Estructura Electrónica de los Átomos
Para establecer la estructura electrónica de los átomos es preciso determinar cuántos hay en cada nivel y subnivel energético (orbitales). Esta distribución ordenada se denomina configuración electrónica.
Las reglas para realizar esta distribución son:
- Principio de exclusión de Pauli.
En un átomo no pueden existir dos electrones que tengan los cuatro números cuánticos iguales entre sí. Por lo tanto, en el mismo orbital solo pueden existir, como máximo, dos electrones que tendrán los 3 primeros números cuánticos iguales y el último diferente. A partir de este principio se puede conocer el número de electrones que cabe en cada grupo de orbitales:
- s → 1 orbital: 2 e-
- p → 3 orbitales degenerados (de igual energía): 6 e-
- d → 5 orbitales degenerados: 10 e-
- f → 7 orbitales degenerados: 14 e-
- Principio de mínima energía (Orden energético creciente)
Los orbitales se van ocupando con electrones empezando por el de menor energía y terminando por el de mayor.
Se cumple para la mayoría de los elementos que los valores relativos de energía se pueden obtener al sumar los números (n + l), de forma que cuanto mayor sea esta suma, mayor será la energía del orbital; a igualdad de valores (n + l) tendrá menor energía el de menor n.
Esta regla se resumen en el diagrama de Möller.
Entre los orbitales 5s (5+0) 4p (4+1) y 3d (3+2), donde en todos n+l = 5, el orden energético de esos orbitales es: 3d
- Regla de máxima multiplicidad de Hund
Si en el llenado de orbitales los electrones tienen que ocupar orbitales con el mismo valor de l pero distinto valor de m, se colocan de manera que su desapareamiento sea el mayor posible, entrando en los orbitales con sus spines paralelos.
Los dos últimos principios constituyen el principio de Aufbau. Teniendo en cuenta estas condiciones, el número total de electrones en cada nivel energético es de 2n^2, siendo n el número cuántico del nivel.
Clasificación Periódica de los Elementos
(La primera clasificación de los elementos químicos la realizó Lavoisier separando los que tenían carácter metálico de los que no. Hasta el siglo XIX no surgen las primeras ideas para ordenar a los elementos teniendo en cuenta el concepto de propiedades periódicas: las triadas de Dobereiner (1829), la ley de las octavas de Newlands (1864) y posteriormente Chancourtois (1962) desarrolla la hélice telúrica).
La base del sistema periódico actual surge en 1869, cuando Mendeléiev y Meyer, sin conocer uno el trabajo del otro, prepararon una clasificación de los elementos conocidos, basada en la variación periódica de algunas propiedades químicas o físicas que se producían con la variación de la masa atómica.
La tabla de Mendeléiev constaba inicialmente de once filas horizontales (periodos) y ocho columnas verticales (grupos) que, aunque en líneas generales era aceptable, presentaba los elementos bastante mezclados entre sí, tal y como se ve en la tabla.
Uno de los mayores éxitos de Mendeleiev fue que dejó algunos huecos en la tabla periódica que pertenecían a elementos que no se habían descubierto y predijo las masas y propiedades de los mismos. El descubrimiento pocos años después del galio, el escandio y el germanio, y la comprobación de que sus propiedades coincidían con las pronosticadas por Mendeléiev, fueron la confirmación de esta clasificación periódica.
No obstante, presentaba algunos defectos:
- El hidrógeno no tenía un lugar adecuado, pues por sus propiedades físicas o químicas podría ir con los halógenos o con los alcalinos.
- Algunas parejas de elementos debían colocarse en orden inverso al de sus masas atómicas crecientes si se pretendía mantener la correspondencia de propiedades en su columna (por ejemplo: cobalto-níquel)
- No se había previsto sitio en la tabla para los lantánidos ni para los actínidos.
- No existía una separación clara entre metales y no metales.
Sistema Periódico Actual
La clasificación periódica actual toma como base la ley de Moseley, quien en 1913 observó que los valores de las frecuencias características de absorción de los espectros de rayos X de los elementos conocidos seguían un orden determinado que era función del número atómico (Z) de dichos elementos.
A la vista de la importancia del número atómico en la estructura de los átomos, se pasó a clasificar a los elementos en orden creciente de sus números atómicos, y no de sus masas atómicas. A partir de esa idea surge el sistema periódico actual, que consta de 18 columnas o grupos y siete filas o periodos. En cada grupo se colocan los elementos de propiedades análogas, y cada periodo se van poniendo los elementos aumentando en una unidad el número atómico.
El sistema periódico agrupa a 3 tipos de elementos: metales, no metales y semimetales. Los primeros ocupan casi tres cuartas partes de él y están situados a la izquierda y en su zona central, los no metales son unos pocos que ocupan la parte derecha del sistema periódico excepto la última columna y los semimetales son unos pocos elementos situados sobre una franja diagonal que separa los metales de los no metales. Sus propiedades son intermedias entre ambos.
Existe una serie de grupos que tienen nombre propio, como aparece en la tabla adjunta.
Podemos hablar de 4 zonas diferenciadas en función del orbital en el que entre el último electrón: zona s, las 2 primeras columnas, zona d de la columna 3 a la 12, zona p de la 13 a la 18 y zona f las 2 filas de los elementos de transición interna o tierras raras que se colocan fuera de la tabla.
El hidrógeno no presenta sitio definido, aunque por tener un solo electrón en el orbital 1s, suele colocarse encima del grupo de los alcalinos.