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Curso: Lecciones de biología > Unidad 2
Lección 2: Capas de electrones y orbitalesLa tabla periódica, capas de electrones y orbitales
Introducción
En algún momento de tu educación química, puedes haber escuchado la canción "The Elements" ("Los elementos"), en la que Tom Lehrer hace una rápida interpretación musical de los nombres de los elementos. Como yo, es posible que también te hayan ofrecido la oportunidad de memorizarla para obtener puntos extras. De ser así, puede que todavía recuerdes los nombres de todos los elementos, lo que es una hazaña impresionante, sin mencionar que es un truco divertido en las fiestas.
Si has memorizado los nombres de los elementos ¿significa que no volverás a necesitar una tabla periódica? Pues... en realidad no, porque la tabla periódica no es solo una gran caja que contiene a todos los elementos, sino más bien es un sistema de archivo. La posición de cada elemento en la tabla brinda una información importante acerca de su estructura, propiedades y comportamiento en las reacciones químicas. Específicamente, la posición de un elemento en la tabla periódica ayuda a conocer su configuración electrónica, la manera como se organizan los electrones alrededor del núcleo. Los átomos usan sus electrones para participar en reacciones químicas, así que conocer la configuración electrónica de un elemento te permite predecir su reactividad, es decir, si va a interactuar, y de qué manera, con átomos de otros elementos.
En este artículo veremos con más detalle la tabla periódica, cómo los átomos organizan sus electrones y cómo esto nos permite predecir la reactividad de los elementos.
La tabla periódica
Por convención, los elementos están organizados en la tabla periódica, una estructura que captura los patrones importantes de su comportamiento. Diseñada por el químico ruso Dmitri Mendeleev (1834–1907) en 1869, la tabla organiza los elementos en columnas —grupos— y filas —periodos— que comparten ciertas propiedades. Estas propiedades determinan el estado físico de un elemento a temperatura ambiente —gas, sólido, o líquido—, así como su reactividad química, la capacidad de formar enlaces químicos con otros átomos.
Además de enlistar el número atómico de cada elemento, la tabla periódica también muestra la masa atómica relativa del elemento, la media ponderada de sus isótopos que ocurren naturalmente en la Tierra. Si vemos al hidrógeno, por ejemplo, aparecen su nombre y su símbolo,
Las diferencias en la reactividad química entre los elementos se basan en el número y distribución espacial de sus electrones. Si dos átomos tienen patrones de electrones complementarios, pueden reaccionar y formar un enlace químico, lo que crea una molécula o compuesto. Como veremos a continuación, la tabla periódica organiza los elementos de modo que reflejen su número y patrón de electrones, lo que la hace útil para predecir la reactividad de un elemento: qué tan probable es que forme enlaces y con qué otros elementos.
Las capas de electrones y el modelo de Bohr
El científico danés Niels Bohr (1885-1962) desarrolló un primer modelo del átomo en 1913. El modelo de Bohr muestra el átomo como un núcleo central compuesto por protones y neutrones, con los electrones en capas circulares a distancias específicas del núcleo, de manera semejante a los planetas que orbitan alrededor del Sol. Cada capa de electrones tiene un nivel de energía diferente, las más cercanas al núcleo son de menor energía que las más lejanas. Por convención, a cada capa se le asigna un número y el símbolo n: la capa de electrones más cercana al núcleo por ejemplo, se denomina 1n. Para moverse entre capas, un electrón debe absorber o liberar una cantidad de energía que corresponda exactamente a la diferencia de energía que hay entre las capas. Por ejemplo, si un electrón absorbe energía de un fotón, puede excitarse y moverse a una capa de mayor energía; por el contrario, cuando un electrón regresa a una capa de menor nivel energético, libera energía, a menudo en forma de calor.
