Electrones
De las tres partículas subatómicas (protones, neutrones y electrones), ¿cuál crees que es la más importante? Puede pensar que los protones son los más importantes porque son los que determinan qué tipo de elemento es un átomo. O puede pensar que los neutrones son importantes porque son los que pueden hacer que los átomos del mismo elemento sean más pesados o más livianos al encontrarse en cantidades mayores o menores en el núcleo. Pero cuando realmente se trata de química y reacciones químicas, la partícula subatómica más importante es el electrón. Los electrones son las estrellas del espectáculo de química. Es por eso que vamos a dedicar varias lecciones a esta partícula escurridiza, súper rápida, muy diminuta y cargada negativamente.
Descubrirás en una lección posterior por qué llamo al electrón esquivo. Pero, ¿por qué es la estrella? Las propiedades químicas de un átomo dependen en gran medida de la disposición de sus electrones. Entonces, antes de que podamos discutir cómo se pueden predecir sus propiedades químicas, primero debemos aprender cómo se organizan los electrones en un átomo.
Cantidades de electrones
Recuerde que los electrones están cargados negativamente, casi no tienen masa y están ubicados en la nube de electrones, lo que significa que se encuentran en la ubicación extremadamente grande fuera del núcleo. Son los que ocupan todo el espacio de un átomo, y la cantidad de espacio que ocupan dependerá de la cantidad de energía que tengan (más sobre esto más adelante).
Primero, es importante saber cuántos electrones tiene cada átomo. Solo vamos a discutir los átomos neutros en esta lección, por lo que cada átomo siempre tendrá exactamente el mismo número de electrones que de protones.
A estas alturas, deberías ser un genio para determinar la cantidad de protones que tiene un átomo. Si no es así, hagamos una revisión rápida. Encuentra el estaño en la tabla periódica. Está en el lado medio derecho y tiene el símbolo Sn. ¿Cuántos protones tiene un átomo de estaño? La respuesta es 50, lo que también significa que un átomo neutro de estaño tendrá 50 electrones. Entonces, a medida que los elementos aumentan en número atómico (el número de protones), también van a aumentar en el número de electrones. Un átomo de hidrógeno tendrá un electrón, un átomo de helio tendrá dos electrones, un átomo de litio tendrá tres electrones, y así sucesivamente.
Patrones de electrones
Ahora bien, lo que hace que un átomo se comporte de cierta manera no es cuántos electrones tiene, sino la forma en que están dispuestos. Afortunadamente, la disposición de los electrones en la nube de electrones es bastante predecible. Echemos un vistazo a este diagrama.
Puede parecer un montón de números y letras en bloques dispuestos de forma similar a la tabla periódica, pero mira más de cerca. ¿Ves algún patrón? Primero, puede notar que los números grandes aumentan a medida que baja. Este número indica el nivel de energía del electrón. Cuanto mayor sea el número, más energía tendrá un electrón. También puede notar que en el centro de la mesa, en esa región hundida, los números siguen el mismo patrón pero son uno menos que los números en las ‘torres’ a cada lado.
Veamos si podemos ver un patrón con las letras. Las letras parecen tener un patrón más organizado. Con la excepción de solo unos pocos, todos los s están bloqueados juntos en la ‘torre’ izquierda que llamaremos s -block , todos los d s están en la parte central hundida que llamaremos d -block , las p s están en la ‘torre’ de la derecha que llamaremos p -block , y las f s están todas en la ‘isla’ inferior, que puede haber adivinado que se llama f -block .
El patrón final que puede notar es con los pequeños números en superíndice. Deberías ver que en el bloque s aumentan de 1 a 2, en el bloque d aumentan de 1 a 10, en el bloque p aumentan de 1 a 6, y en el bloque f aumentan de 1 al 14. Los pequeños superíndices son solo números de conteo; representan la cantidad de electrones en cada combinación de número / letra.
Entonces, ¿qué significa todo esto? Cada uno de estos pequeños grupos de números y letras representa información sobre la ubicación de un electrón. Entramos en más detalles sobre qué tipo de información en una lección posterior. Por ahora, céntrate en los números y las letras. Por ejemplo, el hidrógeno (en el cuadro de la esquina superior izquierda) tiene un electrón. Ese electrón se llama un electrón de 1 s . El helio (en el cuadro de la esquina superior derecha), etiquetado como 1 s 2 , tiene dos electrones. Ambos son electrones de 1 s . El litio está en la caja etiquetada como 2 s 1 . Un átomo de litio tiene tres electrones: dos electrones de 1 sy un electrón de 2 s . ¿Estás empezando a ver el patrón?
