Configuración Electrónica y Diagrama de orbitales del Oxígeno (O)

El oxígeno es el octavo elemento de la tabla periódica y su símbolo es "O". El número total de electrones del oxígeno es de ocho. 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 oxígeno 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 del oxígeno, el período y los grupos, la valencia y los electrones de valencia del oxígeno, 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 oxígeno 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 oxígeno es 8. Es decir, el número de electrones del oxígeno es 8. Por tanto, un átomo de oxígeno tendrá dos electrones en la primera corteza y seis en la segunda. Por lo tanto, el orden del número de electrones en cada capa del átomo de oxígeno(O) es 2, 6.

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 oxígeno 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 de subenergía. 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 oxígeno 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 cuatro electrones restantes entran en el orbital 2p. Por tanto, la configuración electrónica del oxígeno(O) será 1s² 2s² 2p⁴.

¿Cómo escribir el diagrama de orbitales del oxígeno?

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 oxígeno(O), hay que hacer la configuración electrónica del oxígeno. 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 y el siguiente un electrón entrará en el orbital 2p en el sentido contrario a las agujas del reloj. Esto se muestra claramente en la figura del diagrama de orbitales del oxígeno.

Configuración electrónica del ion óxido (O^2–)

Los elementos que tienen 5, 6 o 7 electrones en la última capa reciben los electrones en la última capa durante la formación del enlace. Los elementos que reciben electrones y forman enlaces se denominan aniones. Durante la formación de un enlace, la última capa del oxígeno recibe dos electrones y se convierte en un ion óxido (O^2–). Es decir, el oxígeno es un elemento aniónico.

O + 2e^– → O^2–

La configuración electrónica del ion óxido (O^2–) is 1s² 2s² 2p⁶. Esta configuración electrónica muestra que el ion óxido (O^2–) ha adquirido 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 período de ese elemento. La configuración electrónica del átomo de oxígeno muestra que la última órbita del átomo de oxígeno es 2. Por lo tanto, el periodo del oxígeno 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 del último orbital. El número total de electrones en la última órbita del átomo de oxígeno es seis. Es decir, el número de grupo del oxígeno es 6 + 10 = 16. Por tanto, podemos decir que el periodo del elemento oxígeno es 2 y el grupo es 16.

Determinación del bloque del oxígeno 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, éste se denomina elemento del bloque p. La configuración electrónica muestra que el último electrón del oxígeno entra en el orbital p. Por lo tanto, el oxígeno es el elemento de bloque p.

Determinación de la valencia y de los electrones de valencia

La capacidad de un átomo de un elemento para unirse a otro durante la formación de una molécula se denomina valencia. El número de electrones no apareados en la última órbita de un elemento es la valencia de ese elemento.
La configuración electrónica correcta del oxígeno en estado básico será 1s² 2s² 2p_x² 2p_y¹ 2p_z¹. Esta configuración electrónica muestra que hay dos electrones no apareados en la última órbita del oxígeno. Por lo tanto, la valencia del oxígeno es 2.

De nuevo, el número de electrones en la última órbita de un elemento, el número de esos electrones es los electrones de valencia de ese elemento. En la configuración electrónica del oxígeno, vemos que existen seis electrones en la última órbita del oxígeno. Por lo tanto, los electrones de valencia del oxígeno son seis.

Formación de enlaces del átomo de oxígeno

Los átomos de oxígeno siempre forman enlaces covalentes. Los átomos de oxígeno forman enlaces covalentes compartiendo electrones con los átomos de nitrógeno, carbono, azufre e hidrógeno. La configuración electrónica anterior muestra que existen cuatro electrones en el último orbital del átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno quiere llenar el electrón de su último orbital.

De nuevo, sólo existe un orbital del átomo de hidrógeno y éste tiene un electrón. El átomo de hidrógeno quiere completar el orbital recibiendo un electrón. Por lo tanto, dos átomos de hidrógeno comparten electrones con un átomo de oxígeno para producir agua mediante enlace covalente.

Formación de un compuesto de oxígeno

Uno de los elementos del grupo 16 es el oxígeno. El oxígeno es un elemento muy activo y eléctricamente negativo. Por lo tanto, el oxígeno puede participar fácilmente en la reacción.

