Química Fundamental: Propiedades Atómicas, Tabla Periódica y Números Cuánticos Esenciales
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Propiedades Atómicas Fundamentales
La química se basa en la comprensión de las propiedades de los átomos. A continuación, se detallan algunas de las más importantes:
Afinidad Electrónica
La afinidad electrónica es la energía desprendida cuando un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental capta un electrón y se transforma en un ion negativo.
Electronegatividad
La electronegatividad es la mayor tendencia a atraer hacia un átomo el par de electrones de un enlace covalente formado con otro átomo. Sirve para clasificar los elementos en metales y no metales.
Estados Energéticos de los Electrones
Los electrones en un átomo pueden ocupar diferentes estados energéticos:
- Estado Fundamental: Cuando los electrones ocupan los orbitales de menor a mayor energía, siguiendo las reglas de llenado.
- Estado Excitado: Cuando un electrón ocupa orbitales de mayor energía sin que los anteriores estén completamente llenos.
- Estado No Válido: Cuando la configuración electrónica no cumple el Principio de Exclusión de Pauli o la Regla de Hund.
Clasificación de los Elementos
Los elementos se clasifican en el Sistema Periódico según el tipo de orbital que ocupa su electrón diferenciador (el último electrón añadido):
- Elementos Representativos: Son aquellos elementos en los que el último electrón entra a ocupar orbitales de tipo s o de tipo p.
- Elementos de Transición: Cuando el electrón diferenciador entra a ocupar orbitales de tipo d.
- Elementos de Transición Interna: Cuando el electrón diferenciador entra a ocupar orbitales de tipo f.
Grupos de Elementos Representativos y su Configuración Electrónica Externa
- Alcalinos: ns1
- Alcalinotérreos: ns2
- Térreos (o Grupo del Boro): ns2 np1
- Carbonoideos (o Grupo del Carbono): ns2 np2
- Nitrogenoideos (o Grupo del Nitrógeno): ns2 np3
- Anfígenos (o Grupo del Oxígeno): ns2 np4
- Halógenos: ns2 np5
- Gases Nobles: ns2 np6
Tendencias Periódicas
Las propiedades de los elementos varían de manera predecible a lo largo de los grupos y períodos de la Tabla Periódica.
Radio Atómico
- En un grupo o familia: El radio atómico aumenta con el número atómico porque hay un mayor número de niveles energéticos ocupados, lo que incrementa el tamaño del átomo.
- En un período o fila: A medida que aumenta el número atómico, el radio atómico disminuye porque la carga nuclear efectiva aumenta, atrayendo más fuertemente a los electrones hacia el núcleo.
Energía o Potencial de Ionización
Es la energía mínima necesaria para arrancar el último electrón a un átomo en estado gaseoso y fundamental.
- En un grupo o familia: El potencial de ionización disminuye con el número atómico porque, a medida que aumenta el tamaño del átomo, el electrón más externo está menos retenido por el núcleo.
- En un período o fila: El potencial de ionización aumenta con el número atómico porque, al aumentar la carga nuclear efectiva, los electrones están más fuertemente retenidos.
El Sistema Periódico Actual
El Sistema Periódico actual está ordenado por orden creciente de número atómico, de tal forma que los elementos con propiedades químicas similares se sitúan en la misma columna (grupo).
El Sistema Periódico está organizado en:
- Períodos o Filas: Formados por aquellos elementos que están llenando sus electrones en los mismos niveles energéticos principales.
- Grupos o Familias: Formados por aquellos elementos que tienen la misma configuración electrónica externa, lo que les confiere propiedades químicas similares.
Números Cuánticos
Los números cuánticos describen el estado energético y la ubicación probable de un electrón en un átomo. Un electrón se describe mediante un conjunto de cuatro números cuánticos (n, l, ml, ms):
- n (Número Cuántico Principal): Indica el nivel energético principal y el tamaño del orbital. Puede tomar valores enteros positivos (1, 2, 3, ...).
- l (Número Cuántico Secundario o Azimutal): Indica la forma del orbital y el subnivel energético. Sus valores dependen de 'n', desde 0 hasta (n-1).
- l = 0: orbital tipo s (esférico)
- l = 1: orbital tipo p (bilobulado)
- l = 2: orbital tipo d (más complejo)
- l = 3: orbital tipo f (aún más complejo)
- ml (Número Cuántico Magnético): Indica la orientación espacial del orbital. Sus valores dependen de 'l', desde -l hasta +l, incluyendo el 0.
- Para l = 0 (orbital s): ml = 0 (1 orbital)
- Para l = 1 (orbital p): ml = -1, 0, +1 (3 orbitales)
- Para l = 2 (orbital d): ml = -2, -1, 0, +1, +2 (5 orbitales)
- Para l = 3 (orbital f): ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 (7 orbitales)
- ms (Número Cuántico de Spin): Indica el sentido de giro del electrón sobre su propio eje. Puede ser +1/2 o -1/2.