Configuración Electrónica y Diagrama Orbital del Nitrógeno (N)

El nitrógeno es el séptimo elemento de la tabla periódica y su símbolo es "N". El número total de electrones del nitrógeno es de siete. Estos electrones están dispuestos según reglas específicas de diferentes órbitas. La disposición de los electrones en diferentes órbitas y orbitales de un átomo en un orden determinado se denomina configuración electrónica. La configuración electrónica del átomo de nitrógeno puede hacerse de dos maneras.

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

La configuración electrónica 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 electrónica y el diagrama de orbitales del nitrógeno, el período y los grupos, la valencia y los electrones de valencia del nitrógeno, la formación de enlaces, la formación de compuestos y la aplicación de los diferentes principios. Esperamos que después de leer este artículo conozca en detalle este tema.

Configuración electrónica del nitrógeno 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 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 nitrógeno (N) es 7. Es decir, el número de electrones del nitrógeno es 7. Por tanto, un átomo de nitrógeno tendrá dos electrones en la primera corteza y cinco en la segunda. Por lo tanto, el orden del número de electrones en cada cáscara del átomo de nitrógeno(N) es 2, 5.

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 nitrógeno a través del orbital

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 nitrógeno 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, los tres electrones restantes entran en el orbital 2p. Por tanto, la configuración electrónica del nitrógeno(N) será 1s² 2s² 2p³.

¿Cómo escribir el diagrama de orbitales del nitrógeno?

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 nitrógeno(N), hay que hacer la configuración electrónica del nitrógeno. La cual ha sido discutida 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 los siguientes tres electrones entrarán en el orbital 2p en el sentido de las agujas del reloj. Esto se muestra claramente en la figura del diagrama de orbitales del nitrógeno.

Configuración electrónica del nitrógeno en estado excitado

Los átomos pueden saltar de un orbital a otro en un estado excitado. Esto se llama salto cuántico. La configuración electrónica del nitrógeno en estado básico es 1s² 2s² 2p³. El orbital p tiene tres sub-orbitales. Los suborbitales son p_x, p_y, y p_z. Cada sub-orbital puede tener un máximo de dos electrones.

En la configuración electrónica del nitrógeno en estado básico, los tres electrones del orbital 3p están situados en los suborbitales p_x, p_y, y p_z y el espín de los tres electrones es el mismo. Entonces la configuración electrónica correcta del nitrógeno en estado básico será 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹.Aquí, el átomo de nitrógeno tiene tres electrones no apareados. Por lo tanto, la valencia del nitrógeno es 3.

Además, la valencia del elemento viene determinada por la configuración electrónica en el estado excitado. Según el principio de Hund, cada suborbital tendrá un electrón en el estado excitado. Sabemos que el segundo orbital tiene un total de dos orbitales y cada suborbital del orbital 2p tiene un electrón.

Como no hay ningún orbital 2d en el segundo orbital, la configuración electrónica del nitrógeno en el estado excitado no es posible. Por ello, la valencia del nitrógeno nunca puede ser 5. Sin embargo, el átomo de nitrógeno presenta los estados de oxidación +5, +4, +3, +2, +1, -1, -2, -3.

Configuración electrónica del ion nitruro (N^3-)

Tras ordenar los electrones, se observa que la última capa del átomo de nitrógeno tiene cinco electrones. Por lo tanto, los electrones de valencia del nitrógeno son cinco. Los elementos que tienen 5, 6 o 7 electrones en la última capa reciben los electrones de la última capa durante la formación del enlace.

Los elementos que reciben electrones y forman enlaces se llaman aniones. Durante la formación de un enlace, la última capa del nitrógeno recibe tres electrones y se convierte en un ion nitruro (N^3-). Es decir, el nitrógeno es un elemento aniónico.

N + 3e^– → N^3-

La configuración electrónica del ion nitruro (N^3-) is 1s² 2s² 2p⁶. Esta configuración electrónica muestra que el ion nitruro (N^3-) adquirió la configuración electrónica del neón 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 periodo de ese elemento. La configuración electrónica del átomo de nitrógeno muestra que la última órbita del átomo de nitrógeno es 2. Por lo tanto, el periodo del nitrógeno 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. El número total de electrones en la última órbita del átomo de nitrógeno es de cinco. Es decir, el número de grupo del nitrógeno es 5 + 10 = 15. Por lo tanto, podemos decir que el periodo del elemento nitrógeno es 2 y el grupo es 15.

Determinación del bloque del nitrógeno por la configuración electrónica

Los elementos de la tabla periódica se dividen en cuatro bloques en función de la configuración electrónica del elemento. El bloque de elementos se determina en función de la configuración electrónica del elemento.

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

Propiedades iónicas del átomo de nitrógeno

El nitrógeno es un elemento aniónico. Cuando un átomo de carga neutra recibe un electrón y lo convierte en un ion negativo, se llama anión. La última órbita de un átomo de nitrógeno tiene cinco electrones. El átomo de nitrógeno toma tres electrones para llenar la octava y convertirse en un anión.

N + (3e^–) → N^3–

Los átomos de nitrógeno toman electrones y se convierten en iones negativos. La configuración electrónica del ion nitrógeno (N^3–) is 1s² 2s² 2p⁶. Por lo tanto, el nitrógeno es un elemento aniónico.

