Configuración electrónica y la tabla periódica

Imaginemos que pudiéramos ver el interior de un átomo como si se tratara de un pequeño sistema planetario. En el centro estaría el núcleo, con protones y neutrones, y a su alrededor girarían los electrones, como si fueran planetas orbitando. Pero, a diferencia de los planetas reales, los electrones no pueden ubicarse en cualquier lugar alrededor del núcleo. Solo pueden ocupar ciertos espacios llamados niveles de energía.

Cada nivel de energía puede tener una cierta cantidad máxima de electrones. Los primeros en acomodarse lo hacen en el nivel más cercano al núcleo, y a medida que se va completando ese espacio, los siguientes electrones se ubican en niveles más alejados. Este ordenamiento no es al azar: tiene reglas muy específicas, y es lo que conocemos como configuración electrónica.

Esta organización de los electrones no solo sirve para entender cómo es un átomo por dentro. También nos permite explicar fenómenos que vemos con nuestros propios ojos. Por ejemplo, cuando colocamos un poco de sal (que tiene sodio) en una llama, aparece un color amarillo muy brillante. Si usamos cobre, la llama se vuelve verde. ¿Por qué sucede esto?

Al calentar un elemento, parte de la energía que recibe puede ser absorbida por los electrones. Esa energía hace que el electrón “salte” a un nivel de energía más alto. Pero ese estado no dura mucho. Rápidamente, el electrón vuelve a caer al nivel en el que estaba antes, y al hacerlo, libera la energía que había absorbido. Esa energía se emite en forma de luz. Y como cada elemento tiene sus propios niveles de energía, la luz que emiten es de colores distintos. Es como si cada átomo tuviera su firma luminosa.

Algo importante que debemos recordar es que los átomos, cuando están en estado neutro, tienen la misma cantidad de protones (en el núcleo) y electrones (alrededor del núcleo). Esta igualdad asegura que el átomo no tenga carga eléctrica.

La tabla periódica y los niveles de energía

Ahora bien, ¿cómo se relaciona todo esto con la tabla periódica? La tabla es una herramienta que usamos para ordenar y clasificar a todos los elementos químicos conocidos. Cada cuadrado de la tabla representa un elemento, y están ordenados por un número llamado número atómico, que indica cuántos protones (y, en un átomo neutro, también cuántos electrones) tiene ese elemento.

En muchas tablas periódicas, además del nombre del elemento y su número atómico, aparece una lista de números más pequeños. Esos números indican cuántos electrones tiene el átomo en cada nivel de energía. Por ejemplo, el oxígeno tiene 8 electrones: 2 en el primer nivel y 6 en el segundo. Esa información es clave para entender cómo se comporta ese elemento.

Y si miramos la forma de la tabla, notamos que no es un simple rectángulo. Su forma escalonada tiene que ver justamente con cómo se van ocupando los niveles de energía a medida que se agregan más electrones. En las filas horizontales de la tabla, que llamamos períodos, cada nuevo elemento tiene un electrón más que el anterior, y al bajar de fila, se agrega un nuevo nivel de energía.

Así, la tabla no solo nos muestra qué elementos existen, sino que también nos cuenta cómo están construidos por dentro. Nos ayuda a predecir cómo van a reaccionar entre sí, qué propiedades tienen y hasta qué color pueden emitir cuando se calientan.

Actividad: Explorando la configuración electrónica con la tabla periódica

En esta actividad vamos a usar la tabla periódica para investigar cómo se distribuyen los electrones en los átomos de algunos elementos. Para eso, vamos a trabajar con lo que aprendimos sobre los niveles de energía y cómo se van ocupando con electrones.

Si no tenés tabla periódica podes usar esta versión digital. En este caso la ocupación de niveles de energía aparece en el lado derecho del cuadro de cada elemento, donde arriba de todo esta la cantidad de electrones en el primer nivel y hacia abajo incrementa indica los electrones en cada nivel.

También vamos a observar qué patrones aparecen en la tabla periódica cuando comparamos varios elementos entre sí. Esta actividad nos va a ayudar a entender por qué algunos elementos se comportan de manera parecida y cómo la tabla periódica está organizada a partir de su estructura interna.

1. Representar la nube electrónica

Vamos a comenzar dibujando un modelo muy simple de la nube electrónica de algunos elementos. Imaginamos al átomo con un núcleo en el centro y círculos a su alrededor que representan los niveles de energía.

Para cada uno de los siguientes elementos, hacé un dibujo con el núcleo en el centro con el símbolo del elemento, y agregá los niveles de energía ocupados con la cantidad correspondiente de electrones. Usá puntos o cruces para representar los electrones en cada nivel.

Recordá que si el átomo es neutro, la cantidad de electrones es igual a la cantidad de protones. Esa información la sacás del número atómico que está en la tabla periódica.

2. Periodos de la tabla periódica: ¿Cuántos niveles de energía ocupados tiene un átomos?

Observá varios elementos que estén en la misma fila (también llamada periodo) de la tabla periódica. Fijate cuántos niveles de energía ocupados tiene cada uno de los elementos químicos.

Con esa información, armá una tabla como la siguiente:

Periodo de la tabla Cantidad de niveles de energía
Periodo 1
Periodo 2
Periodo 3
Periodo 4
Periodo 5
Periodo 6
Periodo 7

Una vez que observaste varios elementos y sus configuraciones electrónicas, pensá y respondé:

¿Qué relación hay entre el periodo (es decir, la fila) de la tabla periódica y la cantidad de niveles de energía ocupados por los átomos?

3. Grupos de la tabla periódica: ¿Qué pasa en el último nivel?

Observá varios elementos que estén en la misma columna (también llamada grupo) de la tabla periódica. Fijate cuántos electrones tiene cada uno en su último nivel de energía, que es el más alejado del núcleo.

Con esa información, armá una tabla como la siguiente:

Grupo de la tabla Cantidad de electrones en el último nivel
Grupo 1
Grupo 2
Grupo ... Completar todos los grupos...
Grupo 18

Una vez que observaste varios elementos y sus configuraciones electrónicas, pensá y respondé:

¿Cuál es la mayor cantidad de electrones que puede tener un átomo en su último nivel de energía (según lo que se observa en los elementos de la tabla periódica)?

¿Se repite ese número en varios elementos? ¿Hay un número que parece ser como un “tope”? ¿Qué relación tiene eso con los elementos del grupo 18 (los gases nobles)?

4. Buscando elementos en la tabla periódica

  1. ¿Qué elemento químico está en el periodo 4 y grupo 3?
  2. ¿Qué elemento químico tiene 2 niveles de energía ocupados y 6 electrones en el último nivel?
  3. ¿Qué cosa tienen en común un átomo de Carbono (C) y uno de Silicio (Si)?
  4. ¿Qué cosa tienen en común un átomo de Hierro (Fe) y un átomo de Bromo (Br)?