibe la mayor estabilidad en un subnivel se considera que tiene la mayor cantidad de giros en posiciones paralelas.

Obedeciendo estos principios, se determinó que la distribución de los electrones obedecía al diagrama que se muestra a continuación:

En esta imagen los valores de n corresponden a 1, 2, 3, 4…, según el nivel de energía; y los valores de ℓ están representados por 0, 1, 2, 3…, que son equivalentes a s, p, d y f, respectivamente. Por lo tanto, el estado de los electrones en los orbitales depende de estos números cuánticos.

Ejemplos de las reglas de las diagonales

Teniendo en cuenta la descripción de este procedimiento, a continuación se ofrecen algunos ejemplos para su aplicación.

En primer lugar, para obtener la distribución electrónica del potasio (K), es necesario conocer su número atómico, que es 19; es decir, el átomo de potasio tiene 19 protones en su núcleo y 19 electrones. Según el diagrama, su configuración se da como 1s22s22s22p63s23p64s1.

Las configuraciones electrónicas de átomos (que tienen más de un electrón en su estructura) también se expresan como las configuraciones del átomo de gas noble más los electrones que siguen.

Por ejemplo, en el caso del potasio, también se expresa como [Aire] 4s1, porque el gas noble que precede al potasio en la tabla periódica es el argón.

Otro ejemplo, pero en este caso es un metal de transición, es el mercurio (Hg) que tiene 80 electrones y 80 protones en su núcleo (Z = 80). Según el esquema constructivo, su configuración electrónica completa es:

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d10.

Al igual que el potasio, la configuración de mercurio puede expresarse como [Xe] 4f145d106s2, porque el gas noble que le precede en la tabla periódica es el xenón.

Excepciones de las reglas de las diagonales

La regla de las diagonales está diseñada para ser aplicada sólo a los átomos que están en un estado fundamental y con una carga eléctrica igual a cero; es decir, que encaja muy bien con los elementos de la tabla periódica.

Sin embargo, hay algunas excepciones para las que existen desviaciones importantes entre la supuesta distribución electrónica y los resultados experimentales.

Esta regla se basa en la distribución de los electrones que se localizan en los subniveles obedeciendo + ℓ n, lo que implica que los orbitales de una magnitud de n + pequeño ℓ se rellenan antes que los que muestran mayor magnitud de este parámetro. Como excepciones, se presentan los elementos paladio, cromo y cobre, de los cuales se proporcionan configuraciones electrónicas que no concuerdan con lo observado.

Bajo esta regla, el paladio debe tener una distribución electrónica igual a 5s24d8 [Kr], pero los experimentos mostraron un igual a [Kr] 4d10, indicando que la configuración más estable de este átomo ocurre cuando el sub-pelo 4d está lleno; es decir, tiene una energía menor en este caso. Del mismo modo, el átomo de cromo debe tener la siguiente distribución electrónica: Aire] 4s23d4. Sin embargo, se obtuvo experimentalmente que este átomo adquiere la configuración [Air] 4s13d5, lo que implica que el estado de menor energía (más estable) ocurre cuando ambas subcapas están parcialmente llenas.