Que Son Niveles Energéticos

En química y teoría atómica se parte del hecho de que los electrones que forman parte del átomo están distribuidos en "capas" o niveles energéticos. En función de la capa que ocupe un electrón tiene una u otra energía de ahí que se diga que ocupa una capa de cierto nivel energético. La existencia de capas se debe a dos hechos: el principio de exclusión de Pauli que limita el número de electrones por capa, y el hecho de que sólo ciertos valores de la energía están permitidos (técnicamente estos valores coinciden con los auto valores del operador hamiltoniano cuántico que describe la dinámica de los electrones que interaccionan electromagnéticamente con el núcleo atómico).

Si bien un electrón no puede adoptar cualquier tipo de energía sino sólo unas determinadas asociadas a los niveles energéticos de cada átomo, si es posible si se aporta energía a los electrones que estos "salten" a otros niveles de energía superiores, pasando el átomo a estar en un estado excitado. La electrodinámica cuántica implica que estos estados excitados del átomo, donde un electrón ocupa un nivel energético alto existiendo huecos en los niveles inferiores son inestables, por lo que al cabo de unos instantes el electrón "decae" a niveles más bajos y emite la energía sobrante en forma de fotones.

Más técnicamente en mecánica cuántica las capas se modelizan como orbitales atómicos que son distribuciones de carga eléctrica en el espacio, cuya forma exacta depende de los detalles del modelo atómico de Schrödinger que está formado por soluciones exactas de la llamada ecuación de Schrödinger. En el modelo de Schrödinger y otros anteriores la estructura de capas electrónicas u orbitales es lo que explica la reactividad del átomo y los tipos de combinaciones (compuestos) que éste átomo puede formar. En ciertas situaciones físicas el modelo atómico de Schrödinger es inexacto y por ejemplo no puede explicar la estructura final del espectro, en esos casos frecuentemente se requiere la consideración del espín electrónico y el uso de la ecuación relativista de Dirac. Aunque la mayor parte de las aplicaciones a la química pueden ser descritas mediante el modelo de Schrödinger que es algo más simple.

Un orbital atómico viene representado por una función matemática que describe la distribución de probabilidad de uno o dos electrones en un átomo, dicha función es una función propia del hamiltoniano del átomo hidrogenoide. Un orbital molecular es análogo, pero para moléculas.

Que Son Subniveles energéticos

Bohr suponía que todos los electrones de una misma órbita o nivel tenían igual cantidad de  energía, pero estudios posteriores indicaron que a excepción del 1º nivel (1 o K), los demás están formados por VARIOS SUBNIVELES AGRUPADOS entre si.

Por ejemplo la órbita K o 1 donde n=1, tiene un solo nivel con 2 electrones.

La órbita L o 2  donde n=2, hay dos subniveles, donde se ubican los 8 electrones. Los subniveles S y p.

La órbita M o 3 donde n=3, hay tres subniveles para ubicar los 18 electrones. Los subniveles S, p y d.-

El nivel 4 o N  donde n=4, hay 14 electrones que se ubican en 4 subniveles: S, p, d y f.-

Entonces, según la regla de hund. El orden en el que se van complementando los subniveles de energía creciente es: 

 1 s,  2 s ,  2 p ,  3 s ,  3 p,  4 s,  3d,  4 p,  5 s,  4 d ,  5 p ,  4 f,  5 d,  6 p, 7 s ,  5 f, 6d,  7 p.-

ORBITAL ATÓMICO:

Dado que es imposible determinar con exactitud la trayectoria del electrón dentro del átomo, se hable de probabilidad de encontrar un electrón en  Una zona de átomo.

En con secuencia se  puede imaginar el núcleo positivo del átomo rodeado por una nube de carga eléctrica negativa, provocada por los electrones en movimiento. Es conveniente aclarar que en la actualidad no se considera al electrón como una partícula sino como una onda o nube negativa de carga negativa que ocupa un estado alrededor del núcleo.

  Por eso definimos:

Orbital atómico: es la zona alrededor del núcleo donde existe la mayor probabilidad de encontrar al electrón. -

Forma de los orbitales de  los Subniveles: El subnivel S es redondo y el P se presenta elíptico en las tres dimensiones: x, y, z.

SPIN del electrón: es la facultad que tiene un electrón de girar sobre si mismo en una misma dirección y dos sentidos posibles.

REPRESENTACIÓN DE LOS ELECTRONES EN ORBITALES

Para visualizar los electrones en orbitales, se puede representar cada orbital con un cuadrado dividido por una diagonal, y a cada electrón con una flecha: De esta forma el orbital puede estar: 

                       Vacio                             Incompleto                                  Completo

            (Sin electrones)         (Con un solo electrón)          (Con los dos electrones)

Las  flechas tienen que tener sentidos distintos para indicar que los electrones tienen SPIN CONTRARIO.-

EL LLENADO DE ORBITALES POR LOS ELECTRONES SE REALIZA A PARTIR DE LOS NIVELES Y SUBNIVELES POR ORDEN CRECIENTE DE ENERGÍA (Hacer el llenado según la REGLA DE HUND)

No se completa un orbital hasta que haya un electrón en todos los orbitales de su subnivel.

 Nombre                                       Relación con la configuración 

electrónica

                      Niveles                                  se relacionan en que dependiendo del 

número de niveles que tenga

un átomo se realiza la

Configuración electrónica.

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                   Subniveles                            Se relacionan ya que para completar la

Tabla de configuración electrónica se

necesita Saber de cuantos subniveles

 están agrupados

entre sí.

                                                  

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                               Orbitales                                             Se relaciona ya que  necesita saber

cuantos orbitales tiene para así

 completar toda la configuración

electrónica  necesaria ya que se

necesita saber el numero de

electrones en los subniveles.

Conclusión: Para elaborar una tabla de configuración electrónica se necesita todas y cada uno de estos nombres (nivel subnivel orbitales), ya que para saber cuantos electrones existen en los subniveles se necesita saber cuantos átomos hay en los niveles, y para saber cuantos orbitales hay en un electrón se necesita saber cuantos subniveles existen.

Relación entre la tabla periódica y la configuración Electrónica

Al referirnos a la configuración electrónica (o periódica)  estamos hablando de la descripción de la ubicación de los electrones en los distintos niveles (con subniveles y orbitales) de un determinado átomo.

Científicamente, diremos que es la representación del modelo atómico de Schrödinger o modelo de la mecánica cuántica. En esta representación se indican los niveles, subniveles y los orbitales que ocupan los electrones.Configurar significa "ordenar" o "acomodar", y electrónico deriva de "electrón"; así, configuración electrónica es la manera ordenada de repartir los electrones en los niveles y subniveles de energía.

Debemos acotar que aunque el modelo de Schrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.

Para comprender (visualizar  o graficar) el mapa de configuración electrónica (o periódica) es necesario revisar los siguientes conceptos.