¿Qué es el Teorema de Equipartición de Energía?
Probemos con uno más difícil. Encuentra aluminio en la tabla periódica. En este diagrama, se encuentra en el cuadro etiquetado 3 p 1 . ¿Cuántos electrones tiene el aluminio? Bueno, tiene 13 protones, por lo que un átomo neutro de aluminio debe tener 13 electrones. ¿Qué electrones son? Bueno, tiene dos electrones de 1 s , dos electrones de 2 s , seis electrones de 2 p , dos electrones de 3 s y uno solo de 3 pelectrón. ¿Ves cómo siempre estamos comenzando con la caja de hidrógeno en la esquina superior izquierda y moviéndonos de izquierda a derecha hasta llegar al átomo en cuestión? No se estrese demasiado por el par de filas inferiores y la ‘isla’ en la parte inferior. Las cosas se ponen un poco más complicadas ahí abajo, y no tienes que preocuparte demasiado por esos elementos.
Configuraciones de electrones
Probemos con un ejemplo más antes de pasar al siguiente paso de poner todo esto junto. Encuentra el criptón en el extremo derecho de la tabla periódica. En este diagrama está en el cuadrado 4 p 6 . ¿Qué electrones va a tener un átomo de criptón? Siempre comenzaremos en la esquina superior izquierda en hidrógeno. ¡El criptón tiene dos electrones de 1 s , dos electrones de 2 s , seis electrones de 2 p , dos electrones de 3 s , seis electrones de 3 p , dos electrones de 4 s , diez electrones de 3 d y seis electrones de 4 p ! Eso debería sumar hasta 36 electrones, lo cual es perfecto, ¡porque esa es la cantidad de protones que tiene un átomo de criptón!
Enumerar todo esto puede parecer un poco tedioso, por lo que vamos a utilizar un poco de taquigrafía. Esta abreviatura tiene un nombre especial, llamado configuración electrónica . Una configuración es solo una disposición, por lo que básicamente enumeramos la disposición de los electrones en cada átomo. Entonces, la configuración electrónica se ve así: 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4 p 6. El pequeño superíndice representa el número de electrones en cada combinación de número / letra. Además, observe cómo terminamos con la misma notación que la que aparece en el mismo cuadrado que el criptón.
Probemos con un ejemplo más. Encuentra el cloro en el extremo derecho de la tabla periódica. En este diagrama, está en el cuadrado 3 p 5 , por lo que sabemos que su configuración electrónica terminará en 3 p 5 . Pausa el video e intenta escribir la configuración de los electrones, recordando comenzar con el hidrógeno y continuar hasta llegar a 3 p 5 . Deberías haber obtenido esto: 1 s 2 , que representa los dos electrones 1 s , 2 s 2 , que son los dos electrones 2 s , 2 p 6 , que son los seis electrones 2 p , 3 s 2, que son los dos electrones 3 s , y 3 p 5 , que son los cinco electrones 3 p . ¿Cuántos electrones totales es eso? ¡Un total de 17, que es lo mismo que el número de protones!
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Haciendo predicciones
Como mencioné antes, vamos a entrar en más detalles sobre estas letras y números y lo que significan en una lección posterior, pero ¿cómo el conocerlos ayuda a hacer predicciones sobre un átomo? Un ejemplo es que todos los átomos que tienen una configuración electrónica que termina en p 6 serán todos muy estables; no reaccionarán muy fácilmente con otras cosas. Por otro lado, los átomos con una configuración electrónica que termina en s 1 o p 5 serán muy reactivos.
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Resumen de la lección
Esta fue solo una breve introducción al vasto mundo del electrón, y muchas preguntas aún pueden estar sin respuesta. Pero por ahora, debería sentirse cómodo escribiendo configuraciones electrónicas para átomos neutros de elementos en las primeras filas de la tabla periódica. Tenga en cuenta que una configuración electrónica es solo una representación de la disposición de los electrones en un átomo de un elemento. Está escrito comenzando con la caja de hidrógeno y moviéndose a lo largo de la tabla periódica, enumerando el tipo y la cantidad de cada electrón hasta llegar a la caja de su elemento objetivo.
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección, debería poder:
- Identificar cuántos electrones tiene un átomo neutro de un elemento.
- Reconocer los patrones de niveles de energía de los elementos de la tabla periódica.
- Definir la configuración electrónica y comprender cómo escribir la configuración electrónica de los átomos neutros.
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