Seguramente, ya hayas estudiado la estructura de los átomos y las moléculas, además de los enlaces que pueden formar los átomos. Un aspecto clave en esta comprensión es la disposición de los electrones alrededor del núcleo, ya que puede afectar significativamente las propiedades químicas y físicas de una sustancia.
En algunos casos, los electrones se comparten entre átomos o moléculas, lo que forma una estructura llamada nube electrónica. Esta estructura es fundamental en una amplia variedad de procesos físicos y químicos, y su estudio ha permitido importantes avances en la comprensión de la materia y su comportamiento.
En este artículo, abordaremos cómo se organizan los electrones alrededor de los átomos y las moléculas, y cómo la nube electrónica influye en diversos fenómenos químicos y físicos. ¡Sigue leyendo y aprenderás lo más relevante sobre ellas!
- Este artículo trata sobre la nube electrónica.
- En primer lugar, veremos qué es la nube de electrones.
- Posteriormente, analizaremos el modelo atómico y cómo se representa la nube de electrones.
- A continuación, aprenderemos sobre los orbitales atómicos: su forma, los tipos que existen y los orbitales híbridos.
- Por último, estudiaremos sobre la relación del enlace metálico con la nube de electrones.
¿Qué es la nube de electrones?
La nube de electrones, o nube electrónica, es una estructura que forman los electrones de un átomo cuando se encuentran dispuestos alrededor del núcleo.
La nube electrónica es una región del átomo que tiene una gran densidad electrónica y se extiende hasta la zona que rodea el átomo o la molécula formada por los átomos. En algunas ocasiones, los electrones son compartidos entre los diferentes átomos y moléculas, lo que genera una nube de electrones compartida, más comúnmente conocida como enlace covalente.
Comprender cómo es una nube electrónica nos puede ayudar a conocer las propiedades de las sustancias, tanto químicas como físicas.
Modelo atómico: nube de electrones
El modelo atómico es una representación del átomo que permite explicar sus propiedades y predecir su comportamiento.
Veamos la representación gráfica de la nube de electrones en el modelo atómico:
Fig. 1: Modelo atómico de un átomo, en el que se puede observar la nube de electrones alrededor del núcleo.
Orbitales atómicos
Un orbital es una función matemática de la probabilidad de localización de un electrón dentro del átomo. Por tanto, un orbital está asociado con la definición de los parámetros de los electrones dentro de un átomo.
Es importante recordar que cada orbital puede albergar 2 electrones y cada electrón debe estar en un estado de espín opuesto, debido al principio de exclusión de Pauli.
Hay 4 tipos principales de orbitales atómicos, cuyas formas y propiedades describiremos a continuación
Formas y tipos de orbitales
Hay 4 tipos de orbitales; cada uno tiene su propia forma, que está determinada por la cantidad de lóbulos presentes en el orbital. Algunos orbitales tienen una forma específica, pero se requiere que varios de ellos se unan para formar un nivel de energía.
Orbital | Cantidad de lóbulos (y forma) | |
s | 1 (esférico) | 1 |
p | 2 (mancuerna) | 3 |
d | 3 ó 4 | 5 |
f | variable | 7 |
Tabla 1: tabla recopilatoria de información sobre los orbitales.
A continuación encontrarás una imagen de los tres primeros tipos de orbitales: s, p y d. Los diferentes lóbulos que pueden tener los orbitales se muestran claramente en el diagrama:
- No es necesario que te fijes en la forma y la naturaleza de los orbitales f.
- Recuerda que para los orbitales p y d, los múltiplos de estos orbitales se juntan en diferentes ejes.
Fig. 2: Formas y tipos de orbitales.
Hay que tener en cuenta que:
- Los orbitales s están presentes en todas las capas de energía.
- Los orbitales superiores sólo aparecen en las capas superiores.
Esto se debe al hecho de que los niveles de energía adicionales pueden contener más electrones y, además, electrones en configuraciones diferentes. Por ejemplo, el orbital d sólo se introduce en la tercera envoltura, y el orbital f sólo en la cuarta envoltura del átomo.
Los orbitales en los enlaces
Ahora trataremos los distintos tipos de enlace creados por el solapamiento de orbitales. Se trata de la teoría de los orbitales aplicada al enlace. En lugar de pensar en el enlace en términos de electrones, aquí consideraremos el enlace en términos de orbitales y cómo pueden producir diferentes tipos de enlaces a partir de su solapamiento.