Los átomos, como otras cosas gobernadas por las leyes de la física, tienden a tomar la configuración más estable y de menor energía posible. Así, las capas de electrones de un átomo se rellenan de adentro hacia afuera, donde los electrones llenan las capas de menor energía más cercanas al núcleo antes de moverse hacia las capas exteriores de mayor energía. La capa más cercana al núcleo, 1n, puede contener dos electrones; la segunda, 2n, puede contener ocho, y la tercera, 3n, hasta dieciocho electrones.
El número de electrones de la capa externa de un átomo particular determina su reactividad o tendencia a formar enlaces químicos con otros átomos. A esta capa externa se le conoce como capa de valencia y a los electrones que se encuentran dentro de ella se les llama electrones de valencia. En general, los átomos son más estables, menos reactivos, cuando su capa de electrones externa se encuentra completa. La mayoría de los elementos importantes en la biología necesitan ocho electrones en su capa externa para ser estables y esta regla se conoce como regla del octeto. Algunos átomos pueden ser estables con un octeto incluso cuando su capa de valencia es la capa 3n que puede contener hasta 18 electrones. Veremos por qué ocurre esto cuando expliquemos los orbitales atómicos más adelante.
A continuación se muestran ejemplos de algunos átomos neutros y sus configuraciones electrónicas. En esta tabla, puedes ver que el helio tiene una capa de valencia completa, con dos electrones en su primera y única capa, 1n. De manera similar, el neón tiene una capa externa 2n completa con ocho electrones. Estas configuraciones electrónicas hacen que el helio y el neón sean muy estables. Aunque el argón técnicamente no tiene una capa de valencia completa, ya que la capa 3n puede contener hasta dieciocho electrones, es estable como el neón y el helio porque tiene ocho electrones en su capa 3n y por lo tanto cumple con la regla del octeto. En contraste, el cloro tiene únicamente siete electrones en su capa más externa, mientras que el sodio solo tiene uno. Estos patrones no llenan la capa exterior ni cumplen con la regla del octeto, lo que hace que el cloro y el sodio sean reactivos, ávidos por ganar o perder electrones para alcanzar una configuración más estable.
Configuración electrónica y la tabla periódica
Los elementos en la tabla periódica se ordenan de acuerdo con su número atómico, cuántos protones tienen. En un átomo neutro, el número de electrones será igual al número de protones, de forma que podemos determinar fácilmente el número de electrones a partir del número atómico. Adicionalmente, la posición de un elemento en la tabla periódica —su columna o grupo, y fila o periodo— proporciona información útil sobre cómo están dispuestos sus electrones.
Si consideramos solo las primeras tres filas de la tabla, que incluyen a los principales elementos importantes para la vida, cada fila corresponde al llenado de una capa de electrones diferente: el helio y el hidrógeno colocan sus electrones en la capa 1n, mientras que los elementos de la segunda fila como el Li comienzan a llenar la capa 2n y los elementos de la tercera fila como el Na continúan con la capa 3n. De manera similar, el número de columna de un elemento nos da información acerca de su número de electrones de valencia y su reactividad. En general, el número de electrones de valencia es el mismo dentro de una columna y aumenta de izquierda a derecha dentro de una fila. Los elementos del grupo 1 tienen solo un electrón de valencia y los del grupo 18 tienen ocho, excepto el helio, que solo tiene dos electrones en total. De este modo, el número de grupo puede predecir qué tan reactivo será cada elemento:
- El helio (
- El hidrógeno (
- El flúor (
- El carbono (
Entonces, las columnas de la tabla periódica reflejan el número de electrones que se encuentran en la capa de valencia de cada elemento, lo que a su vez determina cómo va a reaccionar.
Subcapas y orbitales
El modelo de Bohr es útil para explicar la reactividad y la formación de enlaces de muchos elementos pero, en realidad, no da una descripción muy precisa de cómo están distribuidos los electrones en el espacio alrededor del núcleo. Específicamente, los electrones no circundan el núcleo, sino que pasan la mayor parte de su tiempo en regiones del espacio que a veces tienen formas complicadas alrededor del núcleo denominadas orbitales electrónicos. Realmente no podemos saber dónde está un electrón en cualquier momento dado, pero podemos determinar matemáticamente el volumen de espacio en el que es más probable encontrarlo, digamos, el volumen de espacio en el que pasa el 90% de su tiempo. Esta región de alta probabilidad es lo que conforma un orbital y cada orbital puede contener hasta dos electrones.
