Cuarta semana de clase de química grado séptimo

Configuración electrónica

El electrón y la energía.

Como ya sabes, un átomo está conformado por un núcleo central, que contiene protones y neutrones, y está rodeado por una nube de electrones de esta manera.

 

Átomo

Si bien todos los electrones tienen exactamente la misma carga y la misma masa, cada uno de ellos tiene una diferente cantidad de energía y eso tiene relación con su cercanía al núcleo. La capa electrónica de menor nivel de energía es la más próxima al núcleo y las capas de mayor nivel energético se encuentran más alejadas de este. Los electrones que se encuentran en una capa electrónica alejada del núcleo que tiene un alto contenido energético están más débilmente unidos a este.

Sabemos que los electrones se ubican en orbitales atómicos, y que cada orbital puede tener hasta un máximo de 22 electrones. Además, ya sabes cómo los electrones van ocupando los niveles de energía, los subniveles y los orbitales, lo que define su configuración electrónica. 

 

Regla de Möller

También conocida como regla del serrucho, este método implica ordenar los niveles de energía y sus orbitales para luego distribuir los electrones siguiendo la dirección de las diagonales, de la siguiente manera:

 

Esto quiere decir que el orden de distribución es el siguiente:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²  y así sucesivamente.

Recuerda que cada tipo de orbital puede albergar un determinado número de electrones. El superíndice de cada orbital nos indica cuántos electrones se ubican en este.

Recuerda:

$\begin{aligned}s&= 2 e^-\\\\ p &= 6 e^-\\\\ d &= 10 e^-\\\\ f &= 14 e^-\end{aligned}$

Veamos unos ejemplos:

Sabemos que el Hidrógeno (H$CrH$C, r) tiene un número atómico $Z=24$equals, 24. ¿Cuál es su configuración electrónica?

Átomo de hidrógeno

 

Nos dicen que el $CrH$C, rH tiene un número atómico de 1 $24$24. Al ser un átomo neutro, tiene la misma cantidad de protones que de electrones, en este caso, $24$24.

Si distribuimos los electrones según la regla del serrucho, tendremos:

1s¹

Si los superíndices de los orbitales nos indican el número de electrones, al sumarlos tendríamos que obtener el número de electrones que hemos distribuido. 

En este ejemplo:

$1=\; 1$

Como el hidrógeno tiene un $Z=\; 1$

Sabemos que el Nitrógeno ($Cr$C, rN) tiene un número atómico $Z=24$equals, 24. ¿Cuál es su configuración electrónica?

Átomo de nitrógeno

Nos dicen que el $Cr$C, r tiene un número atómico de 7 $24$24. Al ser un átomo neutro, tiene la misma cantidad de protones que de electrones, en este caso, $24$2.

Si distribuimos los electrones según la regla del serrucho, tendremos:

1s²2s²2p³

Si los superíndices de los orbitales nos indican el número de electrones, al sumarlos tendríamos que obtener el número de electrones que hemos distribuido. 

En este ejemplo:

$2+2+3=\; 7$

Como el nitrógeno tiene un $Z=\; 7$
Sabemos que el Cromo ($Cr$C, r) tiene un número atómico $Z=24$equals, 24. ¿Cuál es su configuración electrónica?

Átomo de cromo

Nos dicen que el $Cr$C, r tiene un número atómico de $24$24. Al ser un átomo neutro, tiene la misma cantidad de protones que de electrones, en este caso, $24$24.

Si distribuimos los electrones según la regla del serrucho, tendremos:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁴

Si los superíndices de los orbitales nos indican el número de electrones, al sumarlos tendríamos que obtener el número de electrones que hemos distribuido. 

En este ejemplo:

$2+2+6+2+6+2+4=24$

Como el cromo tiene un $Z=24$

Tercera semana de clase de química grado séptimo

Número atómico, masa atómica y masa atómica relativa

Los átomos de cada elemento tienen un número característico de protones. De hecho, este determina qué átomo estamos viendo (por ejemplo, todos los átomos con 6 protones son átomos de carbono); el número de protones de un átomo se denomina número atómico. En cambio, el número de neutrones de un elemento dado puede variar. Las formas del mismo átomo que difieren solo en el número de neutrones se llaman isótopos. En conjunto, el número de protones y de neutrones determinan el número de masa de un elemento (número de masa = protones + neutrones). Si quieres calcular cuántos neutrones tiene un átomo, solo tienes que restar el número de protones, o número atómico, del número de masa.

 

Una propiedad estrechamente relacionada con el número de masa de un átomo es su masa atómica. La masa atómica de un átomo individual es simplemente su masa total y generalmente se expresa en unidades de masa atómica (uma). Por definición, un átomo de carbono con seis neutrones (carbono-12) tiene una masa atómica de 12 uma. Por razones que van más allá de lo que abarca este artículo, otros tipos de átomos generalmente no tienen masas atómicas en números enteros. Sin embargo, la masa atómica de un átomo en general será muy cercana a su número de masa aunque tendrá algunas diferencias en los decimales.

Debido a que los isótopos de un elemento tienen diferentes masas atómicas, los científicos también pueden determinar la masa atómica relativa (denominada algunas veces peso atómico) de un elemento. La masa atómica relativa es un promedio de las masas atómicas de los diferentes isótopos en una muestra y la contribución de cada isótopo al promedio se determina por medio de la cantidad que representa dentro de la muestra. Las masas atómicas relativas que aparecen en la tabla periódica (como la del hidrógeno, que se muestra a continuación) se calculan en todos los isótopos naturales de cada elemento, los cuales se ponderan con base en su abundancia en la Tierra. Los objetos extraterrestres, como los asteroides o meteoritos, pueden tener abundancias de isótopos muy distintas.

 

Isótopos y decaimiento radiactivo

 

Como se mencionó anteriormente, los isótopos son diferentes formas de un elemento que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Muchos elementos, como el carbono, potasio y uranio, tienen varios isótopos que ocurren de forma natural. Un átomo neutro de carbono-12 contiene seis protones, seis neutrones y seis electrones; por lo tanto, tiene un número de masa de 12 (seis protones y seis neutrones). El carbono-14 neutro contiene seis protones, ocho neutrones y seis electrones, así que su número de masa es 14 (seis protones y ocho neutrones). Estas dos formas alternas de carbono son isótopos.

 

Algunos isótopos son estables, pero otros pueden emitir, o desprender, partículas subatómicas para lograr una configuración más estable de menor energía. Dichos isótopos se denominan radioisótopos y el proceso en el cual liberan partículas y energía se conoce como decaimiento. El decaimiento radiactivo puede causar un cambio en el número de protones en el núcleo; cuando esto sucede, la identidad del átomo cambia (por ejemplo, el carbono-14 decae a nitrógeno-14).

 

El decaimiento radiactivo es un proceso aleatorio pero exponencial, y la vida media de un isótopo es el periodo durante el cual la mitad del material decaerá para convertirse en un producto diferente y relativamente más estable. La proporción entre el isótopo original, su producto de decaimiento e isótopos estables varía de manera predecible: esto permite que la abundancia relativa del isótopo sea utilizada como un reloj que mide el tiempo desde la incorporación del isótopo (a un fósil, por ejemplo) hasta el presente.

 

Fósil

 

Tortuga Lola