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Capa electrónica

Agosto 17, 2021

Una capa electrónica,[1]​ capa de electrones o cubierta de electrones designa a la distribución de un orbital alrededor del núcleo de un átomo. Cada capa puede contener un cierto número máximo de electrones y está asociada con un particular rango de energía en función de su distancia al núcleo. En un átomo estable, para que una cierta capa pueda contener o donar electrones, es necesario que todas las anteriores a ella estén completamente ocupadas. Los electrones en la capa poblada más externa, llamada capa de valencia y que es la única que puede encontrarse parcialmente vacía, determinan las propiedades químicas del átomo.[2]​

Tabla periódica con las capas electrónicas (en inglés).
Estructura del átomo de oxígeno.

Historia

La existencia de capas de electrones fue observada por primera vez en el rayo X de Charles Barkla y Henry Moseley. Barkla las llamó con las letras K, L, M, N, O, P, y Q.[3]​ El origen de esta terminología fue alfabético. Una capa J fue sospechada, pero otros experimentos indicaron que las líneas de absorción de K eran producidas por la primera capa de electrones.

El nombre de las capas de electrones se deriva del modelo de Bohr, en el cual se pensaba que los grupos de electrones orbitaban el núcleo a ciertas distancias, así que sus órbitas formaban capas alrededor de los núcleos.

El fisicoquímico Gilbert Lewis fue responsable del desarrollo temprano de la teoría de la participación de los electrones de la capa de valencia en los enlaces químicos. Linus Pauling después generalizó y expandió la teoría al aplicar nociones de la mecánica estructural.

Simbología

Las capas electrónicas son numeradas correlativamente, partiendo de la más cercana al núcleo, y se identifican mediante letras:

  • Capa K, n = 1, es la más interior, presente en todos los elementos químicos.
  • Capa L, n = 2
  • Capa M, n = 3
  • Capa N, n = 4
  • Capa O, n = 5

Número de electrones

El número máximo de electrones que puede contener una capa n es 2n² (hasta la capa N).

  • Número de electrones por capa
(1ª) Capa K hasta 2 electrones
(2ª) Capa L hasta 8 electrones
(3ª) Capa M hasta 18 electrones
(4ª) Capa N hasta 32 electrones
(5ª) Capa O hasta 50 electrones

La cantidad de capas de un átomo depende de su número total de electrones. Los electrones se disponen con prioridad en la capa más cercana al núcleo hasta que esta se satura (se alcanza su número máximo de electrones), los electrones restantes se colocan en la siguiente capa hasta que está saturada y así sucesivamente, hasta que ya no hay electrones. Por lo tanto, un átomo de hidrógeno, que tiene un electrón, solo tiene una capa, la capa K que está parcialmente llena (un electrón de un máximo de dos). En un átomo de helio, que tiene dos electrones, ambos se distribuyen en la capa K que queda completamente llena (dos electrones de un máximo de dos). Por lo tanto, el átomo de litio, que tiene tres electrones, tiene una capa K saturada (con los dos primeros electrones), y una capa L que contiene el tercer electrón.

Los primeros elementos que tendrían más de 32 electrones en una capa pertenecerían al bloque g del período 8 de la tabla periódica. Estos elementos tendrían algunos electrones en su subcapa de 5g y, por lo tanto, tendrían más de 32 electrones en la capa O (quinta capa electrónica principal).

Subcapas

Artículo principal: Configuración electrónica

Cada capa se compone de una o más subcapas, que a su vez se componen de los orbitales atómicos. Por ejemplo, la primera capa (K) tiene una subcapa, llamada 1s; la segunda capa (L) tiene dos subniveles, llamados 2s y 2p; la tercera capa (M) tiene 3s, 3p y 3d; la cuarta (N) tiene las subcapas 4s, 4p, 4d y 4f; la quinta capa (O) tiene 5s, 5p, 5d y 5f y teóricamente puede contener más. Los diversos subniveles posibles se muestran en la siguiente tabla:

Etiqueta
de subcapa		 ℓ Número máx.
electrones		 Capas conteniéndolo Nombre histórico
s 0 2 Cada capa  sharp [‘aguda’]
p 1 6 2ª capa y superiores  principal [‘principal’]
d 2 10 3ª capa y superiores  diffuse [‘difusa’]
f 3 14 4ª capa y superiores  fundamental [‘fundamental’]
g 4 18 5ª capa y superiores (teóricamente) (la siguiente en orden alfabético después de la f)[4]​

Ejemplo

 
Estructura del átomo de sodio.