Formación de enlaces covalentes del nitrógeno

Los átomos de nitrógeno forman enlaces covalentes con diferentes átomos. Uno de ellos es el hidrógeno. Los átomos de nitrógeno forman enlaces covalentes con átomos de hidrógeno. Y forma compuestos de amoníaco (NH3) mediante enlaces covalentes. La configuración electrónica del nitrógeno muestra que existen cinco electrones en la última órbita del átomo de nitrógeno. El átomo de nitrógeno quiere llenar la octava tomando tres electrones en su última órbita.

De nuevo, la configuración electrónica del hidrógeno muestra que existe un electrón en el último orbital del átomo de hidrógeno. El átomo de hidrógeno quiere llenar el electrón del primer orbital tomando un electrón. Tres átomos de hidrógeno se unen a un átomo de nitrógeno para formar un enlace covalente mediante el reparto de electrones. Y forma compuestos de amoníaco (NH₃) mediante enlaces covalentes.

Formación de compuestos de nitrógeno

Formación de compuestos de nitrógeno

Los átomos de nitrógeno reaccionan con el oxígeno para producir nitroxido.

N₂ + O₂ → 2NO
2NO + O₂ → 2NO₂

Los átomos de nitrógeno y oxígeno se combinan para formar óxidos como N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅, etc. Entre estos óxidos, el N₂O, el NO son óxidos neutros, y el N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅ son óxidos ácidos.

Formación de compuestos de hidruros

A altas presiones y temperaturas (200 atm y 500°C) los átomos de nitrógeno se combinan con los de hidrógeno para formar compuestos de hidruro.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

Reacción del átomo de nitrógeno con el metal

En estado calentado, los átomos de nitrógeno reaccionan con los metales calcio(Ca), magnesio(Mg) y aluminio(Al) para formar compuestos de nitruro.

3Ca + N₂ (heat) → Ca₃N₂
3Mg + N₂ (heat) → 2Mg₃N₂
2Al + N₂ (heat) → 2AlN

Pero el metal litio(Li) reacciona con el N₂ a temperatura normal para formar un compuesto de nitruro de litio.

6Li + N₂ → 2Li₃N

Hidrólisis del nitruro metálico por el agua para formar NH3 e hidróxido metálico.

Ca₃N₂ + 6H₂O (heat) → 3Ca(OH)₂ + 2NH₃
Li₃N + 3H₂O → 3LiOH + NH₃

Reacción del nitrógeno con el halógeno

El elemento nitrógeno(N) del grupo 15 reacciona con los átomos de halógeno para formar compuestos trihalogenados.

N2 + 3F2 → 2NF3
N₂ + 3F₂ → 2NF₃
N₂ + 3Cl₂ → 2NCl₃
N₂ + 3Br₂ → 2NBr₃
N₂ + 3I₂ → 2NI₃

Otros elementos del grupo 15 forman haluros de penta pero no forman átomos de nitrógeno. Porque falta el orbital d en el átomo de nitrógeno.

Propiedades del átomo de nitrógeno

• El número atómico de los átomos de nitrógeno es 7. El número atómico de un elemento es el número de electrones y protones de ese elemento. Es decir, el número de electrones y protones del átomo de nitrógeno es 7.
• La masa atómica activa del átomo de nitrógeno es [14,00643, 14,00728].
• El nitrógeno no es un metal.
• La valencia de un átomo de nitrógeno es 3, 5 y los electrones de valencia de un átomo de nitrógeno son cinco.
• Los átomos de nitrógeno constituyen el 2º período de la tabla periódica y un elemento del grupo 15.
• A temperaturas normales, las moléculas de nitrógeno se mantienen en forma de gases.
• El nitrógeno es un elemento aniónico.
• Los átomos de nitrógeno forman enlaces covalentes.
• El nitrógeno es un elemento del bloque p.
• El punto de fusión de un átomo de Nitrógeno es de -209°C y el punto de ebullición es de -195°C.
• La electronegatividad de los átomos de nitrógeno es de 3,04 (escala de Pauling).
• El nitrógeno forma N2O y NO-óxidos neutros. Pero el NO2 forma óxidos ácidos.
• Los estados de oxidación del Nitrógeno son -3, 2, 3, 4, 5
• El radio atómico de un átomo de Nitrógeno es de 56 pm.
• El radio de van der Waals del átomo de nitrógeno es de 155 pm
• Las energías de ionización de los átomos de nitrógeno son 1402,3 kJ/mol, 2ª: 2856 kJ/mol, 3ª: 4578,1 kJ/mol.
• La adicción de electrones de los átomos de nitrógeno es de -7 kJ/mol
• El radio covalente del átomo de nitrógeno es de 71±1 pm

Conclusión

El número atómico del nitrógeno(N) es 7. El número atómico de un elemento es el número de electrones de ese elemento. Por lo tanto, el número de electrones del nitrógeno es 7. El tema principal de este artículo es la configuración electrónica del nitrógeno y el diagrama de orbitales. Este artículo también habla de los grupos de períodos, la valencia y los electrones de valencia, la formación de compuestos, las propiedades covalentes y las propiedades del átomo de nitrógeno.

Preguntas Frecuentes

Referencia:

• Wikipedia
• Lide, David R. (1990–1991). CRC Handbook of Physics and Chemistry (71st ed.). Boca Raton, Ann Arbor, Boston: CRC Press, inc. pp. 4-22

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