Vanadio (V): Configuración Electrónica y Diagrama de Orbitales

El vanadio es el 23º elemento de la tabla periódica y su símbolo es "V". El número total de electrones del vanadio es de veintitrés. 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 vanadio(V) puede hacerse de dos maneras.

• Configuración electrónica a través del orbital (principio de Bohr)
• Configuración electrónica a través de los orbitales (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. La configuración electrónica y el diagrama de orbitales del vanadio es el tema principal de este artículo. También se ha tratado la valencia y los electrones de valencia del vanadio, así como la formación de compuestos y la formación de enlaces. Esperamos que después de leer este artículo conozca en detalle este tema.

Configuración electrónica del átomo de vanadio 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 vanadio es 23. Es decir, el número de electrones del vanadio es de veintitrés.

Por lo tanto, el átomo de vanadio tendrá dos electrones en la primera capa y ocho en la segunda órbita. Según la fórmula de Bohr, la tercera órbita tendrá trece electrones, pero la tercera órbita del vanadio tendrá once electrones y los dos electrones restantes estarán en la cuarta órbita. Por lo tanto, el orden del número de electrones en cada capa del átomo de vanadio(V) es 2, 8, 11, 2.

Los electrones pueden disponerse correctamente a través de los orbitales 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 vanadio 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 energéticos 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 vanadio 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 siguientes seis electrones entran en el orbital 2p. El segundo orbital está ahora lleno. Por lo tanto, los electrones restantes entrarán en el tercer orbital.

Entonces, dos electrones entrarán en el orbital 3s de la tercera órbita y los siguientes seis electrones estarán en el orbital 3p. El orbital 3p está ahora lleno. Entonces, los siguientes dos electrones entrarán en el orbital 4s y los tres electrones restantes entrarán en el orbital 3d. Por tanto, la configuración electrónica del vanadio(V) será 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s².

¿Cómo escribir el diagrama de orbitales del vanadio?

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 vanadio(V), hay que hacer la configuración electrónica del vanadio. 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 dos electrones siguientes entrarán en el orbital 2s igual que en el orbital 1s.

Los siguientes tres electrones entrarán en el orbital 2p en el sentido de las agujas del reloj y los siguientes tres electrones entrarán en el orbital 2p en el sentido contrario a las agujas del reloj. A continuación, los siguientes dos electrones entrarán en el orbital 3s igual que en el orbital 1s y luego los siguientes seis electrones entrarán en el orbital 3p igual que en el orbital 2p.

El orbital 3p está ahora lleno. Entonces, los dos electrones siguientes entrarán en el orbital 4s igual que en el orbital 1s y los tres electrones restantes entrarán en el orbital 3d en el sentido de las agujas del reloj. Esto se muestra claramente en la figura del diagrama de orbitales del vanadio.

Configuración electrónica del estado de excitación del vanadio

Los átomos pueden saltar de un orbital a otro en el estado de excitación. Esto se llama salto cuántico. La configuración electrónica del vanadio en el estado básico es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s². 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 estado básico del vanadio, los tres electrones del orbital 3d se encuentran en los suborbitales d_xy, d_yz, y d_zx. El orbital d tiene cinco sub-orbitales. Los suborbitales son d_xy, d_yz, d_zx, d_x²-y², y d_z². Cada sub-orbital puede tener un máximo de dos electrones. Entonces la configuración electrónica correcta del vanadio en el estado básico será 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d_xy¹ 3d_yz¹ 3d_zx¹ 4s².

Esta configuración electrónica muestra que la última capa del átomo de vanadio tiene tres electrones no apareados. Por tanto, la valencia del vanadio es 3. Cuando un átomo de vanadio se excita, entonces el átomo de vanadio absorbe energía. Como resultado, un electrón del orbital 4s salta al suborbital 4p_x. Por tanto, la configuración electrónica del vanadio(V*) en estado de excitación será 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s² 3d_xy¹ 3d_yz¹ 3d_zx¹ 4s¹ 4p_x¹.

La valencia del elemento viene determinada por la configuración electrónica en el estado de excitación. En este caso, el vanadio tiene cinco electrones no apareados. Por lo tanto, la valencia del vanadio es 5. A partir de la información anterior, podemos decir que el vanadio presenta una valencia variable. Por lo tanto, la valencia del vanadio es 3, 5. Debido a esto, los estados de oxidación del vanadio son +3, +5. El vanadio también presenta estados de oxidación +2 y +4.

Configuración electrónica del ion vanadio (V²⁺, V³⁺)

La configuración electrónica del vanadio muestra que la última capa del vanadio tiene dos electrones y el orbital d tiene un total de tres electrones. En este caso, los electrones de valencia del vanadio son cinco. Hay dos tipos de iones de vanadio.

El estado iónico del elemento cambia según la formación del enlace. El átomo de vanadio presenta iones 2+ y 3+. El átomo de vanadio dona dos electrones de la última capa para formar el ion vanadio (V²⁺).

V – 2e^– → V²⁺

Aquí, la configuración electrónica del ion vanadio (V²⁺) es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³.  El átomo de vanadio dona dos electrones en el orbital 4s y un electrón en el orbital 3d para convertirse en ion vanadio (V³⁺).

V – 3e^– → V³⁺

La configuración electrónica del ion vanadio (V³⁺) es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d².  Esta configuración electrónica muestra que el ion vanadio (V³⁺) tiene tres capas y la última capa tiene diez electrones. Por ello, los electrones de valencia del ion vanadio (V³⁺) son diez.

Formación de compuestos de vanadio

El vanadio participa en la formación de enlaces a través de sus electrones de valencia. Estos electrones de valencia participan en la formación de enlaces con átomos de otros elementos. La configuración electrónica del oxígeno muestra que los electrones de valencia del oxígeno son seis. El átomo de vanadio dona sus electrones de valencia al átomo de oxígeno y éste recibe esos electrones.

Como resultado, el oxígeno adquiere la configuración electrónica del neón, y los átomos de vanadio adquieren la configuración electrónica del argón. El óxido de vanadio(V2O5) se forma por el intercambio de electrones entre dos átomos de vanadio y cinco átomos de oxígeno. El óxido de vanadio(V2O5) tiene un enlace iónico.

Preguntas Frecuentes

Referencia

• Wikipedia
• PubChem

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