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312 CAPÍTULO 7 Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos

colocación del electrón más externo del potasio en el orbital 4s (y no en el 3d) se susten-
ta en las evidencias experimentales. Las siguientes comparaciones también sugieren que
ésta es la confi guración correcta. Las propiedades químicas del potasio son parecidas a
las del litio y el sodio, los primeros dos miembros de los metales alcalinos . En estos dos
elementos, el último electrón está en un orbital s (no hay ambigüedad en la asignación de
sus confi guraciones electrónicas); en consecuencia, cabe esperar que el último electrón del
potasio ocupe el orbital 4s en lugar del 3d.
Los elementos que van del escandio (Z 5 21) al cobre (Z 5 29) son metales de
transición . En los metales de transición, los subniveles d están parcialmente llenos, o
3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B forman cationes con facilidad que tienen este subnivel incompleto. Consideremos la pri-
mera serie de metales de transición, desde el escandio hasta el cobre. En esta serie, los
electrones adicionales se acomodan en los orbitales 3d siguiendo la regla de Hund. Sin
embargo, hay dos irregularidades. La confi guración electrónica del cromo (Z 5 24) es
Los metales de transición.
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[Ar]4s 3d y no [Ar]4s 3d , como se podría esperar. En el cobre se observa el mismo
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patrón, ya que su confi guración electrónica es [Ar]4s 3d en lugar de [Ar]4s 3d . Esta
distribución se explica porque hay una estabilidad ligeramente mayor con los subniveles
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casi llenos (3d ) y completamente llenos (3d ). Los electrones que se encuentran en el
mismo subnivel (en este caso, los orbitales d) tienen la misma energía pero distinta dis-
tribución espacial. En consecuencia, su apantallamiento mutuo es relativamente pequeño
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y el núcleo los atrae con mayor fuerza cuando tienen la confi guración 3d . De acuerdo
con la regla de Hund, el diagrama orbital para el Cr es
Cr [Ar] h h h h h h
4s 1 3d 5
Así, el Cr tiene un total de seis electrones no apareados. El diagrama orbital para el cobre
es
Cu [Ar] h hg hg hg hg hg
4s 1 3d 10
De nuevo, en este caso también se gana más estabilidad con el subnivel 3d completamen-
te lleno. En general, los subniveles casi llenos y completamente llenos tienen mayor es-
tabilidad.
Los subniveles 4s y 4p se llenan con el patrón más sencillo en los elementos que van
del Zn (Z 5 30) al Kr (Z 5 36). En el rubidio (Z 5 37), los electrones comienzan a
entrar por el nivel de energía n 5 5.
Las confi guraciones electrónicas de los metales de la segunda serie de transición [itrio
(Z 5 39) hasta plata (Z 5 47)] también son irregulares, aunque aquí no se discutirán los
detalles.
El sexto periodo de la tabla periódica comienza con cesio (Z 5 55) y bario (Z 5 56),
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que tienen las confi guraciones electrónicas [Xe]6s y [Xe]6s , respectivamente. Luego va
el lantano (Z 5 57). Según la fi gura 7.24, esperaríamos que después de llenar el orbital
6s, los demás electrones se acomodaran en los orbitales 4f. La realidad es que las energías
de los orbitales 5d y 4f son muy parecidas. De hecho, en el lantano el orbital 4f es un
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poco más energético que el 5d, de ahí que su confi guración electrónica sea [Xe]6s 5d en
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lugar de [Xe]6s 4f .
Después del lantano siguen los 14 elementos que forman la serie de los lantánidos o
de las tierras raras, que van del cerio (Z 5 58) al lutecio (Z 5 71). Los metales de esta
serie tienen los subniveles 4f parcialmente llenos o con facilidad forman cationes que
tienen estos subniveles incompletos. Los electrones que se suman se acomodan en los
orbitales 4f. Este subnivel se llena totalmente en el lutecio, y el siguiente electrón entra
en el subnivel 5d. Observe que la confi guración electrónica del gadolinio (Z 5 64) es
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[Xe]6s 4f 5d en lugar de [Xe]6s 4f . Como el cromo, el gadolinio gana más estabilidad
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con el subnivel (4f ) semilleno.