Sabemos que a partir de los átomos obtenemos elementos y compuestos. Así un elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales y un compuesto es la sustancia que está formada por átomos distintos combinados en proporciones fijas. Hasta 1700 solo se conocían 12 elementos, pero a lo largo del s. XIX y XX se fueron descubriendo todos los que hasta ahora conocemos, 118 elementos. Surge por lo tanto el problema de clasificarlos.
1. Primera clasificación de los elementos: Atendiendo a su aspecto y propiedades físicas pueden ser metales y no metales.
Metales Poseen un brillo característico. Son opacos. Buenos conductores del calor y la corriente eléctrica. Maleables y dúctiles, es decir, pueden formar láminas delgadas y alambres Con la excepción del mercurio, son sólidos a temperatura ambiente, y la mayoría tiene elevados puntos de fusión. Tienden a perder electrones. Poseen estructura cristalina. Ejemplos: oro, cobre, aluminio, estaño.
No metales No tienen brillo metálico. Malos conductores del calor y la electricidad. A temperatura ambiente pueden ser sólidos, líquidos o gases. En estado sólido son frágiles. En general, los sólidos tienen puntos de fusión bajos, y los líquidos tienen punto de ebullición también bajos. Tienden a captar electrones. Ejemplos: azufre(s), bromo(l), flúor(g), yodo(s)
Hay un tercer grupo: los gases nobles:
Están en la naturaleza como átomos aislados
Son gases a temperatura ambiente.
Son muy estables, no forman compuestos. No gana ni pierden electrones.
Ejemplos: Helio, Neón (que se usa en los tubos fluorescentes “luces de neón”), Argón, Radón
2. Tabla periódica y símbolos. En la actualidad los elementos están ordenados por sus números
atómicos en filas (periodos) y columnas (grupos), de menor a mayor número atómico, de modo que en
la misma columna están elementos con propiedades químicas semejantes. Cada recuadro corresponde
a un elemento químico. En él consta su símbolo, el nombre del elemento, el número atómico y la masa
atómica en uma (u; 1 u = 1,66.10-24 gramos)
Grupos e períodos notables
_ El grupo 1 (Li, Na, K... ) son los elementos alcalinos (excepto el hidrógeno).
_ El grupo 2 (Be, Mg... ) son los alcalinoterreos.
_ Del grupo 3 hasta el 12 son los metales de transición.
_ El grupo 18 son los gases nobles o gases inertes.
_ El grupo 17 son los halógenos,
En la tabla periódica, entre los datos que encontramos de cada uno de los elementos se hallan elNúmero atómico y la Estructura electrónica o Distribución de electrones en niveles.
El Número atómico nos indica la cantidad de electrones y de protones que tiene un elemento.
La Estructura electrónica o Distribución de electrones en niveles indica cómo se distribuyen los electrones en los distintos niveles de energía de un átomo (lo que vimos más arriba con la regla de las diagonales).
Pero, si no tengo la tabla periódica para saber cuantos electrones tengo en cada nivel, ¿cómo puedo hacer para averiguarlo?
La regla de las diagonales ofrece un medio sencillo para realizar dicho cálculo.
Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:
Saber el número de electrones que tiene el átomo; para ello basta conocer el número atómico (Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro es igual al número atómico (Z).
Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía, comenzando desde el nivel más cercano al núcleo (nivel 1). Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-).
Supongamos que tenemos que averiguar la Distribución electrónica en el elemento sodio, que como su número atómico indica tiene 11 electrones, los pasos son muy sencillos: debemos seguir las diagonales, como se representan más arriba.
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| Ilustración simplificada de un átomo. |
En el ejemplo del sodio sería: 1s2, como siguiendo la diagonal no tengo nada busco la siguiente diagonal y tengo 2s2, como siguiendo la diagonal no tengo nada busco la siguiente diagonal y tengo 2p6, siguiendo la diagonal tengo 3s2.
Siempre debo ir sumando los superíndices, que me indican la cantidad de electrones. Si sumo los superíndices del ejemplo, obtengo 12, quiere decir que tengo un electrón de más, ya que mi suma para ser correcta debe dar 11, por lo que al final debería corregir para que me quedara 3s1.
Por lo tanto, para el sodio (11 electrones), el resultado es: 1s2 2s2 2p6 3s1
Primer nivel: 2 electrones (los 2 en subnivel s, en un orbital);
Segundo nivel: 8 electrones (2 en subnivel s, en un orbital, y 6 en subnivel p, con 2 en cada uno de sus 3 orbitales);
tercer nivel: 1 electrón (ubicado en el subnivel s, en un orbital).
Segundo nivel: 8 electrones (2 en subnivel s, en un orbital, y 6 en subnivel p, con 2 en cada uno de sus 3 orbitales);
tercer nivel: 1 electrón (ubicado en el subnivel s, en un orbital).
En la tabla periódica podemos leer, respecto al sodio: 2 - 8 - 1
Otros ejemplos:
CLORO: 17 electrones
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
1º nivel: 2 electrones
2º nivel: 8 electrones 3º nivel: 7 electrones En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 7 |
MANGANESO: 25 electrones
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
1º nivel: 2 electrones
2º nivel: 8 electrones 3º nivel: 13 electrones 4º nivel: 2 electrones En la tabla periódica podemos leer: 2 - 8 - 13 – 2 |
El superíndice es el número de electrones de cada subnivel (recordando siempre que en cada orbital del subnivel caben solo dos electrones).
El Número máximo de electrones por nivel es 2(n)2 (donde n es la cantidad de subniveles que tiene cada nivel).
Supongamos que deseamos conocer la configuración electrónica de la plata, que iene 47 electrones.Hagamos un ejercicio:
Por lo ya aprendido, sabemos que el orden de energía de los orbitales es 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, etc.
En cada subnivel s (que tienen sólo un orbital) cabrán dos electrones.
En cada subnivel p (que tienen 3 orbitales) cabrán 6 electrones.
En cada subnivel d (que tienen 5 orbitales) cabrán 10 electrones.
En cada subnivel f (que tienen 7 orbitales) cabrán 14 electrones.
Siguiendo esta regla debemos colocar los 47 electrones del átomo de plata, la cual debe quedar así::
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d9
donde sólo se han puesto 9 electrones en los orbitales d (que son cinco) de la capa cuarta para completar, sin pasarse, los 47 electrones de la plata.
aclara o explica cómo determinar la configuración electrónica de un átomo o de un ión:
1.- Conocer su número atómico (sacado de la tabla periódica).
2.- La carga (del átomo o del ión) está dada por número de protones menos (–) número de electrones.
3.- El número de protones es igual al número atómico del elemento (átomo o ión).
4.- En cada átomo hay (en estado eléctrico neutro) igual número de protones que de electrones.
Por ejemplo, el ión Mg+2 (magnesio más dos), averiguamos o sabemos que su número atómico (Z) es 12, significa que tiene 12 protones y debería tener 12 electrones, pero como el ión de nuestro ejemplo (Mg+2) tiene carga +2 (porque perdió o cedió 2 electrones), hacemos
12 (protones) – X = 2
Por lo tanto X (número de electrones del ión Mg+2) es igual a 10,
El ión Mg+2 tiene 10 electrones.
¿Cómo se determina su configuración electrónica o lo que es lo mismo cómo se distribuyen esos electrones en los orbitales del átomo?
Empezamos por el nivel inferior (el más cercano al núcleo): 1, que sólo tiene un orbital s, y sabemos que cada orbital tiene como máximo 2 electrones (1s2).
Pasamos al segundo nivel, el 2, en el cual encontramos orbitales s (uno) y orbitales p (tres) (2s y 2p 2p 2p).
En 2s hay sólo 2 electrones: 2s2 y en cada 2p hay dos electrones: 1s2 2s2 2p6 (este 2p6 es los mismo que 2p2 + 2p2 + 2p2= 2p6)
Otro ejemplo:
Configuración electrónica del fósforo (P)
Nº atómico Z = 15
15 protones y 15 electrones
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Relación de la Configuración electrónica con la Tabla Periódica
De modo inverso, si tenemos o conocemos la configuración electrónica de un elemento podemos predecir exactamente el número atómico, el grupo y el período en que se encuentra el elemento en la tabla periódica.
Por ejemplo, si la configuración electrónica de un elemento es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5, podemos hacer el siguiente análisis:
Para un átomo la suma total de los electrones es igual al número de protones; es decir, corresponde a su número atómico, que en este caso es 17. El período en que se ubica el elemento está dado por el máximo nivel energético de la configuración, en este caso corresponde al período 3, y el grupo está dado por la suma de los electrones en los subniveles s y p del último nivel; es decir, corresponde al grupo 7.
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