Electrones de valencia y niveles de energía
 |
El electrón es uno de los factores más importantes para determinar cómo reaccionará un átomo con otro átomo o molécula. Un solo electrón puede marcar la diferencia en las propiedades de un átomo.
Por ejemplo, el sodio tiene un electrón externo, ubicado en ese orbital de 3 s . Con ese electrón externo, el sodio es muy brillante, plateado y extremadamente explosivo en el agua. Es tan peligroso que probablemente nunca lo verá en su forma elemental y neutral.
Y si encuentra algo de sodio, probablemente verá que se almacena en algún tipo de aceite para que no reaccione con la humedad del aire.
Entonces, ¿dónde ha visto el sodio? ¡Es posible que hayas rociado un poco tu comida esta tarde! Si pones sal (o cloruro de sodio) en tu comida, habrás experimentado cómo es el sodio sin ese electrón externo de 3 s .
El sodio, en su forma plateada, pierde fácilmente ese electrón externo de 3 s , convirtiéndolo en ion sodio con una carga 1 positiva. El sodio con un electrón menos que el protón tendrá una carga positiva 1 porque los protones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa. Este ion de sodio con solo 10 electrones es completamente diferente al metal de sodio neutro con los 11 electrones.
El ión de sodio tiene un sabor salado y no reacciona en absoluto con el agua. Lo consume todos los días, y es muy importante que lo haga, porque juega un papel importante en las funciones nerviosas y el equilibrio de líquidos de su cuerpo.
Electrones de valencia
Esta fue solo una breve introducción sobre cómo la estructura electrónica afectará la función y la reactividad (e incluso el sabor) de un átomo. Como se mencionó, la ubicación y la cantidad de electrones son factores importantes para determinar cómo reaccionará un átomo.
Sin embargo, la información más importante sobre los electrones tiene que ver con los electrones más externos, o electrones de valencia .
- Los electrones internos de un átomo suelen estar fuertemente retenidos por el núcleo y no suelen participar en muchas reacciones.
- Los electrones externos son los actores clave en todas las reacciones químicas.
Ese pequeño electrón de 3 s del sodio es el electrón más importante del sodio. Será el que esté presente (en el metal de sodio explosivo) o ausente (en el ion sodio en el cloruro de sodio en la sal de mesa). Esta lección se enfocará en los dos aspectos más importantes de estos electrones de valencia: la cantidad de electrones de valencia y la energía de los electrones de valencia.
 |
Número de electrones de valencia
Como se mencionó, el sodio tiene un electrón de valencia (ese electrón de 3 s ), que es una de las razones por las que es tan reactivo e inestable. Si el sodio tiene un electrón de valencia, ¿cuántos tiene el potasio? ¡La respuesta también es una!
¿Qué es la transformación de la energía?
Sin embargo, es un electrón de 4 s . De hecho, todos los átomos de la primera columna de la tabla periódica tienen un electrón de valencia, y todos los átomos de la primera columna de la tabla periódica son extremadamente reactivos y tendrán una tendencia a perder ese electrón externo y volverse más estables.
Debido a que el número de electrones de valencia es tan importante (a diferencia de los internos), a veces se representan en los diagramas de puntos de Lewis como se muestra. Los diagramas de puntos de Lewis muestran los símbolos de los átomos con sus electrones de valencia. El sodio está representado por su símbolo Na, y debido a que tiene un electrón de valencia, ese electrón de 3 s , ese electrón está representado por un punto al lado del símbolo.
Pasando a la segunda columna, notará que el magnesio tiene una configuración electrónica que termina en 3 s 2 , lo que significa que hay dos electrones de valencia en el magnesio. Nuevamente, estos dos electrones son extremadamente importantes, por lo que a veces el magnesio se representa como Mg con dos puntos alrededor.
Observe cómo los puntos están representados en lados opuestos entre sí en el símbolo. Entonces, todos los elementos de la segunda columna tendrán dos electrones de valencia. A continuación, vamos a omitir el bloque d . La razón por la que lo estamos saltando es doble: primero, hay un patrón menos predecible en el número de electrones de valencia, que está más allá del alcance de esta lección; y una segunda (y más importante), los d -electrons no juegan tan grande de un papel en las reacciones como s y p electrones.
Pasando a la decimotercera columna, que comienza con boro, notará que hay tres electrones externos: dos electrones sy un electrón p . Todos los átomos de esta familia tendrán tres electrones de valencia. ¿Está empezando a ver la formación de un patrón?