Reacción de los átomos de oxígeno con el hidrógeno

Los átomos de oxígeno reaccionan con los de hidrógeno para producir agua.
O₂ + H₂ → H₂O

El agua es líquida en condiciones normales.

Reacción del oxígeno con los metales

Los átomos de oxígeno reaccionan con los metales para formar óxidos metálicos. Por ejemplo

Q + O₂ → QO₂ [aquí, metal = Q]

El sodio reacciona con el oxígeno para producir Na₂O. El Na₂O se disuelve en agua para producir NaOH.

4Na+O₂ → 2Na₂O
Na₂O+H₂O → 2NaOH

El potasio reacciona con el oxígeno para producir K₂O con una llama púrpura. Se disuelve en agua para producir KOH.

4K + O₂ → 2K₂O
K₂O + H₂O → 2KOH

Sin embargo, el sodio y el potasio reaccionan con un exceso de oxígeno para producir peróxido de sodio y superóxido de potasio.

2Na + O₂ (extra) → Na₂O₂
K + O₂ (extra) → KO₂

El oxígeno reacciona con otros metales para formar óxidos metálicos

2Mg + O₂ → 2MgO

2Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

2Cu + O₂ → 2CuO

4Ag + O₂ → 2Ag₂O

2Zn + O₂ → 2ZnO

2Hg + O₂ → 2HgO

Reacción del oxígeno con átomos no metálicos

El boro(B), el carbono(C), el fósforo(P), el azufre(S), etc. reaccionan con el oxígeno para formar óxidos no metálicos.

• 4B + 3O₂ → 2B₂O₃
• S + O₂ → SO₂
• 4P + 5O₂ → 2P₂O₅
• C + O₂ → CO₂

La longitud de enlace del átomo de oxígeno

• La longitud de enlace de O = O es de 136 pm.
• La longitud de enlace de O - O es de 148 pm.
• La longitud de enlace de O = C es de 123 pm.
• La longitud de enlace de C - O es de 143 pm.
• La longitud de enlace de N = O es de 122 pm.
• La longitud de enlace de N - O es de 136 pm.
• La longitud de enlace de O - H es de 97 pm.

Propiedades del átomo de oxígeno

• El número atómico de los átomos de oxígeno es 8. 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 oxígeno es 8.
• La masa atómica activa del átomo de oxígeno es [15,99903, 15,99977].
• El oxígeno no es un metal.
• La valencia de un átomo de oxígeno es 2 y los electrones de valencia de un átomo de oxígeno son seis.
• Los átomos de oxígeno son el 2º período de la tabla periódica y un elemento del grupo 16.
• A temperaturas normales, las moléculas de oxígeno se mantienen en forma de gases.
• El oxígeno es un elemento aniónico.
• Los átomos de oxígeno forman enlaces covalentes.
• El oxígeno es un elemento del bloque p.
• El punto de fusión de un átomo de oxígeno es de 54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F) y el punto de ebullición es de 90,188 K (-182,962 °C, -297,332 °F).
• La electronegatividad de los átomos de oxígeno es de 3,44 (escala de Pauling).
• Los estados de oxidación del oxígeno son -2, -1.
• El radio iónico del átomo de oxígeno es de 48 pm.
• El radio de van der Waals del átomo de oxígeno es de 152 pm.
• Las energías de ionización de los átomos de oxígeno son 1313,9 kJ/mol, 2ª: 3388,3 kJ/mol, 3ª: 5300,5 kJ/mol.
• La adicción de electrones de los átomos de oxígeno es de -142 kJ/mol.
• El radio covalente del átomo de oxígeno es de 66±2 pm.
• El oxígeno presenta propiedades iónicas.

Conclusión

El tema principal de este artículo es la configuración electrónica del oxígeno y el diagrama de orbitales. En este artículo también se habla de los grupos de períodos, la valencia y los electrones de valencia, la formación de compuestos, las propiedades covalentes del oxígeno y las propiedades del átomo de oxígeno.

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Preguntas Frecuentes

Referencias:

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