Psicología

Penetración de orbitales
Para cualquier electrón en un átomo se verifica que cuanto más cerca del núcleo se acerque dicho electrón, mayor será la carga nuclear efectiva que experimente. Bajo esta premisa, considérese un electrón 2s del litio. Si este electrón estuviera fuera de la capa 1s (que contiene dos electrones), entonces la carga neta que experimentaría sería: 3 (núcleo) - 2 (electrones1s) = 1. Sin embargo, experimentalmente se conoce que este electrón está atraído más fuertemente de lo que correspondería a esta Zef. La explicación se basa en que en realidad el electrón del orbital 2s penetra en la capa 1s, con lo que la carga nuclear efectiva es mayor ya que los dos electrones 1s no apantallan totalmente. La figura muestra la función de distribución radial para los orbitales 2sy 2p. La zona sombreada corresponde a la capa 1s. Es evidente que el electrón en el orbital 2s penetra mucho más en la capa 1s que el 2p, por lo que la carga nuclear efectiva será mayor. En consecuencia, la ocupación del orbital 2s está más favorecida en términos energéticos que la del 2p, y el orden de energía es, pues 2s<2p.

Penetración de orbitales 2s y 2p

Valores de carga nuclearefectiva para Z = 1-18.
  | H |   |   |   |   |   |   | He |
Z | 1 |   |   |   |   |   |   | 2 |
1s | 1.00 |   |   |   |   |   |   | 1.69 |

  | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne |
Z | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1s | 2.69 | 3.68 | 4.68 | 5.67 | 6.66 | 7.66 | 8.65 | 9.64 |
2s | 1.28 | 1.91 | 2.58 | 3.22 | 3.85 | 4.49 | 5.13 | 5.76 |
2p |   |   | 2.42 | 3.14 | 3.83 | 4.45 | 5.10 |5.76 |

  | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
Z | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
1s | 10.63 | 11.61 | 12.59 | 13.57 | 14.56 | 15.54 | 16.52 | 17.51 |
2s | 6.57 | 7.39 | 8.21 | 9.02 | 9.82 | 10.63 | 11.43 | 12.23 |
2p | 6.80 | 7.83 | 8.96 | 9.94 | 10.96 | 11.98 | 12.99 | 14.01 |
3s | 2.51 | 3.31 | 4.12 | 4.90 | 5.64 | 6.37 | 7.07 | 7.76 |
3p |   |   | 4.07 |4.29 | 4.89 | 5.48 | 6.12 | 6.7 |

Este orden de energía encontrado para los orbitales 2s y 2p del litio es también característico de otros átomos polielectrónicos, como puede verse en la tabla. Como regla general, el valor de Zef tiende a aumentar a lo largo de un periodo con el número atómico. Asimismo, el electrón s de la capa más externa de un átomo está menos apantallado que el electrón pde la misma capa: el flúor presenta Zef de 5.13 para el electrón 2s y 5.10 para el electrón 2p. De forma análoga, la carga nuclear efectiva es mayor para un electrón en un orbital np que para otro en un orbital nd. Como resultado de la penetración de los orbitales y del apantallamiento el orden de energías en los átomos polielectrónicos es típicamente: ns < np < nd < nf, dado que en unamisma capa los orbitales que más penetran son los de tipo s y los que están menos próximos al núcleo son los de tipo f. El efecto global de estos dos factores se conjugan dando lugar a un orden de energías que se muestra en las siguientes figuras.

Orden de energía de los orbitales hidrogenoides empleados como aproximación en átomos polielectrónicos.

Obsérvese como existen variaciones en elorden de energías entre los orbitales 3d y 4s dependiendo del nº de electrones. Así, por ejemplo, para K y Ca la energía del orbital 4s es menor que la de los 3d, debido al poder penetrante de los orbitales 4s, mientras que desde el Sc hasta el Zn, los orbitales 3d están por debajo de los 4s.

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