Boro (B) configuración electrónica y diagrama de orbitales

El boro es el quinto elemento de la tabla periódica y su símbolo es la "B". El número total de electrones del boro es de cinco. Estos electrones están dispuestos según reglas específicas de diferentes órbitas. La disposición de los electrones en las diferentes órbitas y orbitales de un átomo en un orden determinado se denomina configuración electrónica. La configuración electrónica del átomo de boro puede realizarse de dos maneras.

• Configuración electrónica a través del orbital (principio de Bohr)
• Configuración electrónica a través de orbitales (principio de Aufbau)

La configuración electrónica a través de orbitales sigue diferentes principios. Por ejemplo, el principio de Aufbau, el principio de Hund y el principio de exclusión de Pauli. Este artículo da una idea sobre la configuración electrónica y el diagrama de orbitales, el período y los grupos, la valencia y los electrones de valencia del boro, y la aplicación de los diferentes principios.

La configuración electrónica del boro a través del orbital

El científico Niels Bohr fue el primero en dar una idea de la órbita del átomo. Proporcionó un modelo del átomo en 1913. Allí se da la idea completa de la órbita. Los electrones del átomo giran alrededor del núcleo en una determinada trayectoria circular. Estas trayectorias circulares se denominan órbita(cáscara). Estas órbitas se expresan por n. [n = 1,2,3,4 . . . el número de serie de la órbita].

K es el nombre de la primera órbita, L es la segunda, M es la tercera, N es el nombre de la cuarta órbita. La capacidad de retención de electrones de cada órbita es 2n².

Por ejemplo:

n = 1 para la órbita K.
La capacidad de retención de electrones de la órbita K es 2n² = 2 × 1² = 2 electrones.
Para la órbita L, n = 2.
La capacidad de retención de electrones de la órbita L es 2n² = 2 × 2² = 8 electrones.
Para la órbita M, n=3.
La capacidad máxima de retención de electrones en la órbita M es de 2n² = 2 × 3² = 18 electrones.
n=4 para la órbita N.
La capacidad máxima de retención de electrones en la órbita N es de 2n² = 2 × 4² = 32 electrones.

Por lo tanto, la capacidad máxima de retención de electrones en la primera corteza es de dos, la segunda es de ocho y la tercera puede tener un máximo de dieciocho electrones. El número atómico es el número de electrones de ese elemento.

El número atómico del boro es 5. Es decir, el número de electrones del boro es 5. Por tanto, un átomo de boro tendrá dos electrones en la primera corteza y tres en la segunda. Por lo tanto, el orden del número de electrones en cada capa del átomo de boro(B) es 2, 3.

Los electrones pueden disponerse correctamente a través de las órbitas de los elementos 1 a 18. La configuración electrónica de un elemento con un número atómico superior a 18 no puede determinarse correctamente según el modelo atómico de Bohr. La configuración electrónica de todos los elementos puede realizarse mediante el diagrama de orbitales.

Configuración electrónica del átomo de boro a través de orbitales

Los niveles de energía atómica se subdividen en subniveles energéticos. Estos niveles subenergéticos se denominan orbitales. Los subniveles energéticos se expresan mediante 'l'. El valor de 'l' va de 0 a (n - 1). Los niveles subenergéticos se conocen como s, p, d, f. La determinación del valor de 'l' para los diferentes niveles de energía es:

Si n = 1
(n - 1) = (1-1) = 0
Por lo tanto, el número orbital de 'l' es 1; Y el orbital es 1s.
Si n = 2
(n - 1) = (2-1) = 1.
Por lo tanto, el número orbital de 'l' es 2; Y el orbital es 2s, 2p.
Si n = 3
(n - 1) = (3-1) = 2.
Por lo tanto, el número orbital de 'l' es 3; Y el orbital es 3s, 3p, 3d.
Si n = 4
(n - 1) = (4-1) = 3
Por lo tanto, el número orbital de 'l' es 4; Y el orbital es 4s, 4p, 4d, 4f.
Si n = 5
(n - 1) = (n - 5) = 4.

Por lo tanto, l = 0,1,2,3,4. El número de orbitales será 5 pero 4s, 4p, 4d, 4f en estos cuatro orbitales es posible disponer los electrones de todos los elementos de la tabla periódica. La capacidad de retención de electrones de estos orbitales es s = 2, p = 6, d = 10 y f = 14. El físico alemán Aufbau propuso por primera vez la idea de la configuración electrónica a través de los suborbitales.

El método de Aufbau consiste en realizar la configuración electrónica a través del nivel subenergético. El principio de Aufbau consiste en que los electrones presentes en el átomo completarán primero el orbital de menor energía y luego continuarán gradualmente hasta completar el orbital de mayor energía. Estos orbitales se denominan s, p, d, f. El método de configuración electrónica de Aufbau es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d.

