Litio (Li): Configuración Electrónica y Diagrama de Orbitales

El litio es el tercer elemento de la tabla periódica y su símbolo es "Li". El número total de electrones del litio es de tres. 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 de los electrones del átomo de litio puede hacerse de dos maneras.

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

La configuración de los electrones a través de los 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 de los electrones y el diagrama de orbitales, el período y los grupos, la valencia y los electrones de valencia del litio, y la aplicación de los diferentes principios.

Configuración de los electrones del litio a través de la órbita

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 mediante 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 litio es 3. Es decir, el número de electrones del litio es 3. Por tanto, un átomo de litio tendrá dos electrones en la primera corteza y uno en la segunda. Por lo tanto, el orden del número de electrones en cada capa del átomo de litio (Li) es 2, 1.

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 litio a través de los 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 de los electrones a través de los suborbitales.

El método de Aufbau consiste en realizar la configuración de los electrones 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 litio entran en el orbital 1s. El orbital s puede tener un máximo de dos electrones. Por lo tanto, el electrón restante entra en el orbital 2s. Por tanto, la configuración electrónica del litio(Li) será 1s² 2s¹.

¿Cómo se escribe el diagrama orbital del litio?

Para crear un diagrama orbital 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 orbital del litio(Li), hay que hacer la configuración electrónica del litio. 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. Así que el electrón restante entrará en el orbital 2s en el sentido de las agujas del reloj. Esto se muestra claramente en la figura del diagrama orbital del litio.

Configuración electrónica del ion litio (Li+)

Después de la configuración electrónica, la última capa del átomo de litio tiene un electrón. En este caso, los electrones de valencia del litio son uno, y también la valencia es 1. 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 litio dona un electrón de la última capa para convertirse en un ion de litio (Li+). Los elementos que forman enlaces donando electrones se denominan cationes. El litio deja un electrón y se convierte en un ion positivo. Por lo tanto, el litio es un elemento catiónico.

Li – e^– → Li⁺

Aquí, la configuración electrónica del ion litio (Li⁺) es 1s². Esta configuración electrónica muestra que el ion de litio(Li⁺) adquirió la configuración electrónica del helio y logra una configuración electrónica estable.

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

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

Por otra parte, el número de electrones presentes en la última órbita de un elemento es el número de grupo de ese elemento. Existe un electrón en la última órbita del átomo de litio. Es decir, el número de grupo del litio es 1. Por tanto, podemos decir que el periodo del litio es 2 y el grupo es 1.

Determinación del bloque del litio por la configuración electrónica

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

Los elementos del grupo 1 y 2 son los elementos del bloque s. Y el helio es el elemento del bloque s. Hay 14 elementos del bloque s en los 118 elementos de la tabla periódica.
El litio es un metal alcalino

Los elementos del grupo 1 de la tabla periódica son metales alcalinos. El litio es el elemento del grupo número 1 de la tabla periódica. Por lo tanto, el litio es un metal alcalino. (Excluyendo el único hidrógeno)

Propiedades de oxidación y reducción

El elemento del grupo 1 es el litio. Que es un elemento intensamente reductor. El átomo de litio dona un electrón del orbital s. Y el átomo de litio forma la estructura electrónica del elemento helio.

La intensidad reductora del litio es tan alta que los átomos de litio reducen el hidrógeno para formar compuestos de hidruro de litio.
2Li + H2 → 2LiH

El potencial de ionización del metal alcalino disminuye a medida que se desplaza de arriba a abajo dentro del grupo de las tablas periódicas. Es decir, la capacidad de reducción sigue aumentando.

Así, el litio es un agente reductor débil y el cesio es un agente reductor severo. Pero el litio es el agente reductor más potente entre los metales alcalinos. El potencial de oxidación de los átomos de litio es de +3,04.

