La configuración electrónica
El neón de un letrero luminoso del Vedado no reacciona con nada; el sodio metálico, en cambio, reacciona con violencia en contacto con el agua. Los dos son átomos con electrones, pero se comportan de forma muy distinta. El modelo de Bohr, con electrones girando en órbitas como planetas, no alcanza para explicarlo: hace falta saber cómo se acomodan los electrones en niveles, subniveles y orbitales. Eso es la configuración electrónica.
Del modelo de Bohr al modelo cuántico
Cuando se calienta un gas, cada elemento emite luz solo en ciertos colores (como en los fuegos artificiales del Carnaval). Eso indica que los electrones no pueden tener cualquier energía, sino valores permitidos. El modelo cuántico organiza esos valores.
El orden de llenado
Los subniveles se llenan de menor a mayor energía. Desde el nivel $3$, el subnivel $4s$ tiene menos energía que el $3d$, así que se ocupa antes. Basta con que conozcas este orden; el diagrama de Moeller es una ampliación.
Escribir la configuración electrónica de un átomo
El número atómico $Z$ es el número de protones; en un átomo neutro también es el número de electrones. Para escribir la configuración, se reparten esos $Z$ electrones en los subniveles, en el orden de las diagonales y sin pasar de la capacidad de cada uno.
Con $17$ protones y $17$ electrones el átomo es neutro. Esos $17$ electrones son los que hay que repartir.
El Sol está hecho sobre todo de hidrógeno ($Z = 1$) y los globos que flotan en las ferias se llenan con helio ($Z = 2$). Escribe la configuración electrónica de cada…
El Sol está hecho sobre todo de hidrógeno ($Z = 1$) y los globos que flotan en las ferias se llenan con helio ($Z = 2$). Escribe la configuración electrónica de cada elemento e indica en qué subnivel se encuentran sus electrones.
Las baterías de los celulares contienen litio ($Z = 3$). a) Escribe su configuración electrónica. b) Explica por qué el tercer electrón no puede ocupar el subnivel $1s$.
Las baterías de los celulares contienen litio ($Z = 3$).
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) Explica por qué el tercer electrón no puede ocupar el subnivel $1s$.
Una sonda espacial analiza la atmósfera de un planeta y encuentra átomos cuya configuración electrónica es $1s^2\ 2s^2\ 2p^4$. a) ¿Cuántos electrones tiene cada uno de…
Una sonda espacial analiza la atmósfera de un planeta y encuentra átomos cuya configuración electrónica es $1s^2\ 2s^2\ 2p^4$.
- a) ¿Cuántos electrones tiene cada uno de esos átomos?
- b) Sabiendo que en un átomo neutro el número de electrones coincide con el número atómico $Z$, ¿de qué elemento se trata?
Un alumno escribe en su libreta que la configuración del sodio ($Z = 11$) es $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^3$. Encuentra el error, explica por qué esa configuración es imposible…
Un alumno escribe en su libreta que la configuración del sodio ($Z = 11$) es $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^3$. Encuentra el error, explica por qué esa configuración es imposible y escribe la configuración correcta.
Electrones de valencia
Se suman todos los electrones del nivel más alto, no solo los del último subnivel escrito.
El carbono ($Z = 6$) está en la mina de los lápices, en el diamante y en todas las moléculas de los seres vivos. a) Escribe su configuración electrónica. b) Indica…
El carbono ($Z = 6$) está en la mina de los lápices, en el diamante y en todas las moléculas de los seres vivos.
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) Indica cuántos electrones de valencia (los electrones de su último nivel) tiene.
Los faroles de luz anaranjada de muchas autopistas son lámparas de vapor de sodio ($Z = 11$). a) Escribe la configuración electrónica del sodio. b) ¿Cuántos electrones…
Los faroles de luz anaranjada de muchas autopistas son lámparas de vapor de sodio ($Z = 11$).
- a) Escribe la configuración electrónica del sodio.
