La configuración electrónica
En el laboratorio de la escuela, Valentina ve que el sodio se guarda sumergido en aceite porque reacciona con casi todo. En la lamparita del pasillo, en cambio, hay argón, que prácticamente no reacciona con nada. Los dos son átomos con muchos electrones. ¿Qué tienen de distinto para comportarse así? La respuesta no está en cuántos electrones tienen, sino en cómo están distribuidos.
Los niveles de energía
En el modelo que usamos en el curso, los electrones giran alrededor del núcleo en niveles de energía. Se numeran $n = 1, 2, 3, \dots$ desde el más cercano al núcleo hacia afuera. Cuanto más lejos del núcleo, más energía tiene el electrón y más débilmente está unido.
Cada nivel tiene un máximo de electrones que puede alojar:
Es como un edificio donde cada piso tiene un número limitado de departamentos, y los pisos de arriba son más grandes.
Los electrones de un átomo se distribuyen en niveles de energía alrededor del núcleo, y cada nivel puede alojar un número máximo de electrones que se calcula con la…
Los electrones de un átomo se distribuyen en niveles de energía alrededor del núcleo, y cada nivel puede alojar un número máximo de electrones que se calcula con la expresión $2n^2$, donde $n$ es el número del nivel. Calculá cuántos electrones caben como máximo en el nivel $1$, en el nivel $2$ y en el nivel $3$.
Cómo escribir la distribución electrónica
La distribución electrónica (o configuración por niveles) indica cuántos electrones hay en cada nivel, de adentro hacia afuera, separados por comas: $2, 8, 1$.
Un átomo neutro tiene tantos electrones como protones, o sea $Z$ electrones. Para repartirlos:
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Llená el nivel 1 hasta 2 electrones.
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Seguí con el nivel 2 hasta 8.
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Seguí con el nivel 3, y después con el nivel 4, siempre llenando primero los niveles internos.
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Pará cuando hayas ubicado los $Z$ electrones.
¿Por qué? Los átomos con 8 electrones en el último nivel son muy estables (es el caso de los gases nobles, como el argón). Cuando el tercer nivel llega a 8, el átomo ya tiene una estructura estable, y los electrones que siguen se ubican en un nivel nuevo.
El sodio ($Z = 11$) es uno de los componentes de la sal de mesa que usamos todos los días para condimentar las comidas. Escribí su distribución de electrones por…
El sodio ($Z = 11$) es uno de los componentes de la sal de mesa que usamos todos los días para condimentar las comidas. Escribí su distribución de electrones por niveles, con el formato $2, 8, \dots$, e indicá cuántos electrones tiene en su último nivel.
El argón ($Z = 18$) es un gas que se usa para llenar algunas lamparitas, porque casi no reacciona con otras sustancias. Escribí su distribución de electrones por niveles…
El argón ($Z = 18$) es un gas que se usa para llenar algunas lamparitas, porque casi no reacciona con otras sustancias. Escribí su distribución de electrones por niveles e indicá en qué período de la tabla periódica se encuentra, sabiendo que el período coincide con la cantidad de niveles ocupados.
El calcio ($Z = 20$) es el mineral que forma parte de los huesos y de los dientes, y está presente en la leche y sus derivados. a) Escribí su distribución de electrones…
El calcio ($Z = 20$) es el mineral que forma parte de los huesos y de los dientes, y está presente en la leche y sus derivados.
- a) Escribí su distribución de electrones por niveles.
- b) Un estudiante propone que la distribución es $2, 8, 10$, porque el tercer nivel admite hasta $18$ electrones según $2n^2$. Explicá por qué esa distribución no es la correcta para el calcio en el modelo que estudiamos en el curso y escribí la que corresponde.
El último nivel, el período y el grupo
La distribución electrónica te dice dónde está el elemento en la tabla periódica:
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Período = número de niveles ocupados (la cantidad de números de la distribución).
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Grupo = depende de los electrones del último nivel (electrones de valencia). Con la tabla de 18 grupos:
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Con 1 o 2 electrones en el último nivel: grupo 1 o grupo 2.
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Con 3 a 8 electrones en el último nivel: grupo $10 + $ (electrones del último nivel), o sea 13, 14, 15, 16, 17 o 18.
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El helio ($2$) es una excepción: tiene el nivel 1 completo y está en el grupo 18.
