Estructura atómica avanzada
En 4.º de ESO profundizamos en la estructura del átomo, la configuración electrónica y cómo esta determina las propiedades de los elementos y su posición en la tabla periódica.
Repaso: partículas subatómicas
| Partícula | Carga | Masa (u.m.a.) | Localización |
|---|
| Protón (p⁺) | +1 | 1,0073 | Núcleo |
| Neutrón (n⁰) | 0 | 1,0087 | Núcleo |
| Electrón (e⁻) | −1 | 0,00055 | Corteza (orbitales) |
El número atómico Z = n.º de protones identifica al elemento. El número másico A = Z + N (protones + neutrones).
Configuración electrónica por subniveles
Los electrones se distribuyen en niveles (n = 1, 2, 3…), subniveles (s, p, d, f) y orbitales. Cada orbital puede contener como máximo 2 electrones.
| Subnivel | N.º de orbitales | Máx. electrones |
|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
El orden de llenado sigue el diagrama de Moeller (regla de la diagonal):
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s …
📘 Ejemplo resueltoConfiguración electrónica del hierro (Fe, Z = 26):
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
Comprobación: 2+2+6+2+6+2+6 = 26 electrones ✓
Configuración abreviada: [Ar] 4s² 3d⁶
(Se usa el gas noble anterior, en este caso el argón, Z = 18, para abreviar.)
Electrones de valencia y propiedades
Los electrones de valencia son los del último nivel de energía. Determinan:
• El grupo en la tabla periódica.
• La reactividad del elemento.
• El tipo de enlace que forma.
• El número de oxidación más habitual.
📘 Ejemplo resueltoAzufre (S, Z = 16): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
• Electrones de valencia: 3s² 3p⁴ = 6 electrones de valencia
• Grupo 16 (VIA), período 3
• No metal, electronegatividad alta
• Números de oxidación habituales: −2, +4, +6
Isótopos y masa atómica
Los isótopos de un elemento tienen el mismo Z pero diferente A. La masa atómica que aparece en la tabla periódica es la media ponderada de las masas de sus isótopos naturales:
🔬 Fórmula claveMasa atómica media:
M = Σ (fraccióni × masai)
📘 Ejemplo resueltoEl cloro tiene dos isótopos: ³⁵Cl (75,77 %) y ³⁷Cl (24,23 %).
M = 0,7577 × 35 + 0,2423 × 37 = 26,52 + 8,97 = 35,49 u
Por eso la masa atómica del cloro en la tabla periódica es ≈ 35,5 u.
🤔 ¿Sabías que…?El carbono-14 (¹⁴C) es un isótopo radiactivo del carbono que se utiliza para datar restos arqueológicos. Los seres vivos incorporan ¹⁴C del ambiente mientras viven. Al morir, el ¹⁴C se desintegra con una vida media de 5 730 años. Midiendo cuánto ¹⁴C queda, se puede calcular la antigüedad del resto.
✏️ Ejercicios1. Escribe la configuración electrónica completa de: a) Ca (Z = 20); b) Br (Z = 35); c) K (Z = 19).
2. Escribe la configuración electrónica abreviada de: a) Ni (Z = 28); b) Se (Z = 34); c) Sr (Z = 38).
3. ¿Cuántos electrones de valencia tiene el fósforo (Z = 15)? ¿En qué grupo y período se encuentra?
4. ¿Qué diferencia hay entre un orbital y un subnivel?
5. El cobre (Z = 29) tiene una configuración electrónica anómala: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ en lugar de [Ar] 4s² 3d⁹. ¿Por qué crees que es más estable tener el subnivel d completo?
6. El magnesio tiene tres isótopos: ²⁴Mg (78,99 %), ²⁵Mg (10,00 %) y ²⁶Mg (11,01 %). Calcula la masa atómica media.
7. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene el ion Fe³⁺ (Z = 26, A = 56)?
8. Indica el período, grupo y tipo de elemento (metal/no metal) para: Na (Z = 11), Cl (Z = 17), Ar (Z = 18).
9. ¿Por qué los gases nobles son tan poco reactivos? Relaciona con su configuración electrónica.
10. Ordena de mayor a menor radio atómico: Li, Na, K, Rb. Justifica.
📋 Resumen de la lección- Los electrones se distribuyen en niveles, subniveles y orbitales siguiendo el diagrama de Moeller.
- La configuración electrónica determina la posición del elemento en la tabla periódica.
- Los electrones de valencia (último nivel) determinan el grupo y la reactividad.
- La masa atómica es la media ponderada de las masas de los isótopos naturales.
- La configuración abreviada usa el gas noble anterior entre corchetes.