El sodio tiene once electrones. Su estructura electrónica es la siguiente:(K)2 (L)8 (M)1. Las capas K y L están saturadas.

El número máximo de electrones permitidos en cada capa no es cualquiera. Según el principio de Pauli, es igual a 2n² para la nésima capa. Se completará con 2 electrones en la capa K, 8 en la capa L, 18 en la M, etc. En resumen:(K)2(L)8(M)18(N)32(O)50(P)72 ...

Este modelo de llenado de las capas electrónicas ha sido cuestionado por la física cuántica con un modelo más complejo, pero que parece más próximo a la realidad a escala atómica: además de las capas, debe tenerse en cuenta la existencia de subcapas electrónicas denominadas s, p, d, f, g, y que tienen sus propios números máximos de electrones para estar saturadas.

Las cosas se complican desde el átomo de potasio (Z = 19): El 19e electrón se coloca en la capa de N, mientras que la capa M no está saturada (puede contener 18 electrones, a pesar de que solo contiene 8).

Así, para el átomo de potasio, tenemos:(K)2(L)8(M)8(N)1 en lugar de (K)2(L)8(M)9.

Lo mismo ocurre con el átomo de calcio (Z = 20), pero para los átomos con un número atómico entre el 20 y 30, los 20.ésimos a 30.ésimos electrones se colocan en la capa M, que terminan de llenar antes de llenar la capa N.

  • Otros ejemplos:
    • Argón (Z = 18 ): (K)²(L)8(M)8
    • Potasio (Z = 19 ): (K)²(L)8(M)8(N)1
    • Calcio (Z = 20 ): (K)²(L)8(M)8(N)2
    • Escandio (Z = 21 ): (K)²(L)8(M)9(N)2

Véase también

Referencias

  1. Macy, Rudolph (1 de enero de 1976). Química orgánica simplificada. Reverte. ISBN 9788429173314. Consultado el 15 de diciembre de 2015. 
  2. Society, American Chemical (2005). Química, un proyecto de la A.C.S.. Reverte. ISBN 9788429170016. Consultado el 4 de octubre de 2019. 
  3. Macy, Rudolph (1976). Química orgánica simplificada. Reverte. ISBN 9788429173314. Consultado el 4 de octubre de 2019. 
  4. Jue, T. (2009). «Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods». Fundamental Concepts in Biophysics (en inglés). Berlín: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2. 