Los dos primeros electrones del boro entran en el orbital 1s. El orbital s puede tener un máximo de dos electrones. Por lo tanto, los dos siguientes electrones entran en el orbital 2s. El orbital p puede tener un máximo de seis electrones. Por lo tanto, el electrón restante entra en el orbital 2p. Por tanto, la configuración electrónica del boro(B) será 1s² 2s² 2p¹.

¿Cómo escribir el diagrama de orbitales del boro?

Para crear un diagrama de orbitales de un átomo, primero hay que conocer el principio de Hund y el principio de exclusión de Pauli. El principio de Hund consiste en que los electrones que se encuentran en diferentes orbitales con la misma energía se colocan de tal manera que pueden estar en el estado no apareado de número máximo y el espín de los electrones no apareados será unidireccional.

Y el principio de exclusión de Pauli es que el valor de los cuatro números cuánticos de dos electrones en un átomo no puede ser el mismo. Para escribir el diagrama de orbitales del boro(B), hay que hacer la configuración electrónica del boro. Lo cual se ha discutido en detalle anteriormente.

El 1s es el orbital más cercano y de menor energía al núcleo. Por lo tanto, el electrón entrará primero en el orbital 1s. Según el principio de Hund, el primer electrón entrará en el sentido de las agujas del reloj y el siguiente electrón entrará en el orbital 1s en el sentido contrario.

El orbital 1s se llena ahora con dos electrones. A continuación, los siguientes dos electrones entrarán en el orbital 2s igual que en el orbital 1s. El orbital 2s está ahora lleno. Entonces el electrón restante entrará en el orbital 2p en el sentido de las agujas del reloj. Esto se muestra claramente en la figura del diagrama de orbitales del boro.

Configuración electrónica del boro en estado de excitación

Los átomos pueden saltar de un orbital a otro en un estado excitado. Esto se llama salto cuántico. La configuración electrónica del boro en estado básico es 1s² 2s² 2p¹.  El orbital p tiene tres sub-orbitales. Los suborbitales son p_x, p_y, y p_z. Cada suborbital puede tener un máximo de dos electrones. En la configuración electrónica del boro en estado básico, un electrón del orbital 3p se encuentra en el suborbital p_x.

Entonces la configuración electrónica correcta del boro en el estado básico será 1s² 2s² 2p_x¹. La valencia de un elemento viene determinada por la configuración electrónica en el estado excitado. Cuando el átomo de boro está excitado, entonces el átomo de boro absorbe energía.

Como resultado, un electrón en el orbital 2s salta al suborbital 2p_y. Por lo tanto, la configuración electrónica del boro(B*) en estado excitado será 1s² 2s¹ 2p_x¹ 2p_y¹. Aquí, el boro tiene tres electrones no apareados. Por lo tanto, la valencia del boro es 3.

Configuración electrónica del ion boro (B3+)

Después de la configuración electrónica, la última capa del átomo de boro tiene tres electrones. Por lo tanto, los electrones de valencia del boro son tres. Los elementos que tienen 1, 2 ó 3 electrones en la última capa donan los electrones de la última capa durante la formación del enlace.

El átomo de boro dona tres electrones de la última capa para convertirse en un ion boro (B³⁺). Los elementos que forman enlaces donando electrones se denominan catión. El boro deja tres electrones y se convierte en un ion positivo. Por lo tanto, el boro es un elemento catiónico.

B – 3e^– → B³⁺

Aquí, la configuración electrónica del ion boro (B³⁺) es 1s². Esta configuración electrónica muestra que el ion boro (B³⁺) adquirió la configuración electrónica del helio y alcanza una configuración electrónica estable.

Determinación del grupo y del periodo a través de la configuración electrónica

La última órbita de un elemento es el período de ese elemento. La configuración electrónica del átomo de boro muestra que la última órbita del átomo de boro es 2. Por tanto, el periodo del boro es 2.

Por otra parte, el número de electrones presentes en la última órbita de un elemento es el número de grupos de ese elemento. Pero en el caso de los elementos del bloque p, el diagnóstico de grupo es diferente.

Para determinar el grupo de los elementos del bloque p, hay que determinar el grupo sumando 10 al número total de electrones de la última órbita. Es decir, el número de grupo del boro es 3 + 10 = 13. Por lo tanto, podemos decir que el periodo del elemento boro es 2 y el grupo es 13.

Determinación del bloque del boro por la configuración electrónica

Si el último electrón entra en el orbital p después de la configuración electrónica del elemento, entonces ese elemento se llama elemento de bloque p. La configuración electrónica muestra que el último electrón del boro entra en el orbital p. Por lo tanto, el boro es el elemento de bloque p.

Enlace químico del boro

Propiedades covalentes del átomo de boro

El elemento del grupo-13 es el boro(B). El ion de un átomo de boro es muy pequeño. Cuando el boro dona tres electrones y se convierte en un ion B³⁺, el valor del radio iónico es muy bajo. El catión es mucho más pequeño que el tamaño de la carga positiva del núcleo.

