Capas de electrones
Capas de electrones
Definición
Una capa electrónica, capa de electrones o cubierta de electrones designa a la distribución de un orbital alrededor del núcleo de un átomo. Cada capa puede contener un cierto número máximo de electrones y está asociada con un particular rango de energía en función de su distancia al núcleo. [1]
Cada capa puede contener solo un número fijo de electrones: la primera capa puede contener hasta dos electrones, la segunda capa puede contener hasta ocho (2 + 6) electrones, la tercera capa puede contener hasta 18 (2 + 6 + 10) y así. La fórmula general es que la capa n puede, en principio, contener hasta 2 (n2) electrones [1].
Configuración electrónica
Indica la forma en la cual los electrones se estructuran u organizan en un átomo, de acuerdo con el modelo de capas electrónicas, que expresa a las funciones de onda del sistema como un producto de orbitales antisimetrizado. Determina las propiedades totales de combinación química de los átomos, y por lo tanto, su posición en la tabla periódica de los elementos.[1]
Distribución electrónica
Obtenida de: Diagrama de Moeller
Entonces, es posible describir la estructura electrónica de los átomos estableciendo el subnivel o distribución orbital de sus electrones. Un subnivel s se puede llenar con 1 o 2 electrones. Un subnivel p puede contener de 1 a 6 electrones; un subnivel d, de 1 a 10 electrones y un subnivel f, de 1 a 14 electrones. Los electrones se colocan primero en los subniveles de menor energía y cuando estos están completamente ocupados, se usa el siguiente subnivel con energía superior. Esto se puede representar por la siguiente tabla [1]:
Para encontrar la configuración electrónica se usa el mismo procedimiento anterior incluyendo esta vez el número máximo de electrones para cada orbital.
Simbología
Las capas electrónicas son numeradas correlativamente, partiendo de la más cercana al núcleo, y se identifican mediante letras:
- Capa K, n = 1, es la más interior, presente en todos los elementos químicos.
- Capa L, n = 2
- Capa M, n = 3
- Capa N, n = 4
- Capa O, n = 5
Número de electrones
La cantidad de electrones de un átomo en su estado base es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo, es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0 [2].
El número máximo de electrones que puede contener una capa n es 2n² (hasta la capa N) [3].Número de electrones por capa
(1ª) Capa K hasta 2 electrones
(2ª) Capa L hasta 8 electrones
(3ª) Capa M hasta 18 electrones
(4ª) Capa N hasta 32 electrones
(5ª) Capa O hasta 32 electrones
La cantidad de capas de un átomo depende de su número total de electrones. Los electrones se disponen con prioridad en la capa más cercana al núcleo hasta que esta se satura (se alcanza su número máximo de electrones), los electrones restantes se colocan en la siguiente capa hasta que está saturada y así sucesivamente, hasta que ya no hay electrones [3].
Obtenida de: https://print.hpeasystart.com
Ejemplos, un átomo de hidrógeno, que tiene un electrón, solo tiene una capa, la capa K que está parcialmente llena (un electrón de un máximo de dos). En un átomo de helio, que tiene dos electrones, ambos se distribuyen en la capa K que queda completamente llena (dos electrones de un máximo de dos). Por lo tanto, el átomo de litio, que tiene tres electrones, tiene una capa K saturada (con los dos primeros electrones), y una capa L que contiene el tercer electrón [3].
Los primeros elementos que tendrían más de 32 electrones en una capa pertenecerían al bloque g del período 8 de la tabla periódica. Estos elementos tendrían algunos electrones en su subcapa de 5g y, por lo tanto, tendrían más de 32 electrones en la capa O (quinta capa electrónica principal).
Subcapas
En un átomo complejo las energías y órbitas de los electrones individuales no coinciden con las del átomo hidrogenoide con carga Ze . Esto es debido a que los electrones interaccionan y se repelen entre ellos. El efecto principal de la repulsión consiste en un incremento de la energía de cada estado con respecto a la del átomo hidrogenoide [4].
La presencia de los otros electrones apantalla parcialmente la carga nuclear, de manera que los electrones observarán en general una carga neta menor. Este efecto es mayor para las capas más externas o con mayor valor del momento angular [4]..
Por ejemplo, la primera capa (K) tiene una subcapa, llamada 1s; la segunda capa (L) tiene dos subniveles, llamados 2s y 2p; la tercera capa (M) tiene 3s, 3p y 3d; la cuarta (N) tiene las subcapas 4s, 4p, 4d y 4f; la quinta capa (O) tiene 5s, 5p, 5d y 5f y teóricamente puede contener más. Los diversos subniveles posibles se muestran en la siguiente tabla [5]:
La siguiente imagen presenta las capas de electrones de elementos en la tabla periódica:
Obtenida de: Capa electrónica. (s/f-b). Wikiwand. Recuperado el 22 de enero de 2024, de https://www.wikiwand.com/es/Capa_electrónica#Media/Archivo:Periodic_Table_of_Elements_showing_Electron_Shells.svg
Referencias
[1] Configuración electrónica. (s/f-b). Wikiwand. Recuperado el 22 de enero de 2024, de https://www.wikiwand.com/es/Configuración_electrónica
[2] López, J. R. (s/f). El átomo. Juntadeandalucia.es. Recuperado el 23 de enero de 2024, de https://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/21700290/helvia/aula/archivos/repositorio/0/42/html/atomo.html
[3] Society, American Chemical (2005). Química, un proyecto de la A.C.S.. Reverte. ISBN 9788429170016. Consultado el 4 de octubre de 2019.[4] (S/f). Ugr.es. Recuperado el 22 de enero de 2024, de https://www.ugr.es/~amaro/radiactividad/tema2/node21.html[5] Jue, T. (2009). «Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods». Fundamental Concepts in Biophysics (en inglés). Berlín: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2.
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