El principio de Aufbau
Dentro de un átomo
Imagina por un minuto que eres más pequeño que un insecto, incluso más pequeño que un organismo unicelular. Continúe hasta que tenga el tamaño de un solo átomo. ¿Qué tan pequeño es eso? Los átomos son las partículas más pequeñas de cualquier material que puedan existir por sí mismos. ¡Son tan pequeños que se necesitan alrededor de 100.000 para igualar el ancho de un solo cabello humano!
Aunque los átomos son pequeños, hay partículas aún más pequeñas que se encuentran dentro de cada átomo. Estos se denominan protones, neutrones y electrones. Mientras que los protones y neutrones forman el núcleo del átomo, los electrones están fuera del núcleo en una región llamada nube de electrones .
¿Los electrones simplemente flotan al azar en la nube? ¡No, ciertamente no lo hacen! Cada electrón está ubicado en lo que llamamos un orbital, y cada orbital puede contener exactamente dos electrones. Los orbitales están organizados en capas, que se basan en la cantidad de energía que tienen los electrones en cada orbital. Los electrones en capas con números más altos tienen más energía que los electrones en capas con números más bajos.
El modelo de Bohr del átomo
En 1913, Niels Bohr propuso por primera vez el modelo de estructura atómica, que ahora llamamos Modelo de Bohr. En el modelo de Bohr , los electrones orbitan el núcleo atómico en orbitales definidos, que juntos forman una serie de niveles de energía. Llamó a cada nivel de energía una capa de electrones y utilizó este modelo para explicar el comportamiento químico de los elementos.
Aunque la mecánica cuántica nos ha brindado más información sobre la naturaleza de la nube de electrones en los últimos 100 años, el modelo de Bohr sigue siendo una buena representación de lo que realmente está sucediendo dentro de un átomo, y aún predice con precisión con qué elementos es probable que se unan entre sí químicamente y cuál será la naturaleza de esos enlaces.
El principio de Aufbau
En el modelo de Bohr, los electrones llenan el nivel de energía más bajo disponible antes de comenzar a llenar la siguiente capa. Bohr llamó a esto el principio de Aufbau . Medios Aufbau se acumulan en alemán (lengua materna de Bohr), por lo que el principio de Aufbau explica cómo las capas de electrones se construyen , o llenos de electrones.
Además del principio de Aufbau, la regla de Hund dice que en un nivel de energía dado, los electrones entrarán primero en los orbitales desocupados antes de llenar los orbitales que ya tienen un electrón. Algo así como un grupo de extraños que se suben a un autobús tienden a sentarse solo en los asientos vacíos hasta que no quedan asientos vacíos. Solo entonces comenzarán a compartir asiento con otro. En los átomos, si una capa tiene cuatro orbitales en los que cada uno puede contener dos electrones, cada orbital obtendrá un electrón antes de que cualquier orbital tenga dos.
En el modelo de Bohr, a cada capa de electrones se le asigna un número que comienza con uno. Dentro de cada capa hay diferentes subcapas que se designan con letras. La letra asociada con cada subcapa (s, p, d, f, etc.) le dice qué forma tendrán los orbitales en esa subcapa y también cuántos pares de orbitales puede haber en cada capa. Las dos subcapas más pequeñas, etiquetadas como s y p , pueden contener un máximo de dos y seis electrones, respectivamente.
 |
Entonces, ¿cómo se puede usar el principio de Aufbau para predecir qué capas de electrones se llenarán en un átomo? Usemos el átomo de cloro, que tiene 17 electrones, como ejemplo.
- En este átomo, la capa 1s se llenará primero con dos electrones. Esto deja 15 electrones.
- Los siguientes dos electrones entrarán en la capa 2s porque es la subcapa de energía más baja en la capa dos.
- Seis electrones llenarán la subcapa 2p a continuación y luego dos más en la subcapa 3s.
- Esto deja un total de cinco electrones restantes que entrarán en la subcapa 3p. Se agregará un electrón a cada orbital hasta que los tres tengan un electrón, luego los electrones comenzarán a llenar el segundo lugar en cada orbital 3p, pero solo quedan 2 electrones.
Un orbital quedará con un solo electrón en lugar de 2. Entonces, esta es la configuración de los electrones en un átomo de cloro:
1s: 2 electrones
2s: 2 electrones
2p: 6 electrones
3s: 2 electrones
3p: 5 electrones (un orbital solo tendrá uno, por lo que la capa no está completa)
 |
Configuración electrónica y propiedades atómicas
Puede utilizar el principio de Aufbau para predecir qué átomos tienen más probabilidades de formar enlaces químicos con otros átomos y el tipo de enlaces que pueden formarse. Todos los átomos son más estables cuando su capa externa de electrones está llena, y reaccionarán con otros átomos para obtener una capa externa de electrones completa.
Miremos ese átomo de cloro nuevamente. Recuerde, tenía un lugar vacío en su capa externa de electrones. Debido a esto, esperaríamos que el cloro reaccionara con átomos que tuvieran solo un electrón en su capa exterior. Si el cloro toma ese electrón de otro átomo, será más estable. El átomo con un solo electrón en su capa exterior también será más estable, porque ahora no tendrá ninguno en esa capa, y la capa que está justo debajo (que ahora es la exterior), estará llena.
Esto es exactamente lo que vemos en la vida real. El cloro es muy reactivo y forma enlaces con mayor frecuencia con átomos como el sodio, que tienen solo un electrón en su capa exterior.
 |
Resumen de la lección
En el modelo de Bohr del átomo, los electrones orbitan el núcleo atómico en orbitales definidos. Estos orbitales están organizados además por niveles de energía. Cada nivel de energía se conoce como capa de electrones, y este modelo se puede utilizar para explicar el comportamiento químico de los elementos.
Como parte del modelo de Bohr, el principio de Aufbau dice que los electrones llenan el nivel de energía más bajo disponible antes de comenzar a llenar la siguiente capa.
Además del principio de Aufbau, la regla de Hund dice que en un nivel de energía dado, los electrones entrarán primero en los orbitales desocupados antes de llenar los orbitales que ya tienen un electrón. Juntas, estas reglas pueden usarse para predecir la configuración electrónica de cualquier átomo.