¿Qué es el principio de Aufbau?

El principio de Aufbau, también conocido con el nombre de la »regla del serrucho», es un sistema muy útil que nos permite predecir la configuración electrónica de un elemento. La palabra Aufbau viene del verbo alemán que significa »construir» y, de hecho, el objetivo de este principio es »ayudar a construir el átomo».

Este principio nos enseñará una serie de instrucciones que tienen que ver con la ubicación de los electrones en los orbitales de un átomo.

Características de este principio

• Los átomos estables tienen tantos electrones como protones en el núcleo. Los electrones se reúnen alrededor del núcleo en orbitales cuánticos siguiendo cuatro reglas básicas llamadas principio de Aufbau.
• No hay dos electrones en el átomo que compartan los mismos cuatro números cuánticos n, l, m y s.
• Los electrones primero ocuparán los orbitales del nivel de energía más bajo.
• Los electrones llenarán un orbital con el mismo número de giro hasta que el orbital se llene. Esto sucede antes de que comience a llenarse con el número de giro opuesto.
• También podremos llegar a las subcapas, cuyas formas dependen del número cuántico azimutal y del número magnético m.
• No hay dos electrones en el átomo que compartan los mismos cuatro números cuánticos n, l, m y s.

Los 4 números cuánticos

• El número cuántico principal (n) describe el tamaño de un orbital y determina en gran parte su energía (La distancia promedio de un electrón respecto al núcleo. Este solo puede tomar valores positivos.

• El número cuántico de momento angular o azimutal (l) determina la forma de los orbitales. Cada número principal (n) tendrá niveles y subniveles, sin embargo, cada cada uno de estos orbitales mantendrá el mismo número cuántico. A cada valor (l) se le asignan números para evitar confusiones.

• El número cuántico magnético (m) describe la dirección del movimiento orbital del electrón en el espacio y designa el el número de orbitales contenido en cada subnivel.

• El número de espín o giro del electrón (s). Sus orbitales se presentan en una forma esférica, este número tendrá los valores -1/2 y +1/2 que demuestran los posibles giros del electrón sobre su propio eje.

¿Cómo aplicar el principio de Aufbau?

1. Escribe una columna de orbitales s del 1 al 8.
2. Escribe una segunda columna para los orbitales p comenzando en n = 2. (1p no es una combinación orbital permitida por la mecánica cuántica).
3. Escribe una columna para los orbitales d comenzando en n = 3.
4. Escribe una columna final para 4f y 5f. No hay elementos que necesiten un shell 6f o 7f para llenar.
5. Lee la tabla ejecutando las diagonales a partir de 1. El gráfico muestra esta tabla y las flechas muestran el camino a seguir. Ahora que conocemos el el orden de los orbitales a llenar, solo necesitamos memorizar el tamaño de cada orbital.

Los orbitales S tienen un valor posible de m para contener dos electrones.
Los orbitales P tienen tres valores posibles de m para contener seis electrones.
Los orbitales D tienen cinco valores posibles de m para contener 10 electrones.
Los orbitales F tienen siete valores posibles de m para contener 14 electrones.
Esto es todo que necesita para determinar la configuración electrónica de un átomo estable de un elemento.

Por ejemplo, tomemos el elemento nitrógeno, que tiene siete protones y, por lo tanto, siete electrones.

El primer orbital en llenar es el orbital 1s. Un orbital s contiene dos electrones, por lo que quedan cinco electrones.

El siguiente orbital es el orbital 2s y contiene los dos siguientes. Los últimos tres electrones irán al orbital 2p, que puede contener hasta seis electrones.

Fuentes

El principio de Aufbau (video). Khan Academy. Disponible en https://es.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/electron-configurations-jay-sal/v/the-aufbau-principle
González, A. Principio de Aufbau. Lifeder. Disponible en https://www.lifeder.com/principio-aufbau/.