Enlaces externos

  •   Datos: Q193793
  •   Multimedia: Electron shell diagrams

Agosto 17, 2021
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Una capa electronica 1 capa de electrones o cubierta de electrones designa a la distribucion de un orbital alrededor del nucleo de un atomo Cada capa puede contener un cierto numero maximo de electrones y esta asociada con un particular rango de energia en funcion de su distancia al nucleo En un atomo estable para que una cierta capa pueda contener o donar electrones es necesario que todas las anteriores a ella esten completamente ocupadas Los electrones en la capa poblada mas externa llamada capa de valencia y que es la unica que puede encontrarse parcialmente vacia determinan las propiedades quimicas del atomo 2 Tabla periodica con las capas electronicas en ingles Estructura del atomo de oxigeno Indice 1 Historia 2 Simbologia 3 Numero de electrones 4 Subcapas 5 Ejemplo 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Enlaces externosHistoria EditarLa existencia de capas de electrones fue observada por primera vez en el rayo X de Charles Barkla y Henry Moseley Barkla las llamo con las letras K L M N O P y Q 3 El origen de esta terminologia fue alfabetico Una capa J fue sospechada pero otros experimentos indicaron que las lineas de absorcion de K eran producidas por la primera capa de electrones El nombre de las capas de electrones se deriva del modelo de Bohr en el cual se pensaba que los grupos de electrones orbitaban el nucleo a ciertas distancias asi que sus orbitas formaban capas alrededor de los nucleos El fisicoquimico Gilbert Lewis fue responsable del desarrollo temprano de la teoria de la participacion de los electrones de la capa de valencia en los enlaces quimicos Linus Pauling despues generalizo y expandio la teoria al aplicar nociones de la mecanica estructural Simbologia EditarLas capas electronicas son numeradas correlativamente partiendo de la mas cercana al nucleo y se identifican mediante letras Capa K n 1 es la mas interior presente en todos los elementos quimicos Capa L n 2 Capa M n 3 Capa N n 4 Capa O n 5Numero de electrones EditarEl numero maximo de electrones que puede contener una capa n es 2n hasta la capa N Numero de electrones por capa 1ª Capa K hasta 2 electrones 2ª Capa L hasta 8 electrones 3ª Capa M hasta 18 electrones 4ª Capa N hasta 32 electrones 5ª Capa O hasta 50 electronesLa cantidad de capas de un atomo depende de su numero total de electrones Los electrones se disponen con prioridad en la capa mas cercana al nucleo hasta que esta se satura se alcanza su numero maximo de electrones los electrones restantes se colocan en la siguiente capa hasta que esta saturada y asi sucesivamente hasta que ya no hay electrones Por lo tanto un atomo de hidrogeno que tiene un electron solo tiene una capa la capa K que esta parcialmente llena un electron de un maximo de dos En un atomo de helio que tiene dos electrones ambos se distribuyen en la capa K que queda completamente llena dos electrones de un maximo de dos Por lo tanto el atomo de litio que tiene tres electrones tiene una capa K saturada con los dos primeros electrones y una capa L que contiene el tercer electron Los primeros elementos que tendrian mas de 32 electrones en una capa pertenecerian al bloque g del periodo 8 de la tabla periodica Estos elementos tendrian algunos electrones en su subcapa de 5g y por lo tanto tendrian mas de 32 electrones en la capa O quinta capa electronica principal Subcapas EditarArticulo principal Configuracion electronica Cada capa se compone de una o mas subcapas que a su vez se componen de los orbitales atomicos Por ejemplo la primera capa K tiene una subcapa llamada 1s la segunda capa L tiene dos subniveles llamados 2s y 2p la tercera capa M tiene 3s 3p y 3d la cuarta N tiene las subcapas 4s 4p 4d y 4f la quinta capa O tiene 5s 5p 5d y 5f y teoricamente puede contener mas Los diversos subniveles posibles se muestran en la siguiente tabla Etiquetade subcapa ℓ Numero max electrones Capas conteniendolo Nombre historicos 0 2 Cada capa sharp aguda p 1 6 2ª capa y superiores principal principal d 2 10 3ª capa y superiores diffuse difusa f 3 14 4ª capa y superiores fundamental fundamental g 4 18 5ª capa y superiores teoricamente la siguiente en orden alfabetico despues de la f 4 Ejemplo Editar Estructura del atomo de sodio El sodio tiene once electrones Su estructura electronica es la siguiente K 2 L 8 M 1 Las capas K y L estan saturadas El numero maximo de electrones permitidos en cada capa no es cualquiera Segun el principio de Pauli es igual a 2n para la nesima capa Se completara con 2 electrones en la capa K 8 en la capa L 18 en la M etc En resumen K 2 L 8 M 18 N 32 O 50 P 72 Este modelo de llenado de las capas electronicas ha sido cuestionado por la fisica cuantica con un modelo mas complejo pero que parece mas proximo a la realidad a escala atomica ademas de las capas debe tenerse en cuenta la existencia de subcapas electronicas denominadas s p d f g y que tienen sus propios numeros maximos de electrones para estar saturadas Las cosas se complican desde el atomo de potasio Z 19 El 19e electron se coloca en la capa de N mientras que la capa M no esta saturada puede contener 18 electrones a pesar de que solo contiene 8 Asi para el atomo de potasio tenemos K 2 L 8 M 8 N 1 en lugar de K 2 L 8 M 9 Lo mismo ocurre con el atomo de calcio Z 20 pero para los atomos con un numero atomico entre el 20 y 30 los 20 esimos a 30 esimos electrones se colocan en la capa M que terminan de llenar antes de llenar la capa N Otros ejemplos Argon Z 18 K L 8 M 8 Potasio Z 19 K L 8 M 8 N 1 Calcio Z 20 K L 8 M 8 N 2 Escandio Z 21 K L 8 M 9 N 2Vease tambien EditarConfiguracion electronicaReferencias Editar Macy Rudolph 1 de enero de 1976 Quimica organica simplificada Reverte ISBN 9788429173314 Consultado el 15 de diciembre de 2015 Society American Chemical 2005 Quimica un proyecto de la A C S Reverte ISBN 9788429170016 Consultado el 4 de octubre de 2019 Macy Rudolph 1976 Quimica organica simplificada Reverte ISBN 9788429173314 Consultado el 4 de octubre de 2019 Jue T 2009 Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods 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