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Distribución electrónica
Como resultado de los grandes esfuerzos realizados por muchos científicos, en la actualidad, la ciencia dispone de múltiples informaciones, comprobadas en la práctica, acerca de las leyes de distribución de los electrones en los átomos, partiendo del modelo de Bohr en la que señalaba la existencia de un núcleo formado por protones y neutrones, donde está concentrada la masa y la carga positiva del átomo. El electrón gira en órbitas circulares alrededor del núcleo, pero con algunas restricciones, como que solamente lo podía hacer en ciertas órbitas, cuya energía se encuentra cuantizada.
Por niveles electrónicos
Asumiendo el modelo de Bohr, los electrones se distribuyen en los átomos formando capas alrededor del núcleo que reciben el nombre de capas electrónicas o también niveles energéticos. Todos ellos forman la envoltura electrónica que rodea al núcleo. Mientras mayor número de capas electrónicas posea un átomo, mayor será la distancia que separa al núcleo de los electrones más externo.
Cada una de las capas electrónicas posee distinto contenido o nivel de energía y se encuentran a diferentes distancias del núcleo, de forma tal que la capa electrónica de menor nivel de energía será la más próxima al núcleo y las de mayores niveles energéticos se encontrarán más alejadas de éste. A medida que los electrones se encuentren en una capa electrónica alejada del núcleo con gran contenido energético estarán más débilmente unidos a éste. .
Los diferentes niveles energéticos toman valores enteros a partir de 1; por lo que el valor del primero, o sea, para el que corresponde a la capa más próxima al núcleo es 1, el que corresponde a la segunda capa es 2, etcétera. Estos niveles se representan también, a veces, por las letras K,L,M,N,O,P y Q.
Distribución electrónica por niveles de energía
Aunque de acuerdo con la concepción actual del átomo no es posible representarlo gráficamente, desde un punto de vista pedagógico es conveniente tener una representación visual, que, aunque no corresponda exactamente a la realidad, tampoco la contradiga, en la que se utilizan esquemas como el mostrado a continuación:
El núcleo se puede representar con un pequeño círculo donde se señalan tanto protones como indica su número atómico, y tantos neutrones como indica la diferencia entre el índice de masa y el número atómico. La envoltura se puede representar por arcos de circunferencia con centro en el núcleo. Cada arco corresponde a un nivel de energía y en el se coloca un número que indica los electrones que existen en ese nivel.
Se ha podido determinar el número máximo de electrones que pueden agruparse en los distintos niveles de energía y tenemos:
Primer nivel de energía n=1: 2 . 12 = 2 electrones
Segundo nivel de energía n=2: 2 . 22 = 8 electrones
Tercer nivel de energía n=3: 2 . 33 = 18 electrones
Al analizar bien lo anterior, se observa que cada nivel puede contener un número máximo de electrones igual a 2n2, donde n puede ser 1,2,3, etc., según el nivel energético. Aunque esto no quiere decir que siempre tendrán ese número máximo de electrones. Así, se tendrá que: .
El máximo número de electrones en la penúltima capa es 18 Si la penúltima capa no está completa, el máximo número de electrones en la capa más externa es 2
Particularidades de los electrones de los últimos niveles y la tabla periódica
Puesto que la capa K solo puede alojar dos electrones quedará completa en el gas inerte Helio. Después de este, se va llenando la capa L, con un electrón en el Litio hasta ocho en el Neón, cuya situación es análoga a la del Helio. Con dos en la capa K y ocho en la L quedan ambas capas totalmente ocupadas, mientras que las exteriores a ellas continúan vacías por completo.
El Neón es también un gas inerte, lo que significa que tras un período o ciclo de ocho átomos reaparece la propiedad de la inercia química. En los ocho átomos siguientes, los electrones se adicionan a la tercera capa, M, aumentando gradualmente su número desde el Sodio hasta ocho en el Argón. Cabria suponer que este elemento, número 18 no debería ser un gas inerte, ya que de acuerdo al diagrama de los niveles energéticos la capa M puede admitir hasta diez electrones más, esto es, 18; pero la observación nos dice que el Argón es un gas inerte, y que por tanto, la tercera capa debe considerarse completa cuando contenga ocho
Por ejemplo, si la configuración electrónica de un elemento es 1s22s22p63s23p5, podemos hacer el siguiente análisis: Para un átomo la suma total de los electrones es igual al número de protones; es decir, corresponde a su número atómico, que en este caso es 17.