- b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
El cloro ($Z = 17$) se utiliza para desinfectar el agua de las piscinas. a) Escribe su configuración electrónica. b) Indica cuántos electrones de valencia tiene y…
El cloro ($Z = 17$) se utiliza para desinfectar el agua de las piscinas.
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) Indica cuántos electrones de valencia tiene y cuántos le faltan para completar su último nivel.
Último nivel completo: gases nobles y potasio
Volvamos al neón y al sodio. Los gases nobles tienen el último nivel completo (ocho electrones, el octeto), y por eso casi no reaccionan. Los metales alcalinos, como el sodio y el potasio, tienen un solo electrón de valencia.
Los letreros luminosos de muchos bares y cines funcionan con neón ($Z = 10$). a) Escribe su configuración electrónica. b) Comprueba que su último nivel está completo y…
Los letreros luminosos de muchos bares y cines funcionan con neón ($Z = 10$).
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) Comprueba que su último nivel está completo y explica por qué el neón es un gas tan poco reactivo.
Entre los dos cristales de muchas ventanas de doble acristalamiento se encierra argón ($Z = 18$), un gas que no reacciona prácticamente con nada. a) Escribe su…
Entre los dos cristales de muchas ventanas de doble acristalamiento se encierra argón ($Z = 18$), un gas que no reacciona prácticamente con nada.
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) Explica, observando su último nivel, por qué el argón es tan poco reactivo.
El calcio ($Z = 20$) es el mineral de los huesos y de los arrecifes de coral. a) Escribe su configuración electrónica. b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
El calcio ($Z = 20$) es el mineral de los huesos y de los arrecifes de coral.
- a) Escribe su configuración electrónica.
- b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
Configuración de iones
Un átomo puede ganar o perder electrones y convertirse en un ion: el número de protones no cambia, solo el de electrones. Por qué lo hace y qué energía interviene se estudia en ENL-ESTAB; aquí solo necesitas saber escribir la configuración.
Con $11$ protones y $10$ electrones aparece carga $+1$: es el ion $\text{Na}^+$, con la configuración del neón.
El suero fisiológico que se administra en los hospitales contiene iones $\text{Na}^+$. a) Escribe la configuración electrónica del átomo de sodio ($Z = 11$) y la del ion…
El suero fisiológico que se administra en los hospitales contiene iones $\text{Na}^+$.
- a) Escribe la configuración electrónica del átomo de sodio ($Z = 11$) y la del ion $\text{Na}^+$.
- b) ¿Con qué gas noble coincide la configuración del ion?
En la sal de cocina el cloro ($Z = 17$) está presente como ion cloruro, $\text{Cl}^-$. a) Escribe la configuración electrónica del ion $\text{Cl}^-$. b) Comprueba que…
En la sal de cocina el cloro ($Z = 17$) está presente como ion cloruro, $\text{Cl}^-$.
- a) Escribe la configuración electrónica del ion $\text{Cl}^-$.
- b) Comprueba que coincide con la configuración de un gas noble e indica de cuál se trata.
La configuración electrónica de un elemento termina en $3p^5$. a) Escribe su configuración completa y deduce su número atómico. b) ¿Cuántos electrones le faltan para…
La configuración electrónica de un elemento termina en $3p^5$.
- a) Escribe su configuración completa y deduce su número atómico.
- b) ¿Cuántos electrones le faltan para completar el nivel $3$ (incluidos sus orbitales $3d$)?
- c) Predice el ion más probable que formará ese elemento y escribe la configuración de dicho ion.
En la electrónica de celulares y computadoras se utiliza una cerámica muy resistente al calor, el nitruro de aluminio, formado por iones $\text{Al}^{3+}$ y iones…
En la electrónica de celulares y computadoras se utiliza una cerámica muy resistente al calor, el nitruro de aluminio, formado por iones $\text{Al}^{3+}$ y iones $\text{N}^{3-}$ ($Z$: Al = 13, N = 7), como se muestra en la figura.
- a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de los dos iones.
- b) Comprueba que ambos tienen el mismo número de electrones (se dice que son isoelectrónicos).
