TUTORIAL SOBRE TEORÍA ATÓMICA

Nube Electrónica

Los electrones son partículas evasivas, que no se pueden observar directamente. Puesto que no se puede observar un electrón, no se puede conocer su ruta y localización exacta. Debido a ello, los científicos pueden únicamente identificar las regiones del espacio donde los electrones tienen más probabilidad de encontrarse. Estas regiones del espacio se denominan orbitales.

Un orbital es una región del espacio alrededor del núcleo donde hay una alta probabilidad de encontrar electrones.

El número máximo de electrones que puede haber en un orbital es de dos. Los orbitales pueden estar vacíos (sin electrones), llenos un 50% (1 electrón) o completamente llenos.

La descripción de la localización de los electrones es similar a cuando se da la dirección de una persona. Una dirección indica el departamento, la ciudad y la calle donde vive una persona o un grupo de personas. Para describir la posición de un electrón en un átomo, los químicos especifican los niveles de energía, los subniveles y orbitales en donde se encuentran los electrones.

Nivel de Energía

Los orbitales se encuentran organizados en niveles de energía. Los electrones más cercanos al núcleo están en niveles de energía inferiores. Los niveles de energía superiores están localizados, en promedio, progresivamente más lejos del núcleo.

El número de máximo de electrones por nivel de energía se puede determinar por medio de la siguiente relación: 2n2

Número máximo de electrones para cada nivel de energía

Nivel de Energía (designación por letras)

Número Máximo de Electrones

1(K)

2(1)2 = 2

2(L)

2(2)2 = 8

3(M)

2(3)2 = 18

4(N)

2(4)2 = 32

5(O)

2(5)2 = 50

6(P)

2(6)2 = 72

 

Subnivel de Energía y Orbitales

Cada nivel de energía se divide en uno o más subniveles. Un subnivel está compuesto de orbitales que tienen las mismas características dentro de un nivel de energía. El número de subniveles que se encuentra dentro de un nivel de energía corresponde al número de nivel de energía (el número cuántico principal). Por lo tanto, el primer nivel de energía contiene únicamente un subnivel. El segundo nivel de energía dos subniveles, el tercero tres, y así sucesivamente. Cada subnivel se denota con una letra: s es el subnivel de energía más bajo; p es el siguiente subnivel con un poco más de energía; d tiene una energía aún mayor y f es el subnivel con mayor energía de los cuatro.

Los subniveles se diferencian por la forma de las regiones donde hay mayor probabilidad de encontrar electrones. Un orbital s tiene forma esférica. El subnivel p tiene una distribución más compleja. Cada uno de los tres orbitales p se distribuyen a lo largo de cada uno de los tres ejes del sistema de coordenadas tridimensionales. Un subnivel p completo es una combinación de los tres orbitales p. Hay cinco orbitales d y 7 orbitales p, ambos de formas complejas.

Cada subnivel está formado por un conjunto de orbitales. Cada uno de estos orbitales representa una nube electrónica con forma determinada. El conjunto de orbitales que forman un subnivel determinado poseen todos igual energía.

La diferencia entre un orbital del mismo tipo de subnivel pero que se encuentra en diferente nivel de energía, es el tamaño. Así, un orbital 1s comparado con un orbital 2s, se diferencian en que el orbital del nivel 2 es más grande, al grado que como se observa en la siguiente animación, el orbital 1s queda en el centro del orbital 2s. Lo mismo ocurre con el orbital 4d+2, que es más grande por lo que el orbital 3d+2 se puede observar en la parte interna. Por último, podemos observar la complejidad de un orbital 6f0.

Cada uno de los subniveles tiene un número máximo de electrones. Así:

Número máximo de electrones en cada subnivel (o subcapa)

Subnivel (o subcapa)

Número Máximo de Electrones

s

2

p

6

d

10

f

14

 

Los subniveles en los primeros cuatro niveles de energía quedan distribuidos de la siguiente manera:

Subniveles para los cinco primeros niveles de energía

Nivel de Energía

Número de Subniveles

Designación de Subnivel

1

1

1s

2

2

2s, 2p

3

3

3s, 3p, 3d

4

4

4s, 4p, 4d, 4f

 

Finalmente, Por medio del siguiente diagrama se puede tener un esquema de todos los niveles de energía con sus correspondientes subniveles. (ver diagrama)

 

Forma tridimensional de los diferentes orbitales

 

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3

1s

 

 

 

 

 

 

2p

 

 

 

 

3d

 

 

4f