Grado 8 → Estructura Atómica ↓
Configuración Electrónica y Niveles de Energía
Los átomos son los componentes básicos de la materia. Están compuestos por protones, neutrones y electrones. Los protones y neutrones se encuentran en el centro del átomo llamado núcleo, mientras que los electrones orbitan alrededor del núcleo. Comprender cómo están dispuestos estos electrones alrededor del núcleo nos ayuda a entender cómo interactúan los diferentes elementos y cómo se comporta la materia.
Introducción a los electrones y niveles de energía
Los electrones son partículas diminutas que llevan una carga negativa. Orbitan el núcleo de un átomo en regiones llamadas niveles de energía o capas. Cada nivel de energía puede contener un cierto número de electrones, y estos electrones determinan las propiedades químicas de un elemento.
Niveles de energía
Los electrones están dispuestos en niveles de energía, a veces llamados capas electrónicas. El átomo más simple, el hidrógeno, tiene un protón y, en su forma más básica, un electrón. Este único electrón está en el primer nivel de energía, el nivel más cercano al núcleo.
Aquí hay una vista simplificada de cómo los niveles de energía se relacionan con el núcleo:
En este diagrama, el pequeño círculo negro representa el núcleo del átomo, y el círculo azul representa el nivel de energía, con el electrón representado como otro pequeño círculo en el nivel de energía.
El número de electrones que caben en los primeros niveles de energía son los siguientes:
- Primer nivel de energía: puede contener hasta 2 electrones.
- Segundo nivel de energía: puede contener hasta 8 electrones.
- Tercer nivel de energía: puede contener hasta 18 electrones.
- Cuarto nivel de energía: puede contener hasta 32 electrones, y así sucesivamente.
Configuración electrónica
La configuración electrónica explica la distribución de electrones en los niveles de energía de un átomo. Los electrones llenarán los niveles de energía disponibles más bajos antes de pasar a niveles más altos, siguiendo un orden específico conocido como el principio de Aufbau.
Echemos un vistazo más de cerca a la estructura de los electrones en algunos elementos comunes:
Ejemplo: átomo de hidrógeno
El hidrógeno tiene un electrón. Su configuración electrónica es:
1s¹El número "1" representa el primer nivel de energía. La letra "s" representa el tipo de orbital, y el sub-dígito "1" indica que hay un electrón en ese orbital.
Ejemplo: átomo de helio
El helio tiene dos electrones. Su configuración electrónica es:
1s²Esto significa que ambos electrones llenan completamente el primer nivel de energía "s".
Ejemplo: átomo de oxígeno
El oxígeno tiene ocho electrones. Su configuración electrónica es:
1s² 2s² 2p⁴Los electrones del oxígeno llenan el primer nivel de energía y llenan parcialmente el segundo nivel de energía, incluyendo los orbitales "p" que pueden contener hasta seis electrones.
Visualización de la configuración electrónica
Las ilustraciones visuales pueden ayudarnos a comprender mejor las configuraciones electrónicas. Considere la siguiente ilustración de orbitales para un átomo de neón, que tiene 10 electrones:
Los círculos concéntricos representan diferentes niveles de energía (o capas), y los puntos de colores representan electrones en esos niveles.
Subcapas y orbitales
Además de los niveles de energía, los electrones también se organizan en subcapas: s, p, d, y f, cada una de las cuales tiene un tamaño específico y capacidad para los electrones:
- La subcapa
spuede tener un máximo de 2 electrones. - La subcapa
ppuede tener hasta 6 electrones. - La subcapa
dpuede tener hasta 10 electrones. - La subcapa
fpuede tener hasta 14 electrones.
Imagina el orden de llenado de las subcapas según se muestra a continuación:
Cómo escribir la configuración electrónica
Al escribir configuraciones electrónicas, seguir estos pasos puede ayudar a simplificar el proceso:
- Identificar el número de electrones en el átomo. El número atómico del elemento te lo indica.
- Llenar los electrones en los niveles de energía y subcapas apropiados siguiendo el principio de Aufbau.
- Usar una notación de números y letras para describir la configuración. Los números representan los niveles de energía, las letras representan las subcapas, y los números arriba representan los números de electrones.
Por ejemplo, el sodio (Na) tiene un número atómico de 11. Así que su configuración electrónica es:
1s² 2s² 2p⁶ 3s¹Esto muestra que el sodio tiene 2 electrones en la subcapa 1s, 2 electrones en la subcapa 2s, 6 electrones en la subcapa 2p y 1 electrón en la subcapa 3s.
Principio de exclusión de Pauli y regla de Hund
Principio de Exclusión de Pauli: En un átomo, no puede haber dos electrones con el mismo conjunto de los cuatro números cuánticos. Esto significa que dentro del mismo orbital, los espines de los electrones deben ser opuestos.
Regla de Hund: Los electrones deben llenar los orbitales del mismo nivel de energía uno a la vez, solo entonces pueden emparejarse. Esto minimiza la repulsión entre los electrones y estabiliza el átomo.
Comprendiendo los electrones de valencia
Los electrones más externos en un átomo se llaman electrones de valencia. Estos son los electrones disponibles para el enlace, y determinan las propiedades químicas del elemento.
Por ejemplo, en un átomo de oxígeno (símbolo: O) con la configuración electrónica 1s² 2s² 2p⁴, los electrones de valencia son los electrones 2s² y 2p⁴, lo que hace un total de 6 electrones de valencia.
El número de electrones de valencia es importante para predecir cómo reaccionará un átomo con otros átomos. Los elementos con un nivel de energía externo completo suelen ser inertes o no reactivos, como los gases nobles (por ejemplo, helio, neón, argón).
Resumen
La configuración electrónica es un concepto esencial en química porque ayuda a explicar el comportamiento químico de un elemento. Al comprender los niveles de energía, las subcapas y las configuraciones electrónicas de los átomos, puedes entender por qué los elementos forman tipos específicos de enlaces químicos y cómo interactúan entre sí. Los principios como el principio de exclusión de Pauli, la regla de Hund, y el concepto de electrones de valencia nos brindan información a una escala microscópica para predecir y apreciar el mundo macroscópico de la química.
Comentarios