Capas de electrones

El neón, el argón y el helio casi no reaccionan con nada. La razón está en cómo se ordenan sus electrones.

En el modelo sencillo de capas, los electrones llenan niveles alrededor del núcleo. En los 20 primeros elementos, los niveles contienen 2, luego 8, luego 8 y luego el resto. Los electrones reales no recorren círculos perfectos, pero el modelo predice mucha química. Niels Bohr introdujo la idea de niveles de energía fijos en 1913, y los químicos siguen usando esta imagen para explicar por qué los elementos reaccionan como lo hacen.

Cómo se llenan las capas

Los electrones entran primero en la capa más interna, porque es donde quedan más fuertemente sujetos. El hidrógeno tiene 1 electrón y el helio 2, con lo que se llena la primera capa. El litio, con 3, tiene que empezar una segunda capa: 2, 1. La segunda capa se llena en el neón, con 2, 8. El sodio empieza la tercera capa, y el argón la llena hasta 8 con 2, 8, 8. Después, el potasio y el calcio colocan sus últimos electrones en una cuarta capa.

En los átomos más pesados, las capas exteriores pueden contener más de 8. El límite general para la capa número n es 2 × n × n, es decir, 2, 8, 18 y 32. Sin embargo, en los 20 primeros elementos la tercera capa se detiene en 8 antes de que empiece la cuarta, y eso es todo lo que necesitas para este curso.

La capa exterior

Los electrones de la capa más externa son los que intervienen en las reacciones. Un átomo con la capa exterior llena, como el neón (2, 8), es estable. El sodio (2, 8, 1) cede con facilidad su único electrón exterior, y el cloro (2, 8, 7) acepta uno con facilidad. Por eso los dos se combinan en la sal de mesa, el cloruro de sodio: el sodio se convierte en un ion +1, el cloro en un ion −1, y las cargas opuestas los mantienen unidos.

La misma idea predice la carga de muchos iones. Un átomo con uno, dos o tres electrones exteriores tiende a perderlos y se queda con la capa llena de debajo. El magnesio (2, 8, 2) pierde dos y se convierte en Mg²⁺. Un átomo al que le faltan uno o dos electrones para llenar la capa tiende a ganarlos. El oxígeno (2, 6) gana dos y se convierte en O²⁻, y el cloro gana uno y se convierte en Cl⁻. Cuenta los electrones exteriores y normalmente podrás adivinar la carga antes de buscarla.

Las capas y la tabla periódica

El modelo de capas explica la distribución de la tabla periódica. Cada fila, llamada periodo, empieza una capa nueva: el hidrógeno y el helio, en la fila 1, usan una capa; del litio al neón, en la fila 2, usan dos; del sodio al argón, en la fila 3, usan tres. Los elementos de una misma columna, llamada grupo, tienen el mismo número de electrones exteriores, así que se comportan de forma parecida. El litio, el sodio y el potasio tienen un electrón exterior cada uno, y los tres reaccionan con fuerza con el agua. El helio, el neón y el argón están en la última columna, con la capa exterior llena, y son los gases nobles, que casi no reaccionan.