Los elementos de un mismo grupo tienen igual cantidad de electrones en el último nivel, por eso se parecen en su comportamiento. Los electrones del último nivel son los que están unidos más débilmente: son los que intervienen en las reacciones.
Probá cambiar los protones y los electrones en el interactivo y observá cómo se reparten por niveles.
El aluminio ($Z = 13$) es el metal de las latas de gaseosa y de los marcos de muchas ventanas. a) Escribí la distribución de sus electrones por niveles. b) Indicá en qué…
El aluminio ($Z = 13$) es el metal de las latas de gaseosa y de los marcos de muchas ventanas.
- a) Escribí la distribución de sus electrones por niveles.
- b) Indicá en qué período y en qué grupo de la tabla periódica se ubica, sabiendo que el número de electrones del último nivel permite determinar el grupo (1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 o 18).
Una estudiante de un laboratorio escolar de La Plata recibe tres átomos neutros sin rótulo. Sabe que sus distribuciones electrónicas son: Átomo X: $2, 8, 1$ Átomo Y:…
Una estudiante de un laboratorio escolar de La Plata recibe tres átomos neutros sin rótulo. Sabe que sus distribuciones electrónicas son:
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Átomo X: $2, 8, 1$
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Átomo Y: $2, 8, 8$
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Átomo Z: $2, 8, 7$
- a) Determiná el número atómico $Z$ de cada uno y el período y el grupo en que se ubican.
- b) Ordenalos de menor a mayor según su tendencia a reaccionar y justificá tu orden a partir del último nivel de cada uno.
- c) Indicá qué ion es esperable que forme el átomo X y escribí su distribución electrónica.
Distribución electrónica de los iones
Los átomos tienden a quedar con 8 electrones en su último nivel (regla del octeto; el nivel 1 completo con 2 también es estable). Para lograrlo pueden perder o ganar electrones y convertirse en iones.
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Si pierde electrones, queda con carga positiva: catión. Es una oxidación.
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Si gana electrones, queda con carga negativa: anión. Es una reducción.
Lo escribimos con hemi-ecuaciones, donde se conserva la carga:
$$\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + 1\,e^{-}$$ $$\text{Cl} + 1\,e^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-}$$El número de protones no cambia; solo cambia la cantidad de electrones. Un ion de carga $q$ tiene $Z - q$ electrones (con $q$ positiva para cationes y negativa para aniones).
Fijate que cuando un átomo pierde todos los electrones de su último nivel, el nivel anterior pasa a ser el último y ya está completo.
El oxígeno ($Z = 8$) es el gas que respiramos, y el ion óxido, $\text{O}^{2-}$, aparece en muchos minerales, como los de las rocas de las Sierras de Córdoba. a) Escribí…
El oxígeno ($Z = 8$) es el gas que respiramos, y el ion óxido, $\text{O}^{2-}$, aparece en muchos minerales, como los de las rocas de las Sierras de Córdoba.
- a) Escribí la distribución de electrones del átomo neutro de oxígeno.
- b) Calculá cuántos electrones tiene el ion $\text{O}^{2-}$ y escribí su distribución por niveles.
- c) Explicá qué cambió en el último nivel al formarse el ion.
El magnesio ($Z = 12$) se usa en las aleaciones livianas y también en los fuegos artificiales, porque arde con una llama blanca muy brillante. El potasio ($Z = 19$) es…
El magnesio ($Z = 12$) se usa en las aleaciones livianas y también en los fuegos artificiales, porque arde con una llama blanca muy brillante. El potasio ($Z = 19$) es un nutriente que se encuentra en las bananas. Ambos pueden formar iones positivos.
- a) Escribí la distribución electrónica de los átomos neutros de magnesio y de potasio.
- b) Escribí la distribución electrónica del ion $\text{Mg}^{2+}$ y la del ion $\text{K}^{+}$, indicando cuántos electrones perdió cada átomo.
- c) Comparando las distribuciones de los dos iones con la de algún átomo neutro de $Z \le 20$, analizá qué tienen en común y explicá por qué esa característica hace que estos iones sean estables.
Volvamos al principio: el argón tiene la distribución $2, 8, 8$, con el último nivel completo, y por eso casi no reacciona. El sodio ($2, 8, 1$) tiene un solo electrón en el último nivel, que pierde con mucha facilidad; por eso reacciona con casi todo y se guarda bajo aceite. El comportamiento depende del último nivel.