- c) Explica por qué, teniendo los mismos electrones, uno tiene carga $3+$ y el otro carga $3-$ (piensa en los protones de cada núcleo).
Algunos antiácidos de farmacia contienen óxido de magnesio, $\text{MgO}$, formado por iones $\text{Mg}^{2+}$ e iones $\text{O}^{2-}$ ($Z$: Mg = 12, O = 8). a) Escribe la…
Algunos antiácidos de farmacia contienen óxido de magnesio, $\text{MgO}$, formado por iones $\text{Mg}^{2+}$ e iones $\text{O}^{2-}$ ($Z$: Mg = 12, O = 8).
- a) Escribe la configuración electrónica de cada ion.
- b) Comprueba que los dos iones tienen el mismo número de electrones.
- c) A partir de las configuraciones de los átomos neutros, explica por qué al magnesio le «conviene» perder $2$ electrones y al oxígeno ganar $2$.
Para fundir el hielo de las carreteras en invierno se emplea cloruro de magnesio, $\text{MgCl}2$ ($Z$: Mg = 12, Cl = 17). a) Escribe las configuraciones electrónicas de…
Para fundir el hielo de las carreteras en invierno se emplea cloruro de magnesio, $\text{MgCl}_2$ ($Z$: Mg = 12, Cl = 17).
- a) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos átomos y de sus iones $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Cl}^-$.
- b) Razona, a partir de las cargas de los iones, por qué la fórmula del compuesto es $\text{MgCl}_2$ y no $\text{MgCl}$.
Un ion $\text{X}^{2+}$ tiene la configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$. a) Calcula cuántos electrones tiene el ion y deduce el número atómico del elemento X. b) Un…
Un ion $\text{X}^{2+}$ tiene la configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$.
- a) Calcula cuántos electrones tiene el ion y deduce el número atómico del elemento X.
- b) Un ion $\text{Y}^{-}$ tiene exactamente la misma configuración: deduce también su número atómico.
- c) Con ayuda de la tabla periódica, nombra los elementos X e Y.
Familias con la misma valencia
Átomos con configuraciones de valencia parecidas se comportan de forma parecida. El sodio ($3s^1$) y el potasio ($4s^1$) tienen un solo electrón de valencia, y ambos lo pierden con facilidad para quedar con configuración de gas noble. Por eso reaccionan de modo similar con el agua. Los elementos con el mismo número de electrones de valencia están en la misma columna (grupo) de la tabla periódica de 18 columnas, tema de la siguiente página. Y si conoces el número atómico $Z$ de un átomo o de un ion, la tabla te permite saber de qué elemento se trata.
En los videos de laboratorio se observa que el sodio ($Z = 11$) y el potasio ($Z = 19$) reaccionan con el agua de forma muy parecida, desprendiendo una llama. a) Escribe…
En los videos de laboratorio se observa que el sodio ($Z = 11$) y el potasio ($Z = 19$) reaccionan con el agua de forma muy parecida, desprendiendo una llama.
- a) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
- b) Señala qué tienen en común sus capas de valencia.
- c) Usa ese parecido para explicar por qué los dos elementos se comportan químicamente de forma tan similar.
Las bebidas isotónicas para deportistas contienen, entre otros, iones $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Mg}^{2+}$ ($Z$: K = 19, Ca = 20, Mg = 12). a) Escribe la…
Las bebidas isotónicas para deportistas contienen, entre otros, iones $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Mg}^{2+}$ ($Z$: K = 19, Ca = 20, Mg = 12).
- a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de los tres iones.
- b) ¿Qué tienen en común las tres configuraciones?
- c) Explica, a partir de ese punto en común, por qué a estos tres elementos les resulta tan fácil formar iones positivos.
Vuelve al principio: el neón ($1s^2\ 2s^2\ 2p^6$) tiene su último nivel completo con $8$ electrones y no necesita enlazarse. El sodio ($1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^1$) pierde con enorme facilidad su único electrón de valencia para alcanzar esa misma estabilidad, y de ahí su violenta reacción con el agua.