Todos los elementos de la familia del carbono tendrán cuatro electrones de valencia, los elementos de la familia del nitrógeno tendrán cinco, los elementos de la familia del oxígeno tendrán seis, los halógenos tendrán siete electrones de valencia y, aparte del helio, los elementos del último La columna, los gases nobles, tendrán ocho electrones de valencia (dos electrones sy seis electrones p ).
 |
Como puede ver, el número de electrones de valencia que tiene un átomo está relacionado con la columna en la que se encuentra en la tabla periódica. Cuando un átomo tiene ocho electrones de valencia, se dice que tiene un octeto de electrones. Los átomos con un octeto completo tienen s y p orbitales que están completamente llenos de electrones, por lo que son extremadamente estables.
Observe que los diagramas de puntos de Lewis llenan las capas externas colocando primero cuatro electrones solos en cada lado y luego comenzando a emparejarlos con la adición del quinto electrón. Esta representación nos ayudará más adelante cuando hablemos de los enlaces químicos.
Energía de los electrones de valencia
Aparte de la cantidad de electrones de valencia que tiene un átomo, la energía que tienen (o el nivel de energía en el que se encuentran) es la última información que ayuda a predecir cómo reaccionará un átomo. Echemos un vistazo a la primera columna de elementos. Todos tienen un electrón de valencia, pero sus electrones de valencia se encuentran cada vez más lejos del núcleo a medida que avanza en la tabla periódica.
Por ejemplo, ese electrón de valencia en el litio está en el orbital 2 s . Ese número 2 es el número cuántico principal que representa el tamaño del orbital. El orbital de 2 s será mucho más pequeño que el orbital de 4 s en potasio que contiene su electrón de valencia. Lo que eso significa es que el electrón de valencia en el potasio tendrá más energía y estará más lejos del núcleo que el electrón de valencia en el litio.
¿Qué diferencia hace eso? Bueno, como habrás notado en el ejemplo del sodio, esos elementos en la primera columna se van a deshacer de sus electrones externos lo más rápido posible. Tener ese electrón externo volando solo hace que ese átomo sea químicamente inestable. Su capacidad para reaccionar químicamente depende directamente de la facilidad con la que pueda deshacerse de ese electrón externo.
Es mucho más probable que el potasio se deshaga de su electrón externo que el litio porque su electrón externo está en el orbital 4 s , que está mucho más lejos de la atracción interna del núcleo cargado positivamente. El litio se adherirá a su electrón de 2 s con más fuerza que el potasio a su electrón de 4 s porque el electrón de 2 s está más cerca de la atracción hacia adentro del núcleo cargado positivamente. Esto hace que el potasio sea mucho más reactivo que el litio. Si pones una pequeña cantidad de litio en agua, es posible que simplemente burbujee, pero si pones la misma cantidad de potasio en el agua, probablemente explote o explote.
 |
Como habrás notado, la fila en la que se encuentra un elemento representará el nivel de energía que tendrán los electrones de valencia. Los elementos de la primera fila (hidrógeno y helio) tendrán electrones externos en el primer nivel de energía. Su número cuántico principal es 1.
Los elementos de la segunda fila (de litio a neón) tendrán electrones de valencia en el segundo nivel de energía con un número cuántico principal de 2. La tendencia continúa hasta la séptima fila. Recuerde, esas dos últimas filas realmente pertenecen comprimidas en la sexta y séptima filas.
Resumen de la lección
La característica más importante de un átomo que ayuda a predecir sus propiedades químicas es la ubicación y cantidad de sus electrones, más específicamente, sus electrones de valencia o electrones externos. Los electrones externos son los que participan en las reacciones químicas, cambiando las propiedades de un átomo o molécula.
La columna en la que se encuentra un elemento en la tabla periódica indicará cuántos electrones de valencia tiene y, por ahora, cuando contamos las columnas, saltaremos el bloque d . La fila en la que se encuentra un elemento indicará el nivel de energía de los electrones externos. Finalmente, debido a que los electrones de valencia son tan importantes, se pueden representar simbólicamente en los diagramas de puntos de Lewis .
Objetivos de la lección
Después de ver esta lección, debería poder:
- Definir electrones de valencia e identificar cuántos elementos tiene
- Comprender la importancia de cuántos electrones de valencia tiene un elemento.
- Explica cómo representar el número de electrones de valencia en un diagrama de puntos de Lewis.
- Describir el significado de la ubicación orbital de los electrones de valencia en un elemento.
Explora más sobre este tema
Selecciona un tema y sigue aprendiendo...
