Configuración electrónica (principiante)

¿Alguna vez te has preguntado cómo se construye un átomo? ¿Cómo es posible que algo tan pequeño pueda ser tan complejo? Bueno, la estructura electrónica de los átomos es la respuesta a estas preguntas.

En este post, vamos a explorar la estructura electrónica de los átomos de una manera simple. Aprenderás sobre los diagramas de capas de electrones, cómo se organizan los electrones en ellas y cómo afectan las propiedades químicas de los elementos.

1. Configuración electrónica

Podemos representar la estructura del átomo de dos maneras: utilizando diagramas de capas de electrones o escribiendo una notación especial llamada configuración electrónica o estructura electrónica.

2. Diagramas de capas de electrones

Los primeros modelos de la estructura electrónica de los átomos fueron desarrollados a principios del siglo XX. El modelo de Bohr, desarrollado por Niels Bohr en 1913, fue uno de los primeros modelos exitosos. Este modelo describe los electrones como partículas que orbitan el núcleo del átomo en órbitas circulares y es el que vamos a utilizar en esta ocasión.

En 1926, Erwin Schrödinger desarrolló la ecuación de Schrödinger, que es una ecuación matemática que describe el comportamiento de los electrones en los átomos. La ecuación de Schrödinger permitió a los científicos desarrollar modelos más precisos de la estructura electrónica de los átomos y lo estudiaremos en una publicación posterior.

• Según el modelo de Bohr, los electrones orbitan el núcleo en capas (o niveles de energía) y cada capa tiene una cantidad definida y distinta de energía asociada a ella.
• Cuanto más lejos del núcleo, más energía tiene una capa.
• Los electrones llenan la capa más cercana al núcleo y cuando una capa se llena, se deben agregar electrones adicionales a la siguiente capa.
• La primera capa puede contener 2 electrones
• La segunda capa puede contener 8 electrones
• Para facilitar la comprensión del tema, en este post para principiantes, se usa un modelo simplificado que sugiere que la tercera capa puede contener 8 electrones, aunque en realidad puede contener muchos más.
• Lo anterior es cierto para los primeros 20 elementos de la tabla periódica, una vez que la tercera capa tiene 8 electrones, la cuarta capa comienza a llenarse. Sin embargo, cuando estudiemos el resto de los elementos de la tabla periódica en un post para nivel avanzado, veremos cómo se comportan las siguientes capas de electrones.
• La capa externa de un átomo es la capa de valencia y un átomo es mucho más estable si tiene completamente llena de electrones esta capa.

• La disposición de los electrones en las capas también se puede explicar utilizando números.
• En lugar de dibujar diagramas de capas de electrones, el número de electrones en cada capa de electrones se puede escribir, separados por comas.
• Esta notación se llama configuración electrónica (o estructura electrónica). Por ejemplo, el carbono tiene 6 electrones, 2 en la primera capa y 4 en la segunda, por lo tanto su configuración electrónica es 2,4
• Las configuraciones electrónicas también se pueden escribir para iones. Por ejemplo, un átomo de sodio tiene 11 electrones, un ion de sodio ha perdido un electrón, por lo tanto, tiene 10 electrones; 2 en la primera capa y 8 en la segunda y su configuración electrónica es 2,8.

Nota: Aunque el tercer nivel puede contener hasta 18 electrones, el llenado de los niveles sigue un patrón más complicado después del potasio y el calcio. Para estos dos elementos, el tercer snivel posee 8 y los electrones restantes (por razones de estabilidad) ocupan el cuarto nivel primero antes de llenar la tercera capa.

3. Capas de electrones y la tabla periódica

• Existe una relación directa entre la configuración electrónica y cómo se diseña la tabla periódica.
• El número de anotaciones en la configuración electrónica mostrará el número de capas ocupadas de electrones que tiene el átomo, que muestra el período en el que ese elemento está.
• La última notación muestra el número de electrones externos o electrones de valencia que tiene el átomo, que muestra el grupo en ese elemento (para elementos en los grupos I a VII).
• Los elementos en el mismo grupo tienen el mismo número de electrones en la capa de valencia.

Período: los números rojos en la parte inferior muestran el número de anotaciones que es 3, lo que demuestra que un átomo de cloro tiene 3 capas ocupadas de electrones y está en el período 3

Grupo: La notación final, que es 7 en el ejemplo, muestra que un átomo de cloro tiene 7 electrones externos y está en el grupo VII

• En la mayoría de los átomos, la capa más externa no está llena y, por lo tanto, estos átomos reaccionan con otros átomos para lograr llenar su última capa de electrones (lo que los haría más estable).
• En algunos casos, los átomos pierden electrones para vaciar por completo la capa de valencia, con lo que la capa interna se convierta en una capa exterior (completa).
• Todos los elementos desean llenar sus capas exteriores con electrones, ya que esta es una configuración mucho más estable.

4. Los gases nobles 

• Los átomos de los elementos del Grupo VIII (los gases nobles) tienen su capa de valencia llena de electrones.
• Todos los gases nobles son inertes (no reactivos) ya que tienen sus capas exteriores llenas y, por lo tanto, son muy estables.

5. Hoja de trabajo con preguntas de práctica y sus respuestas

Aquí accedes a una hoja de trabajo con preguntas de práctica extraídas de exámenes estandarizados de química y sus respectivas respuestas.

La estructura electrónica de los átomos es un tema fascinante que nos ayuda a comprender mejor el mundo que nos rodea. A través de la estructura electrónica, podemos explicar las propiedades de los elementos y cómo interactúan entre sí.

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