Electrones de valencia
Como se mencionó en una sección anterior de este capítulo, los electrones son muy importantes, porque un subconjunto específico de electrones, llamados electrones de valencia, son los únicos responsables de determinar cómo los elementos se unen entre sí. El número de electrones de valencia presentes en un átomo puede determinarse a partir de su configuración electrónica. Los electrones de valencia se encuentran en los orbitales asociados al nivel de energía más alto del átomo. Los electrones restantes, que se denominan electrones de la capa interna, no participan en el enlace y, por lo tanto, no es importante estudiarlos.
Considere la configuración electrónica del azufre, que se determinó en la sección anterior y se reproduce a continuación.
1s22s22p63s23p4
Recuerde que los niveles de energía en una configuración electrónica son los números rojos principales que denotan el comienzo de una nueva combinación de nivel de energía/orbital. El azufre tiene electrones en el primer, segundo y tercer nivel de energía, indicados por los números rojos iniciales 1, 2 y 3, respectivamente. Los electrones de valencia son los que se encuentran en el nivel de energía más ocupado. Por lo tanto, en este caso, sólo hay que considerar los electrones asociados a una combinación de nivel de energía/orbital que empiece por un 3. Como dos combinaciones de nivel de energía/orbital comienzan con un 3, se seleccionan ambos orbitales para su posterior consideración:
3s23p4
Los superíndices asociados a estos orbitales suman 6. Por lo tanto, el azufre tiene 6 electrones de valencia.
Ejemplo \(\PageIndex{1})
Determine cuántos de los electrones del nitrógeno están clasificados como electrones de valencia. La configuración electrónica del nitrógeno, que se determinó en la sección anterior, se muestra a continuación.
1s22s22p3
Solución
El nitrógeno tiene electrones en el primer y segundo nivel de energía, como se indica con los 1 y 2 rojos principales, respectivamente. Los electrones de valencia son los que se encuentran en el nivel de energía más ocupado. Por lo tanto, en este caso, sólo hay que considerar los electrones asociados a una combinación de nivel de energía/orbital que comience por un 2. Como dos combinaciones de nivel de energía/orbital comienzan con un 2, se seleccionan ambos orbitales para su posterior consideración:
2s22p3
Los superíndices asociados a estos orbitales suman 5. Por lo tanto, el nitrógeno tiene 5 electrones de valencia.
Ejercicio \N(\PageIndex{1}\N)
Determine cuántos de los electrones de cada uno de los siguientes elementos están clasificados como electrones de valencia. A continuación se muestra la configuración electrónica de cada elemento, determinada en el apartado anterior.
- Neón
1s22s22p6
- .
- Calcio
1s22s22p63s23p64s2
Responde que un Neón tiene electrones en el primer y segundo nivel de energía, como lo indican los 1 y 2 rojos que encabezan la lista, respectivamente. Los electrones de valencia son los que se encuentran en el nivel de energía más ocupado. Por lo tanto, en este caso, sólo hay que considerar los electrones asociados a una combinación de nivel de energía/orbital que empiece por un 2. Dado que dos combinaciones de nivel de energía/orbital comienzan con un 2, se seleccionan ambos orbitales para su posterior consideración:
2s22p6
Los superíndices asociados a estos orbitales suman 8. Por lo tanto, el neón tiene 8 electrones de valencia. Respuesta b El calcio tiene electrones en los niveles de energía primero, segundo, tercero y cuarto, como se indica con los 1, 2, 3 y 4 rojos delante, respectivamente. Los electrones de valencia son los que se encuentran en el nivel de energía más ocupado. Por lo tanto, en este caso, sólo hay que tener en cuenta los electrones asociados a una combinación de nivel de energía/orbital que empiece por un 4. Como sólo una combinación de nivel de energía/orbital comienza con un 4, sólo se selecciona un orbital para su posterior consideración:
4s2
El superíndice asociado a este orbital es un 2. Por tanto, el calcio tiene 2 electrones de valencia.
Aunque una configuración electrónica representa todos los electrones presentes en un átomo de un elemento, los químicos sólo están realmente interesados en los electrones de valencia de un átomo, ya que, como se ha indicado anteriormente, esos son los electrones que son los únicos responsables de determinar cómo se unen los elementos entre sí. Por lo tanto, sería muy conveniente encontrar un «atajo» para determinar cuántos electrones de valencia están presentes en un átomo. Este «atajo» existe. En una sección anterior de este capítulo, se presentaron tres sistemas para etiquetar los grupos, o columnas, en la tabla periódica. El segundo sistema, llamado «Sistema A/B», fue indicado para proporcionar una visión del carácter electrónico de los elementos encontrados dentro de ese grupo.
Otra vez, considere el azufre, S, que, basado en su configuración electrónica, tiene 6 electrones de valencia.
El azufre se encuentra en la columna 16 de la tabla periódica. Sin embargo, el «Sistema A/B» se utiliza para etiquetar los elementos del grupo principal. El grupo 16 es la 6ª columna del grupo principal, o «bloque A», de la tabla periódica y por ello se etiqueta como grupo 6A. Observe que el número de electrones de valencia del azufre coincide con su número de grupo en el «Sistema A/B». Esta conexión se aplica a casi todos los elementos que se encuentran en las columnas de los grupos principales de la tabla periódica. El helio es la única excepción a esta regla, ya que se encuentra en el grupo 8A, pero sólo contiene dos electrones en total. Esta incoherencia invalida el método del «atajo A/B», y se debe emplear el método de la configuración electrónica para determinar que ambos electrones del helio son electrones de valencia.
Dado que el número de grupo del «Sistema A/B» corresponde al número de electrones de valencia que están presentes en un átomo, todos los elementos que se encuentran dentro de la misma columna tienen el mismo número de electrones de valencia. Dado que los electrones de valencia de un átomo son los únicos responsables de determinar cómo se unen los elementos entre sí, este carácter electrónico común explica por qué todos los elementos del mismo grupo comparten propiedades similares.
Ejemplo \(\PageIndex{2})
En base a su ubicación en la tabla periódica, determine cuántos de los electrones del nitrógeno están clasificados como electrones de valencia.
Solución
El número de grupo del «Sistema A/B» indica el número de electrones de valencia que están presentes en un átomo. El nitrógeno (N) se encuentra en la columna 15 de la tabla periódica. Sin embargo, el «Sistema A/B» se utiliza para etiquetar los elementos del grupo principal. El grupo 15 es la 5ª columna del grupo principal, o «bloque A», de la tabla periódica, por lo que se etiqueta como grupo 5A. Por lo tanto, el nitrógeno tiene 5 electrones de valencia. (Esta respuesta es coherente con la solución del Ejemplo \(\PageIndex{1}).)
Ejercicio \(\PageIndex{2})
Basándose en la tabla periódica, determine cuántos de los electrones de cada uno de los siguientes elementos están clasificados como electrones de valencia.
- Neón
- Calcio
Responde a El número de grupo del «Sistema A/B» indica el número de electrones de valencia que están presentes en un átomo. El neón (Ne) se encuentra en el Grupo 18, que se etiqueta como Grupo 8A, utilizando el «Sistema A/B». Por lo tanto, el neón tiene 8 electrones de valencia. (Esta respuesta es coherente con la solución del Ejercicio \N(\PageIndex{1}\text{a}). Respuesta b El calcio (Ca) se encuentra en el Grupo 2, que está etiquetado como Grupo 2A en el «Sistema A/B». Por lo tanto, el calcio tiene 2 electrones de valencia. (De nuevo, esta respuesta es consistente con la solución del Ejercicio \(\PageIndex{1}\text{b}\).