La configuración electrónica, o la forma en que los electrones se distribuyen en un átomo.

El átomo y su estructura.

Las partículas individuales que componen la materia son los átomos. Todo lo que nos rodea son átomos. Los elementos son la suma de sus átomos: el hierro está hecho de átomos de hierro, el cobre está hecho de átomos de cobre, etc. Entonces, ¿en qué consiste un átomo? La mayoría de nosotros sabemos la respuesta: protones con carga positiva, electrones con carga negativa y neutrones sin carga. ¿Es esta la respuesta correcta? Absolutamente, pero si miramos un átomo como lo hace un químico, respondemos que el átomo consta de dos elementos básicos: el núcleo y la nube de electrones que lo rodea.

Núcleo atómico

El núcleo del átomo es su centro y constituye su parte más importante. Está formado por protones (cargados positivamente) y neutrones (neutros eléctricamente). Estos no son componentes no divisibles. Tanto los protones como los neutrones tienen una estructura interna: están hechos de partículas más pequeñas llamadas quarks. Un protón está formado por dos quarks superiores y un quark inferior. Un neutrón, sin embargo, tiene un quark superior y dos quarks inferiores en su estructura.

Nube de electrones

Un átomo no tiene un borde claramente definido, esto se debe a la presencia de una nube de electrones. Una nube de electrones es la zona de mayor probabilidad de presencia de un electrón (importante: no se puede determinar claramente el camino por el que se mueve el electrón. Solo es posible determinar la probabilidad de encontrarlo en distintas zonas del espacio). Una nube de electrones consiste en electrones que orbitan alrededor de un núcleo atómico. Justo al lado del núcleo, la densidad de la nube de electrones es la más alta, mientras que cuanto más lejos del núcleo, más difusa es la nube.

Descripción cuántica del átomo

El estado de cada electrón en un átomo se describe mediante funciones de onda. Las funciones de onda son una solución matemática a la ecuación de Schrödinger. A su vez, esta ecuación se puede resolver si se introducen varias condiciones básicas. Por esta razón, se han utilizado los números cuánticos. Los números cuánticos que describen de manera única el estado cuántico de cada electrón en un átomo dado se caracterizan brevemente a continuación:

• número cuántico principal n :

es responsable de la energía del electrón. Tiene los valores de los números naturales sucesivos. Puede variar de 1 a infinito. En la práctica, este no es el caso y la mayoría de las veces n oscila entre 1 y 7. Los niveles con el mismo número cuántico principal se denominan capa de electrones.

• número cuántico azimutal l :

define las energías con mayor precisión. El valor del número cuántico azimutal determina la subcapa de una capa atómica dada. La forma de los orbitales atómicos también depende del valor de este número. El número cuántico azimutal tiene valores de cero a ( n -1).

• número cuántico magnético m :

el valor de un número cuántico magnético depende del número cuántico azimutal. El número cuántico magnético m tiene valores de – l a l (incluyendo 0). Gracias al conocimiento del número cuántico magnético se determinan las posiciones mutuas de los orbitales en el espacio, lo que da información sobre el número de orbitales en un subnivel dado.

• número cuántico de espín:

mientras se mueven alrededor del núcleo atómico, los electrones también se mueven alrededor de su propio eje. Este movimiento se llama espín y el número cuántico de espín está asociado con él. Tiene sólo dos valores: + ½ y – ½. Cada orbital atómico puede contener dos electrones con diferente valor del número cuántico de espín. Al describir los números cuánticos, es imposible no mencionar una de las leyes fundamentales de la química, a saber, el principio de exclusión de Pauli . Según este principio, un átomo no puede contener dos electrones con los mismos números cuánticos. Los electrones en el átomo deben diferir en el valor de al menos un número cuántico.

Capas y subcapas de electrones

El núcleo atómico está rodeado por una nube de electrones en la que, con cierta probabilidad, se puede encontrar un electrón. Estos electrones están dispuestos en capas de electrones apropiadas. En pocas palabras, las capas de electrones son niveles con el mismo número cuántico principal n . La capa más alejada del núcleo atómico se llama capa de valencia ; los electrones que orbitan en esta capa se llaman electrones de valencia (crean enlaces químicos entre átomos de diferentes elementos o átomos del mismo elemento). Cada capa de electrones se identifica con una letra. Entonces, para n = 1, la letra es K, para n = 2 la letra es L, etc. (para n 1 a 7, las letras son: K a Q). Cada una de las capas de electrones en un átomo consta de subcapas. Las subcapas están definidas por los números cuánticos azimutales l . En las subcapas, hay electrones que tienen valores de energía iguales definidos con precisión. Las subcapas también tienen una ‘capacidad’ específica: pueden contener 2*(2* l +1), donde l es el número cuántico azimutal. Las subcapas también tienen sus designaciones de letras: s, p, d, f, g, h, etc.

Configuración electronica

Para la determinación correcta de la configuración electrónica en un átomo, es necesario conocer el orden de los niveles de energía (el orden de las subcapas y capas individuales según el valor de energía creciente). La configuración es simplemente la asignación de electrones individuales a niveles de energía. Hay dos estados de energía de un átomo: el estado fundamental y el estado excitado . Observamos el estado fundamental cuando los electrones se distribuyen en orbitales individuales de acuerdo con las reglas de expansión. Entonces tiene la energía más baja. Si el átomo recibe una cierta cantidad de energía, entonces el electrón puede transferirse del orbital de menor energía al orbital libre de mayor energía; entonces estamos hablando del estado excitado del átomo. Por lo tanto, para encontrar la configuración electrónica correcta de un átomo en el estado fundamental, los orbitales individuales deben llenarse de acuerdo con la energía creciente, observando el principio de exclusión de Pauli. De acuerdo con estos principios, se crea la denominada notación de configuración completa que presenta el número de capas sucesivas, las designaciones de letras de las subcapas sucesivas y una notación del número de electrones en orbitales específicos. La notación de configuración electrónica abreviada contiene inicialmente el núcleo en forma de una configuración electrónica de un gas noble , que se complementa con los electrones restantes.