Estructura Electrónica y Tabla Periódica

Sabiendo que los átomos no son indivisibles sino que están formados por partículas subatómicas con cargas eléctricas y masas características, y con nuevos experimentos que evidenciaban que en los átomos había concentraciones de masa y grandes espacios vacíos, el físico neozelandés Ernest Rutherford1871-1937), y el científico danés Henrik David Niels Bohr (1885-1962), propusieron, a principios del presente siglo, los llamados modelos planetarios o nucleares para los átomos.

Ernest Rutherford Henrik David Niels BohrEn estos modelos se plantean como puntos fundamentales que los átomos tienen una parte central llamada núcleo en la que reside la casi totalidad de la masa del átomo. El núcleo está cargado positivamente es decir, los protones están en el núcleo del átomo. Los electrones giran alrededor del núcleo.En el modelo de Bohr los electrones se acomodan en capas alrededor del núcleo. Cada capa tiene una energía distinta, los electrones sólo pueden tener la energía correspondiente a la capa en que se encuentran y ninguna otra. Por esta razón, a las capas de Bohr se les llama también niveles de energía.Al hecho de que los electrones no puedan tomar cualquier valor de energía se le conoce como cuantización de la energía; a la vez se dice que la energía de los electrones en los átomos está cuantizada.El modelo atómico de Bohr es por tanto un modelo cuántico.Conviene en este punto hacer la observación de que las energías de los electrones en los átomos son siempre negativas, o sea se encuentran por debajo del cero de energías. Esto es así debido a una convención en Electrostática que establece que las energías de atracción (unión) son negativas. Las cargas de diferente signo se atraen (como es el caso de los electrones cargados negativamente y el núcleo atómico cargado positivamente) por lo tanto las energías son negativas. Si las partículas tuvieran cargas del mismo signo se repelerían y el signo de la energía (siguiendo la misma convención) sería positivo.Por lo tanto, el estado de menor energía de un átomo sería aquel en el que el valor de las energías de los electrones sumadas nos diera

el valor más negativo.Las capas de Bohr se denominan alfabéticamente a partir de la letra K empezando por la más interna (energía más negativa) y, de acuerdo con la teoría, no pueden contener cualquier número de electrones.

CAPA NUMERO MAXIMO DE ELECTRONES

K 2L 8M 18N 32

Número máximo de electrones para algunas capas de Bohr.

Como se dijo anteriormente, los átomos son eléctricamente neutros; por lo que el número de protones debe ser igual al número de electrones; de esto se deduce que el Hidrógeno que tiene número atómico uno, tendría un solo electrón en la capa K y que el Oxígeno (Z=8) tendría 2 electrones en la capa K y 6 electrones en la capa L. En la tabla 8 se presenta la distribución electrónica para algunos átomos de acuerdo con el modelo de Bohr. Representación esquemática de las capas de Bohr para algunos elementos.

Átomo Símbolo

Número Atómico (Z)

K L M N P

Hidrógeno H 1 1Helio He 2 2Litio Li 3 2 1Berilio Be 4 2 2Boro B 5 2 3Carbono C 6 2 4Nitrógeno N 7 2 5Oxígeno O 8 2 6Flúor F 9 2 7Neón Ne 10 2 8Sodio Na 11 2 8 1Magnesio Mg 12 2 8 2Aluminio Al 13 2 8 3Silicio Si 14 2 8 4Fósforo P 15 2 8 5Azufre S 16 2 8 6Cloro Cl 17 2 8 7Argón Ar 18 2 8 8Potasio K 19 2 8 8 1Calcio Ca 20 2 8 8 2

Escandio Sc 21 2 8 9 2Titanio Ti 22 2 8 10 2Vanadio V 23 2 8 11 2Cromo Cr 24 2 8 12 2Manganeso Mn 25 2 8 13 2Hierro Fe 26 2 8 14 2Cobalto Co 27 2 8 15 2Níquel Ni 28 2 8 16 2Cobre Cu 29 2 8 17 2Zinc Zn 30 2 8 18 2Galio Ga 31 2 8 18 3Germanio Ge 32 2 8 18 4Arsénico As 33 2 8 18 5Selenio Se 34 2 8 18 6Bromo Br 35 2 8 18 7Kriptón Kr 36 2 8 18 8Rubidio Rb 37 2 8 18 8 1Estroncio Sr 38 2 8 18 8 2

Estructura de capas para algunos elementos de acuerdo con el modelo de Bohr.

Representación esquemática de las capas de Bohr.Nótese que aunque se postula un número máximo de electrones para cada capa, no hay una regla clara para la distribución de los electrones en las mismas. Trataremos de subsanar este problema posteriormente.

La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía. Aunque el modelo de Scrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.

La manera de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo, es a través de la configuración electrónica. El orden en el que se van llenando los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello debes seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha podrás ir completando los orbitales con los electrones en forma correcta.

Regla de Octeto

Esta regla indica que cuando se van a enlazar dos átomos iguales, los electrones de valencia de éstos se organizan de tal manera que, al formar el enlace por compartición de pares de electrones, cada uno de los átomos al final adopta una estructura de gas noble, quedando ambos rodeados de 8 electrones en sus últimos niveles de energía. Cuando se trata de átomos diferentes, el elemento más electronegativo o no metálico es el que se rodea de ocho electrones.

Esta Regla tiene algunos excepciones  como es el caso de que no se aplica en la formación de enlaces con pares de átomos de

hidrógeno.

Aplicación de la regla dl octeto con átomos de elementos diferentes: