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Subniveles de energía

subniveles de energia
Subniveles de energía
Los subniveles de energía en el átomo son la forma en que los electrones se organizan en las capas electrónicas, su distribución en la molécula o el átomo. Estos subniveles de energía se llaman orbitales.

Subniveles de energía

La organización de los electrones en subniveles es lo que permite las combinaciones químicas de los diferentes átomos y también define su posición dentro de la Tabla Periódica de Elementos.

Los electrones están dispuestos en las capas electrónicas del átomo de cierta manera por una combinación de estados cuánticos. En el momento en que uno de estos estados es ocupado por un electrón, los otros electrones deben ser colocados en un estado diferente.

Niveles y subniveles de energía definición

Cada elemento químico de la tabla periódica consiste en átomos, que a su vez están compuestos de neutrones, protones y electrones. Los electrones son partículas cargadas negativamente que se encuentran alrededor del núcleo de cualquier átomo, distribuidas en orbitales de electrones.

Los orbitales de electrones son el volumen de espacio donde un electrón tiene un 95% de posibilidades de ser encontrado. Hay diferentes tipos de orbitales, con diferentes formas. En cada orbital se pueden localizar un máximo de dos electrones. La primera órbita de un átomo es donde hay mayor probabilidad de encontrar electrones.

Las órbitas se designan con las letras s, p, d y f, es decir, Agudo, Principio, Difuso y Fundamental y se combinan cuando los átomos se unen para formar una molécula más grande. Estas combinaciones orbitales se encuentran en cada capa del átomo.

Por ejemplo, en la capa 1 del átomo están los orbitales S, en la capa 2 están los orbitales S y P, en el interior de la capa 3 del átomo están los orbitales S, P y D y finalmente en la capa 4 del átomo están todos los orbitales S, P, D y F.

También en los orbitales encontramos diferentes subniveles, que a su vez pueden almacenar más electrones. Los orbitales en diferentes niveles de energía son similares entre sí, pero ocupan diferentes áreas en el espacio.

El primer orbital y el segundo orbital tienen las mismas características que un orbital S, tienen nodos radiales, tienen una mayor probabilidad de volumen esférico y sólo pueden contener dos electrones. Sin embargo, están situados a diferentes niveles de energía y por lo tanto ocupan diferentes espacios alrededor del núcleo.

Ubicación en la tabla periódica de elementos

Cada una de las configuraciones electrónicas de los elementos son únicas, por lo que determinan su posición en la tabla periódica de elementos. Esta posición se define por el período de cada elemento y su número atómico por el número de electrones en el átomo del elemento.

Por lo tanto, utilizar la tabla periódica para determinar la configuración de los electrones en los átomos es clave. Los elementos se dividen en grupos según sus configuraciones de electrones de la siguiente manera:

Cada órbita está representada en bloques específicos dentro de la tabla periódica de elementos. Por ejemplo, el bloque orbital S es la región de los metales alcalinos, el primer grupo de la tabla, y donde se encuentran seis elementos: Litio (Li), Rubidio (Rb), Potasio (K), Sodio (Na), Francio (Fr) y Cesio (Cs) y también hidrógeno (H), que no es un metal sino un gas.

Este grupo de elementos tiene un electrón, que se pierde fácilmente para formar un ión con carga positiva. Son los metales más activos y más reactivos.

El hidrógeno, en este caso es un gas, pero está dentro del grupo 1 de la tabla periódica de elementos ya que también tiene un solo electrón. El hidrógeno puede formar iones con una sola carga positiva, pero para sacar su único electrón se requiere mucha más energía que para sacar los electrones de los otros metales alcalinos. Al formar compuestos, el hidrógeno suele generar enlaces covalentes.

Sin embargo, bajo presiones muy altas, el hidrógeno se vuelve metálico y se comporta como el resto de los elementos de su grupo. Esto ocurre, por ejemplo, dentro del núcleo del planeta Júpiter.

El grupo 2 corresponde a los metales alcalinos terrestres, ya que sus óxidos tienen propiedades alcalinas. Entre los elementos de este grupo encontramos el Magnesio (Mg) y el Calcio (Ca). Sus orbitales también pertenecen al nivel S.

Los metales de transición, que corresponden a los grupos 3 a 12 de la Tabla Periódica, tienen orbitales de tipo D.

Los elementos que van del grupo 13 al 18 del cuadro corresponden a orbitales de tipo P. Y finalmente los elementos conocidos como lantánidos y actínidos tienen orbitales F.

Ubicación del electrón en los orbitales

Los electrones se encuentran en las órbitas del átomo como una forma de disminuir la energía. Por lo tanto, si buscan aumentar la energía, los electrones llenarán los principales niveles orbitales, alejándose del núcleo del átomo.

Hay que considerar que los electrones tienen una propiedad intrínseca conocida como spin. Este es un concepto cuántico que determina, entre otras cosas, la rotación del electrón dentro de la órbita. Esto es fundamental para determinar su posición en los subniveles de energía.

Las reglas que determinan la posición de los electrones en las órbitas del átomo son las siguientes:

  • Principio de Aufbau: Los electrones entran primero en los orbitales de menor energía. Este principio se basa en los diagramas de los niveles de energía de ciertos átomos.
  • El principio de exclusión de Pauli: Un orbital atómico puede describir al menos dos electrones. Esto significa que sólo dos electrones con diferente espín pueden ocupar una órbita atómica.
    Esto implica que una órbita atómica es un estado de energía.
  • La regla de Hund: Cuando los electrones ocupan orbitales de la misma energía, los electrones entrarán primero en las órbitas vacías. Esto significa que los electrones prefieren giros paralelos en orbitales separados de los subniveles energéticos.

Los electrones llenarán todas las órbitas de los subniveles antes de encontrarse con giros opuestos.

Configuraciones electrónicas especiales

También hay átomos con casos especiales de subniveles de energía. Cuando dos electrones ocupan la misma órbita, no sólo deben tener giros diferentes (como indica el principio de exclusión de Pauli), sino que el acoplamiento de los electrones eleva ligeramente la energía.

En el caso de los subniveles energéticos, un subnivel medio lleno y otro completo reducen la energía del átomo. Esto lleva a que el átomo tenga una mayor estabilidad.