Enlaces sigma
Los enlaces sigma (σ) se producen por el solapamiento de los lóbulos de un orbital a lo largo del eje que une los dos núcleos enlazantes. En este caso, los lóbulos de un solo electrón se solapan y producen efectivamente un enlace único. Puede tratarse de dos orbitales s superpuestos, un orbital s y un orbital p superpuestos, o dos orbitales p superpuestos, con un único lóbulo de cada orbital. La superposición de orbitales p que da lugar a enlaces sigma sólo se produce cuando ambos orbitales p están situados horizontalmente sobre su eje.
Observa el siguiente diagrama, para comprender mejor cómo se crean los enlaces sigma mediante el solapamiento de orbitales:
Fig. 3: Solapamiento de orbitales para producir enlaces sigma.
Enlaces Pi localizados
Los orbitales Pi (π) se forman a partir de la superposición de varios lóbulos de dos orbitales adyacentes. Aquí se incluye la superposición de orbitales p cuando están en posición axial vertical. Los lóbulos superior e inferior se solapan entre sí, perpendicularmente al eje que une los dos núcleos de enlace; es decir, por encima y por debajo del enlace sigma.
Un aspecto clave de este tipo de enlace es que crea un enlace pi localizado y de forma fija. Esto significa que la orientación de los enlaces creados se estabiliza en la molécula.
Enlaces Pi deslocalizados
Existen enlaces pi que están deslocalizados en cuanto a los electrones. La deslocalización de electrones a través de enlaces pi se produce en grandes estructuras de anillo, que permiten el solapamiento de múltiples orbitales p.
Es importante recordar que, debido a estas grandes estructuras de anillo, los orbitales p son capaces de formar grandes estructuras de anillo por encima y por debajo del anillo. Estas permiten la deslocalización de electrones, lo que crea nubes de densidad electronegativa, y confieren propiedades químicas y físicas específicas a estas estructuras anulares.
Orbitales híbridos
Los orbitales híbridos se forman cuando diferentes orbitales de un átomo se combinan para producir un orbital híbrido con fines de enlace.
Existen tres tipos de orbitales híbridos: sp, sp2 y sp3. Están formados por diferentes números de orbitales s y p, que se combinan de diferentes maneras. Estos orbitales permiten que el átomo se enlace de forma diferente, dependiendo de cómo estén dispuestos los electrones en los niveles de energía. Esto, a su vez, lleva a las moléculas resultantes a adoptar la forma que tienen. Estos orbitales hibridados permiten que las moléculas tengan distintas geometrías moleculares, basadas en la teoría VSEPR.
Enlace metálico: nube de electrones
Un enlace metálico es la atracción electrostática entre una red de iones positivos y un mar de electrones deslocalizados.
Cuando los átomos metálicos se enlazan entre sí, sus orbitales electrónicos de la capa externa se fusionan. Los electrones dejan de estar confinados en un átomo concreto y pueden moverse libremente dentro de los orbitales fusionados, que forman una región que se extiende por todo el metal.
Decimos que estos electrones están deslocalizados y que forman un mar de deslocalización.
La nube de electrones está muy relacionada con el enlace metálico ya que, gracias a la existencia de la nube, se pueden formar los enlaces metálicos. Cuando se está configurando un enlace metálico, los átomos de los elementos que se van a unir forman una red tridimensional, en la que los átomos forman un patrón regular. Entonces, se produce una liberación de los electrones de valencia de los átomos y se forma la nube de electrones, que actúa como elemento de unión para que los átomos de la red no se separen.
Gracias a la presencia de la nube de electrones, los metales pueden tener ciertas propiedades únicas como, por ejemplo, la conductividad (tanto eléctrica como térmica), la ductilidad, la maleabilidad, etc.
Si has llegado hasta aquí, ya eres todo un experto en la nube electrónica, ¡Enhorabuena!
Nube electrónica - Puntos clave
- La nube de electrones, o nube electrónica, es una estructura que forman los electrones de un átomo cuando se encuentran dispuestos alrededor del núcleo. Es una región del átomo que tiene una gran densidad electrónica y se extiende hasta la zona que rodea el átomo, o la molécula formada por los átomos.
- El modelo atómico es una representación del átomo que permite explicar sus propiedades y predecir su comportamiento.
- Un orbital es una función matemática de la probabilidad de localización de un electrón dentro del átomo.
- Los orbitales híbridos se forman cuando diferentes orbitales de un átomo se combinan para producir un orbital híbrido con fines de enlace.
- Un enlace metálico es la atracción electrostática entre una red de iones positivos y un mar de electrones deslocalizados.
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