Así que, ¿cómo encajan estos orbitales definidos matemáticamente con las capas de electrones del modelo de Bohr? Podemos dividir cada capa de electrones en una o más subcapas, que simplemente son conjuntos de uno o más orbitales. Las subcapas se designan con las letras
La primera capa de electrones, 1n, corresponde a un solo orbital
La segunda capa de electrones, 2n, contiene otro orbital esférico
La tercera capa de electrones, 3n, también tiene un orbital
Aunque las capas de electrones y los orbitales están estrechamente relacionados, los orbitales proporcionan una imagen más precisa de la configuración electrónica de un átomo. Esto es porque los orbitales realmente especifican la forma y posición de las regiones del espacio que ocupan los electrones.
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¿Por qué los metales de transcisión deben hacer su configuración electrónica de la órbita más alejada a la más cercana?(12 votos)
Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos electrones por orbital, según el principio de construcción de Aufbau.(8 votos)
Si los electrones de valencia son los que determinan la configuración electrónica, es decir, el modo en que reaccionaran con otros elementos, entonces el Silicio al combinarse con el Hidrógeno podría hacer una molécula de Metano igual que el Carbono?(6 votos)
claro por que el carbono tiene casi las mismas caracteristicas de silicio , poreso algunos sientificos creen que posiblemente hay una vida en otras planetas basada en el silicio y como todo sabemos la vida en la tierra esta basada en el carbono(7 votos)
que componentes son mas importantes(6 votos)
el hidrogeno , fosforo , oxigeno , yodo , litio , plata , oro .(7 votos)
¿Cómo sería la configuración electrónica completa?(6 votos)- la configuracion mas comleta que puedes tener es del Og(ogneson)(2 votos)
- Los esquemas de los átomos número atomico del 11-18
POR FAVOR !!
AYUDA!
Necesito esto en 5 minuthoos !! D:(2 votos)
6 años y nadie le responde :( (yo tampoco sé xd)(6 votos)
¿Porque el Talio en el grupo 3A tiene valencia de 3 y 1?(4 votos)- el talio tiene dos electones de valencia por son los mas lejanos(1 voto)
- ¿Cuál es el número de orbitales ocupados por el cloro?(3 votos)
Holap, para saber esto solamente necesitas saber el numero atómico del elemento (Z) y manejar el tema de: Configuración electronica
Vale, mira. Si el Cloro tiene de numero atómico 17 (entonces también tendrá 17 electrones. Entonces empecemos su configuración electrónica:
1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁵
Vale, que llegue hasta 3 indica que tiene 3 niveles de energía (3 orbitales)
-El primer nivel (1): Tendrá 2 electrones
-El segundo nivel (2): Tendrá 2+6 = 8 electrones
-El tercer nivel (3): Tendrá: 2+5 = 7 electrones(4 votos)
que es la materia y de que se compone(2 votos)
Ls materia es todo lo que ocupa espacio y pesa. La parte mas pequeña de la materia son las partículas, de eso se compone.(1 voto)
- que componentes de la tabla periódica se utilizan mas en la vida cotidiana ?(2 votos)
- Hidrogeno (H): procesamiento de combustibles fósiles.
Litio (Li): esmaltes para porcelana.
Sodio (Na): Junto al cloro (Cl) forman el Cloruro de Sodio (NaCl) o sal la cual es esencial para la vida.(2 votos)
- ¿que es la tabla periodica?(1 voto)
La tabla periodica tiene todos los elementos del universo. Un elemento es una sustancia que tiene solo un tipo de atomo. En la table periodica, los elementos se ordenan en creciente numero atomico.
No hablo espanol muy bien, lo siento.(3 votos)