¿Qué es la configuración de SPDF?

Question

Recientemente en mis clases de química, el profesor habló sobre la configuración SPDF y luego dijo que nos enseñarán sobre eso en clases superiores.

Pero tengo curiosidad por saber qué es la configuración SPDF y si hay algo así como - ¿obtener la configuración electrónica en formato SPDF?

Answer 1

Los orbitales s, p, d, f y así sucesivamente son los nombres dados a los orbitales que contienen los electrones en los átomos. Estos orbitales tienen formas diferentes (por ejemplo, distribuciones de densidad electrónica en el espacio) y energías (por ejemplo, 1s tiene menos energía que 2s, que tiene menos energía que 3s; 2s tiene menos energía que 2p).

(fuente de la imagen)

Así, por ejemplo,

• un átomo de hidrógeno con un electrón sería denotado como $\ce{1s^1}$ - tiene un electrón en su orbital 1s
• un átomo de litio con 3 electrones sería $\ce{1s^2~2s^1}$
• el flúor tiene 9 electrones, que serían $\ce{1s^2~2s^2~2p^5}$

Nuevamente, al leer de izquierda a derecha, la energía del orbital aumenta y el superíndice muestra el número de electrones en el orbital. Puedes leer más aquí.

Answer 2

Por configuración SPDF, se refería a la configuración orbital. Ahora, la base de este concepto es de una formulación muy fundamental de química cuántica, pero no creo que necesites saber eso ahora (generalmente se enseña en el 4 ° año de la carrera universitaria o en el 1er año de estudios de posgrado en disciplinas de Ingeniería, pero no estoy seguro sobre disciplinas de ciencias puras). Sin embargo, me gustaría pensar en esto desde una perspectiva diferente. ¿Estás familiarizado con los números cuánticos? Hay 4 números cuánticos diferentes:

1. Número cuántico principal (esto es como la ciudad en la que vives). Hay muchos electrones en un átomo. Ahora, si queremos distinguir entre esos electrones, entonces necesitamos nombrarlos o debería haber algo para distinguirlos. Imagina que vives en un estado circular y las ciudades tienen nombres según el radio que tienen. Como sector 1 es la ciudad que tiene un radio medio de 1 unidad, y así sucesivamente. Con el número cuántico principal, en realidad nos referimos a que la probabilidad de encontrar ese electrón es alta dentro de ese radio en particular. Se nombra como n=1, 2, 3...

2. Número cuántico azimutal: esto es como el edificio en el que vives. Si estás viviendo en una ciudad que es muy pequeña y tiene solo un edificio, entonces no necesitas especificar cada edificio de esa ciudad de manera diferente. Por ejemplo, para n=1, l=0 (aquí l=número cuántico azimutal/número del edificio) pero si n=3, entonces l=0 a (n-1), eso significa que en la ciudad del Sector 3 hay 3 edificios con los nombres 0, 1 y 2.

3. Número cuántico magnético: esto es como el número de apartamento en ese edificio. m=0 a (+/-)l. Entonces, si estás viviendo en el edificio número 3, puedes vivir en el apartamento -3, -2, -1, 0, 1, 2 o 3.

4. Número cuántico de espín: cada apartamento tiene dos habitaciones (habitación A y habitación B) (este es en realidad el caso de Hartree-Fock no restringido), pero si estás viviendo con tu cónyuge, puedes tener una habitación grande al romper la pared entre esas dos habitaciones (solo habitación A o caso restringido de Hartree-Fock).

Ahora, el nombre del edificio puede ser reformulado como orbital spdf. Si estás viviendo en el edificio número 0, significa que estás viviendo en el orbital s. De manera similar, el
edificio número 1= orbital p
edificio número 2= orbital d
edificio número 3= orbital f
Entonces, en tu edificio número 0 (orbital s),
número total de habitaciones = 1 apartamento * 2 habitaciones/apartamento = 2 habitaciones o 2 electrones
En el edificio número 1 (orbital p),
número total de electrones/habitación = 3 apartamentos * 2 habitaciones/apartamento = 6 habitaciones o 6 electrones

Ahora, si quieres saber más, puedes leer:

• Regla de Hund
• Principio de exclusión de Pauli
• Principio de Aufbau

Pero todos son teorías superficiales, pueden decir qué está sucediendo pero no pueden decir por qué. Sin embargo, el método de química cuántica te dará una comprensión matemática de por qué hay 2 habitaciones/apartamento o por qué el edificio 2 tiene 5 apartamentos, etc.

Answer 3

En primer lugar, debo apreciar tu entusiasmo por aprender cosas nuevas (aunque dificulta la explicación). Haré mi mejor esfuerzo para explicar de una manera que puedas entender.

Es posible que te hayan enseñado sobre el orden de llenado de electrones como: 2 electrones en la capa K, 8 electrones en la capa L y así sucesivamente. Sin embargo, eso solo funciona hasta cierto nivel.

Es un hecho que cada capa en sí misma está compuesta por subcapas (experimentos que involucran espectros han demostrado esto). El número de subcapas que tiene cada capa depende del número de la capa (como la 1ª capa, la 2ª capa; también conocido como número cuántico principal). Estas subcapas se llaman s, p, d o f. La subcapa s puede contener 2 electrones, la subcapa p puede contener un máximo de 6 electrones, la subcapa d puede contener un máximo de 10 electrones y la subcapa f puede contener un máximo de 14 electrones. La primera capa tiene solo un orbital s, por lo que se llama 1s. Dado que puede tener uno o dos electrones, se llama $1s^1$ y $1s^2$ respectivamente. También son las respectivas configuraciones "SPDF" de hidrógeno y helio. De esta manera, considerarías la configuración electrónica de oxígeno como $1s^22s^22p^4$.

Otro punto importante a tener en cuenta es que el llenado de electrones en las subcapas no se llena en realidad de menos a más. Existe una regla especial llamada principio de aufbau (palabra alemana que significa 'construcción'). Aquí tienes una representación diagramática del principio de aufbau:

De hecho, esta es la forma real de escribir configuraciones electrónicas. Las escuelas enseñan a las clases primarias el método de 'configuración-por-capa' simplemente porque es más fácil y generalmente no se encuentran con genios como tú. Ahora, creo que puedes entender mucho mejor la configuración 'SPDF'.

Answer 4

Sí. Es bueno saber.
Donde la probabilidad de encontrar un electrón es máxima se conoce como orbital. El primer nivel contiene orbital s en el cual pueden llenarse dos electrones. El segundo nivel contiene orbitales s y p, el orbital p puede tener un máximo de 6 electrones. El tercer nivel contiene orbitales S, p y d, el orbital d puede tener un máximo de 10 electrones. El cuarto nivel contiene orbitales s, p, d y f, el orbital f puede tener un máximo de 14 electrones.
El orbital p tiene forma de balón de pesas, contiene subnivel conocido como p_x que se encuentra en el eje x, p_y que se encuentra en el eje y y p_z que se encuentra en el eje z. El orbital d tiene forma de doble balón de pesas, contiene subniveles conocidos como d_xy que se encuentra entre los ejes x e y, d_yz que se encuentra entre los ejes y y z, d_zx que se encuentra entre los ejes z y x, d_x²-y² que se encuentra en los ejes x e y, y finalmente d_z² que se encuentra en el eje z.
Aquí están las imágenes de subnivel

Answer 5

Se refieren a los números cuánticos secundarios (L):

El S tiene una órbita que contiene 2 electrones El P tiene tres órbitas, lo que significa 2×3=6 electrones D tiene cinco órbitas, 2×5=10 electrones F tiene siete órbitas, 2×7=14 electrones