En este caso, especialmente en el caso del BCl₃, aumenta la tendencia del ion Cl^– a atraer electrones. El enlace B-Cl crea más polaridad. Como resultado, las propiedades covalentes se revelan en los enlaces iónicos.

Enlaces iónicos del boro

Los átomos de boro forman enlaces iónicos intercambiando electrones con los átomos de cloro. La configuración electrónica del boro indica que la última órbita de un átomo de boro tiene tres electrones. El átomo de boro quiere ser estable como un elemento inerte dejando tres electrones en su última órbita.
Por otro lado, la última órbita del átomo de cloro tiene siete electrones. El átomo de cloro quiere ser estable aceptando un electrón en su última órbita. Así, tres electrones de la última órbita del átomo de boro se donan al átomo de cloro. Ambos llegan a un estado estable donando electrones. Un átomo de boro y tres átomos de cloro intercambian electrones para formar el compuesto tricloruro de boro (BCl₃) mediante enlace iónico.

Reacción del oxígeno

El elemento del grupo 13 es el boro. El boro reacciona con el átomo de oxígeno para formar compuestos de óxido.

4B + 3O₂ → 2B₂O₃.

De arriba a abajo del grupo, la acidez del elemento disminuye y la alcalinidad aumenta. El boro es el primer y más importante elemento del grupo 13. Por lo tanto, el óxido del átomo de boro será ácido. Es decir, el trióxido de di-boro (B₂O₃) es un compuesto ácido.

Reacción del nitrógeno

El boro reacciona con el átomo de nitrógeno para formar compuestos de nitruro.

2B + N₂ (heat) → 2BN

Los compuestos de BN y haluro producidos son covalentes y se hidrolizan para formar compuestos de hidruro.

• BN + 3H₂O → B(OH)₃ + NH₃
• BF₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3HF
• BCl₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3HCl
• BBr₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3HBr
• BI₃ + 3H₂O → B(OH)₃ + 3HI

Los compuestos de nitruro de boro se producen cuando el gas N2 de boro se calienta a una temperatura de unos 900 °C.

2B + N₂ (900 ° C) → 2BN.

El nitruro de boro es un elemento sólido muy resbaladizo. El nitruro de boro es una estructura permanente compuesta por numerosas capas de boro y nitrógeno dispuestas en forma hexagonal equilibrada. Su estructura es similar a la del grafito.

Reacción con el halógeno

El elemento del grupo 13 es el boro. Los átomos de boro reaccionan con el halógeno para formar compuestos de haluro.

• 2B + 3F (calor) → 2 BF3
• 2B + 3Cl (calor) → 2 BCl3
• 2B + 3Br (calor) → 2 BBr3
• 2B + 3I (calor) → 2 BI3

Reacción con el agua

Los átomos de boro reaccionan con el agua a 100 ° C para formar compuestos de hidróxido.

2B + 6H₂O (100 ° C) → 2B(OH)₃ + 3H₂

Propiedades del átomo de boro

• El número atómico del boro es 5. El número atómico de un elemento es el número de electrones de ese elemento. Por lo tanto, el número de electrones del boro es 5.
• El peso atómico estándar es [10.806, 10.821]
• El período del elemento boro es 2 y el grupo es 13.
• El valor de la electronegatividad de los átomos de boro es 2,04.
• El radio covalente del átomo de boro es de 84±3 pm.
• El radio atómico del átomo de boro es de 87 pm.
• El radio de van der Waals del átomo de boro es de 192 pm.
• Energías de ionización de los átomos de boro 1º: 800,6 kJ/mol, 2º: 2427,1 kJ/mol. 3º: 3659,7 kJ/mol.
• Los estados de oxidación de los átomos de boro son +3.
• El boro es un elemento del bloque p.
• El punto de fusión de un átomo de boro es de 2349 K (2076 °C, 3769 °F). Y el punto de ebullición es de 4200 K (3927 °C, 7101 °F).
• El valor de adicción de los electrones de los átomos de boro es de -27kj mol -1.
• El número de electrones de valencia y de valencia de un átomo de boro es de 3.
• El boro forma tanto enlaces covalentes como iónicos.
• La energía iónica (E) del átomo de boro es mayor que la del elemento del bloque s.
• Existen 3 electrones en la última órbita del boro.
• El boro se utiliza como semiconductor.
• El boro conduce el calor y es ligeramente conductor de la electricidad.

Conclusión

El número atómico del boro es 5. Por lo tanto, el número de electrones del boro es cinco. El tema principal de este artículo es la configuración electrónica del boro y el diagrama de orbitales. En este artículo se habla del grupo de períodos, la valencia y los electrones de valencia, la formación de compuestos, las propiedades covalentes del boro y las propiedades del átomo de boro.

Preguntas Frecuentes

Referencia:

• Wikipedia
• Haynes, William M., ed. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97th ed.). CRC Press. p. 4.127. ISBN 9781498754293.

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