Propiedades del litio

• El número atómico del litio es 3. El número atómico de un elemento es el número de electrones de ese elemento. Por lo tanto, el número de electrones del litio es 3.
• El peso atómico estándar del litio es de 6,941.
• El litio es un álcali y un metal intensamente negativo. Sus óxidos e hidróxidos son álcalis fuertes.
• El valor de la electronegatividad de los átomos de litio es comparativamente mucho menor. El valor de la electronegatividad de los átomos de litio es de 0,98.
• El radio covalente del átomo de litio es de 128 ± 7 pm.
• El radio iónico del átomo de litio es de 6,0 × 10 -2 nm.
• Energías de ionización de los átomos de litio E1 = 520 kj/mol, E 2 = 7298 kj/mol, E3 = 11815 kj/mol.
• El radio de van der Waals del átomo de litio es de 182 pm.
• Los estados de oxidación de los átomos de litio son +1.
• El volumen de los átomos de litio es de 13,1cc / mol.
• El punto de fusión de un átomo de litio es de 180,50 ° C (453,65 K, 356,90 ° F). Y el punto de ebullición es de 1342 C.
• El período del elemento litio es 2. Y el grupo es 1.
• El número de valencia y de electrones de valencia de un átomo de litio es 1.
• El litio forma tanto enlaces covalentes como iónicos.
• El litio es un elemento altamente positivo desde el punto de vista eléctrico. Por ello, el átomo de litio es estable y produce iones en la solución.
• Existe un electrón en la última órbita del litio.
• El radio atómico de un átomo de litio es de 152 pm.
• Los átomos de litio reaccionan con el hidrógeno, el oxígeno y el halógeno para formar compuestos.

Enlace iónico del litio

El átomo de litio forma enlaces iónicos con el átomo de flúor mediante el intercambio de electrones. Existe un electrón en la última órbita del átomo de litio. El átomo de litio quiere ser más estable formando un átomo de helio eliminando un electrón en la última órbita.

Por otro lado, La configuración electrónica del átomo de flúor muestra que los siete electrones existen en la última órbita. El átomo de flúor quiere ser más estable como el átomo de neón aceptando un electrón. El átomo de litio dona un electrón de su última órbita al átomo de flúor y el LiF forma compuestos mediante enlaces iónicos.

Formación de compuestos de litio

Reacción del litio con el halógeno

Los átomos de litio reaccionan con el halógeno para formar compuestos de haluro.

2Li + F2 → 2LiF
2Li + Cl2 → 2LiCl

• 2Li + F₂ → 2LiF
• 2Li + Cl₂ → 2LiCl
• 2Li + Br₂ → 2LiBr
• 2Li + I₂ → 2LiI

La actividad de los metales alcalinos con halógenos específicos aumenta gradualmente desde el litio hasta el cesio. Es decir, Li < Na < K < Rb < Cs. Pero a excepción del litio, todos los demás haluros de metales alcalinos se disuelven muy fácilmente en el agua.

La intensa fuerza gravitatoria entre los iones Li+ y F- en el cristal reduce la solubilidad del LiF. Por lo tanto, el LiF es menos soluble en agua. El LiCl, el LiBr y el LiI son solubles en los disolventes orgánicos etanol y propanol.

Reacción del oxígeno

Los elementos del grupo 1, como los metales alcalinos, tienen una mayor capacidad para unirse al oxígeno. El litio (un metal alcalino) reacciona con cantidades controladas de oxígeno para formar compuestos de LiO (óxido).

4Li (s) + O₂ (g) → 2Li₂O (óxido de litio)
El calentamiento del litio con un exceso de oxígeno produce el compuesto Li₂O₂.
2Li + O₂ → Li₂O₂ (peróxido de litio).

Reacción del hidrógeno

Los metales alcalinos reaccionan con el hidrógeno seco a una temperatura de unos 400 ° C para formar hidruros metálicos. Pero el átomo de litio es diferente de todos los demás metales alcalinos. El litio reacciona con el hidrógeno a una temperatura de 800 °C para producir hidruros de litio.

2Li + H₂ → 2 LiH.

La actividad de la reacción disminuye al pasar del elemento litio al cesio. La estabilidad del hidruro metálico tiende a disminuir del LiH al CsH.

