Capítulo 6 Configuración Electrónica De Los átomos Libro

Capítulo

6

Estructura
electrónica
de los átomos
E

n los anuncios de “neón”, los tubos
de vidrio contienen diversos gases
que se pueden excitar con electricidad. Se produce luz cuando los
electrones de un átomo de gas eléctricamente excitados caen a su estado de más baja energía, o estado
basal.

6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9

La naturaleza ondulatoria de la luz
Energía cuantizada yfotones
Espectros de líneas y modelo de Bohr
El comportamiento ondulatorio de la materia
Mecánica cuántica y orbitales atómicos
Representaciones de orbitales
Átomos con muchos electrones
Configuraciones electrónicas
Configuraciones electrónicas y la tabla periódica

LA TABLA PERIÓDICA, que estudiamos en el capítulo

2, surgió en gran medida como resultado de observaciones experimentales. Los elementosque exhibían
propiedades similares se colocaron en la misma
columna de la tabla. Pero, ¿cuáles son las razones funda-

mentales de estas similitudes? ¿Por qué, por ejemplo, el sodio y el potasio son ambos
metales blandos y reactivos? ¿Por qué el helio y el neón son gases no reactivos? ¿Por
qué todos los halógenos reaccionan con hidrógeno para formar compuestos que contienen un átomo de hidrógenoy uno de halógeno?
Cuando los átomos reaccionan, son los electrones los que interactúan. Por tanto, la clave para contestar las preguntas como las que acabamos de plantear radica
en comprender mejor el comportamiento de los electrones en los átomos. La disposición de los electrones en un átomo es la estructura electrónica de ese átomo. Dicha
estructura no sólo se refiere al número de electronesque un átomo posee, sino también a su distribución alrededor del átomo y a sus energías.
Como veremos, los electrones no se comportan como ninguna otra cosa con la
que estemos familiarizados en el mundo macroscópico. Nuestro conocimiento de
la estructura electrónica es el resultado de uno de los principales avances de la ciencia en el siglo XX, la teoría cuántica. En este capítulo describiremos eldesarrollo de la
teoría cuántica y cómo dio origen a una descripción coherente de las estructuras electrónicas de los elementos. Exploraremos algunas de las herramientas que se usan en
la mecánica cuántica, la nueva física que fue preciso desarrollar para describir correctamente los átomos. En capítulos posteriores veremos cómo se
usan estos conceptos para explicar tendencias en la tabla periódicay la
formación de enlaces entre los átomos.

»

Lo que veremos

«

•

La forma en que la luz (energía radiante, o radiación electromagnética)
interactúa con la materia ayuda a
entender el comportamiento de los
electrones en los átomos.

•

La radiación electromagnética tiene
propiedades de las ondas y se caracteriza por su longitud de onda,
frecuencia y rapidez.

•

Los estudios de la radiaciónemitida
por objetos calientes y de la forma en
que la luz que incide sobre una superficie metálica puede desprender
electrones que indican que la radiación electromagnética también tiene
un carácter de partícula y se puede
describir en términos de fotones.

•

El hecho de que los átomos emiten
luz de colores característicos (espectros de líneas) da una idea de cómo
los electrones se acomodan en losátomos, y conduce a dos ideas importantes: los electrones existen
únicamente en ciertos niveles de
energía en torno a los núcleos, y el
movimiento de un electrón de un
nivel a otro implica energía.

•

La materia también tiene propiedades de las ondas, y es imposible
determinar simultáneamente la posición y el movimiento exactos de
un electrón en un átomo (principio
de incertidumbre deHeisenberg).

•

La mecánica cuántica describe el
acomodo de los electrones en los
átomos en términos de orbitales.

•

Si conocemos las energías de los
orbitales y algunas características
fundamentales de los electrones, es
posible determinar las formas en
que los electrones se distribuyen
entre los diversos orbitales de un
átomo (configuraciones electrónicas).

•

La configuración electrónica de un
átomo...