Microbiología sin límites
Orbitales de electrones
Los orbitales de electrones son representaciones tridimensionales del espacio en el que es probable que se encuentre un electrón.
Objetivos de aprendizaje
Distinguir entre los orbitales de los electrones en el modelo de Bohr frente a los orbitales de la mecánica cuántica
Puntos clave
Claves Puntos
- El modelo de Bohr del átomo no refleja con exactitud cómo se distribuyen espacialmente los electrones alrededor del núcleo, ya que no rodean el núcleo como la tierra orbita el sol.
- Los orbitales de los electrones son el resultado de ecuaciones matemáticas de la mecánica cuántica conocidas como funciones de onda y pueden predecir dentro de un cierto nivel de probabilidad dónde puede estar un electrón en un momento dado.
- El número y tipo de orbitales aumenta con el incremento del número atómico, llenando varias cáscaras de electrones.
- La zona donde es más probable que se encuentre un electrón se llama su orbital.
Términos clave
- cáscara de electrones: Los estados colectivos de todos los electrones de un átomo que tienen el mismo número cuántico principal (visualizado como una órbita en la que se mueven los electrones).
- orbital: Especificación de la densidad de energía y probabilidad de un electrón en cualquier punto de un átomo o molécula.
Aunque es útil para explicar la reactividad y el enlace químico de ciertos elementos, el modelo de Bohr del átomo no refleja con exactitud cómo se distribuyen espacialmente los electrones alrededor del núcleo. No rodean el núcleo como la tierra orbita el sol, sino que se encuentran en orbitales de electrones. Estas formas relativamente complejas se deben a que los electrones no sólo se comportan como partículas, sino también como ondas. Las ecuaciones matemáticas de la mecánica cuántica, conocidas como funciones de onda, pueden predecir con un cierto nivel de probabilidad dónde puede estar un electrón en un momento dado. La zona en la que es más probable que se encuentre un electrón se llama su orbital.
Primera envoltura del electrón
El orbital más cercano al núcleo, llamado orbital 1s, puede contener hasta dos electrones. Este orbital equivale a la capa de electrones más interna del modelo de Bohr del átomo. Se llama orbital 1s porque es esférico alrededor del núcleo. El orbital 1s siempre se llena antes que cualquier otro orbital. El hidrógeno tiene un electrón; por lo tanto, sólo tiene un punto dentro del orbital 1s ocupado. Esto se designa como 1s1, donde el superíndice 1 se refiere al único electrón dentro del orbital 1s. El helio tiene dos electrones; por lo tanto, puede llenar completamente el orbital 1s con sus dos electrones. Esto se designa como 1s2, refiriéndose a los dos electrones del helio en el orbital 1s. En la tabla periódica, el hidrógeno y el helio son los únicos dos elementos en la primera fila (período); esto se debe a que son los únicos elementos que tienen electrones sólo en su primera envoltura, el orbital 1s.
Segunda envoltura de electrones
Diagrama de los orbitales S y P: Las subcáscaras s tienen forma de esfera. Tanto los caparazones principales 1n y 2n tienen un orbital s, pero el tamaño de la esfera es mayor en el orbital 2n. Cada esfera es un único orbital. Las subcáscaras p están formadas por tres orbitales en forma de campana. La cáscara principal 2n tiene una subcáscara p, pero la cáscara 1 no.
La segunda cáscara de electrones puede contener ocho electrones. Esta capa contiene otro orbital s esférico y tres orbitales p en forma de «campana», cada uno de los cuales puede contener dos electrones. Después de llenar el orbital 1s, se llena la segunda capa de electrones, llenando primero su orbital 2s y luego sus tres orbitales p. Cuando se llenan los orbitales p, cada uno toma un solo electrón; una vez que cada orbital p tiene un electrón, se puede añadir un segundo. El litio (Li) contiene tres electrones que ocupan los orbitales 1 y 2. Dos electrones llenan el orbital 1s, y el tercer electrón llena el orbital 2s. Su configuración electrónica es 1s22s1. El neón (Ne), por su parte, tiene un total de diez electrones: dos están en su orbital 1s más interno, y ocho llenan su segunda capa (dos en los orbitales 2s y tres en los p). Por lo tanto, es un gas inerte y energéticamente estable: rara vez forma un enlace químico con otros átomos.
Tercera envoltura de electrones
Los elementos más grandes tienen orbitales adicionales, formando la tercera envoltura de electrones. Las subcáscaras d y f tienen formas más complejas y contienen cinco y siete orbitales, respectivamente. La capa principal 3n tiene subcubiertas s, p y d y puede contener 18 electrones. La capa principal 4n tiene orbitales s, p, d y f y puede contener 32 electrones. Al alejarse del núcleo, el número de electrones y orbitales que se encuentran en los niveles de energía aumenta. Al pasar de un átomo a otro de la tabla periódica, la estructura de los electrones puede resolverse encajando un electrón más en el siguiente orbital disponible. Aunque los conceptos de capas de electrones y orbitales están estrechamente relacionados, los orbitales proporcionan una representación más precisa de la configuración de electrones de un átomo porque el modelo orbital especifica las diferentes formas y orientaciones especiales de todos los lugares que pueden ocupar los electrones.