Óxido de litio

El litio reacciona con el agua para producir LiOH.
2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂

El litio se oxida con el oxígeno del aire para producir Li₂O alcalino.
4Li + O₂ → 2Li₂O

El Li₂O reacciona con el agua para producir el álcali suave LiOH.
Li₂O + H₂O → 2LiOH

Como el Li₂O es alcalino, destruye la acidez del HCl y produce sal y agua.
Li₂O + 2HCl → 2LiCl + H₂O

Reacción del litio con otros elementos

Los átomos de litio reaccionan con el azufre y el fósforo para formar compuestos de sulfuro y fosfuro.

16 Li + S₈ → 8Li₂S
12Li + P₄ → 4Li₃P

El metal alcalino litio reacciona con el nitrógeno(N₂) a altas temperaturas para formar compuestos de nitruro.

6Li + N₂ → 2Li₃N

Propiedades excepcionales del átomo de litio

En general, los elementos del mismo grupo tienen similitudes en sus propiedades físicas y químicas. Los elementos del grupo 1 son metales alcalinos. Estos elementos son el litio(Li), el sodio(Na), el potasio(K), el rubidio(Rb) y el cesio(Cs).

Pero las propiedades del litio son diferentes a las de todos los demás elementos de este grupo. Los elementos del grupo 1 forman enlaces iónicos en compuestos de haluro. Pero los compuestos de haluro del átomo de litio tienen enlaces covalentes.

Por esta razón, el haluro de sodio es soluble en agua pero el haluro de litio es muy poco soluble en agua. El LiCl, el LiBr y el LiI son solubles en varios disolventes orgánicos (etanol, propanol, éter).

Los metales alcalinos reaccionan con el hidrógeno a 400° C para formar compuestos de hidruro. Pero los átomos de litio forman compuestos de hidruro de litio con el hidrógeno a una temperatura de 800° C.
2Li + H₂ (800° C) → 2LiH.

Las razones de las propiedades excepcionales del litio (Li) son

• El pequeño tamaño del átomo de Li y del ion Li+.
• La capacidad de polarización de los iones Li+ es alta.
• El orbital d cero no existe en el nivel de valencia.
• El litio es un elemento de alto potencial iónico.

Debido a las propiedades excepcionales del litio, se han observado varias distinciones del litio con otros metales alcalinos. Son las siguientes: - El litio es menos activo que los metales alcalinos.

1. El litio es menos activo que los metales alcalinos. Su color brillante no se desvanece fácilmente cuando entra en contacto con el aire. En el caso de otros metales alcalinos, su color brillante se desvanece en contacto con el aire.
2. El litio (Li) reacciona con el oxígeno para formar únicamente compuestos de monóxido (Li₂O). Pero nunca forma peróxido (Li₂O₂) o superóxido (LiO₂).
3. El litio es el único metal alcalino que reacciona con el nitrógeno (N2) para producir Li3N.
   
   6Li + N2 → 2Li3N.
   
   Todos los demás metales alcalinos no reaccionan con el nitrógeno (N2).
   
4. Cuando el nitruro de metal alcalino se calienta, se descompone y se produce nitruro metálico y oxígeno.
   
   2MNO₃ → 2 MNO₂ + O₂. Here, [M = Na, K, Rb]
   
5. Cuando el nitruro de litio se calienta, se descompone y produce monóxido de litio (Li₂O), NO₂ y oxígeno (O₂).
   
   4LiNO₃ (heat) → 2Li₂O + 4NO₂ + O₂
   
6. Los hidróxidos de los metales alcalinos tienen una base fuerte. Pero el hidróxido de litio es una base débil.
7. El cloruro de litio (LiCl) se combina con el agua para formar compuestos dihidratados. Pero el NaCl, el KCl y el CsCl nunca forman compuestos hidratados.

Conclusión

La configuración electrónica del litio y el diagrama de orbitales son los temas principales de este artículo. También se ha hablado de la determinación del período y del grupo, de la valencia y de los electrones de valencia, de diversas reacciones y de la formación de compuestos del litio, así como de la formación de enlaces del litio.

Preguntas Frecuentes

Referencia

• Wikipedia
•  Meija, Juris; et al. (2016). “Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry.

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