¿Qué determina el comportamiento químico de un átomo?

Los elementos están hechos de átomos y la estructura del átomo determina cómo se comportará al interactuar con otros químicos. La clave para determinar cómo se comportará un átomo en diferentes entornos radica en la disposición de los electrones dentro del átomo.

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Cuando un átomo reacciona, puede ganar o perder electrones, o puede compartir electrones con un átomo vecino para formar un enlace químico. La facilidad con la que un átomo puede ganar, perder o compartir electrones determina su reactividad.

Los átomos constan de tres tipos de partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. La identidad de un átomo está determinada por su número de protones o número atómico. Por ejemplo, cualquier átomo que tenga 6 protones se clasifica como carbono. Los átomos son entidades neutrales, por lo que siempre tienen el mismo número de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Se dice que los electrones orbitan el núcleo central, mantenido en posición por la atracción electrostática entre el núcleo cargado positivamente y los propios electrones. Los electrones están ordenados en niveles de energía o capas: áreas definidas del espacio alrededor del núcleo. Los electrones ocupan los niveles de energía más bajos disponibles, es decir, los más cercanos al núcleo, pero cada nivel de energía solo puede contener un número limitado de electrones. La posición de los electrones más externos es clave para determinar el comportamiento de un átomo.

El número de electrones en un átomo está determinado por el número de protones. Esto significa que la mayoría de los átomos tienen un nivel de energía exterior parcialmente lleno. Cuando los átomos reaccionan, tienden a intentar alcanzar un nivel de energía exterior completo, ya sea perdiendo electrones externos, ganando electrones adicionales o compartiendo electrones con otro átomo. Esto significa que es posible predecir el comportamiento de un átomo examinando su configuración electrónica. Los gases nobles como el neón y el argón destacan por su carácter inerte: no participan en reacciones químicas, excepto en circunstancias muy extremas, ya que ya tienen una energía externa completa estable nivel.

La tabla periódica de los elementos está organizada de modo que los elementos o átomos con propiedades similares se agrupen en columnas. Cada columna o grupo contiene átomos con una disposición de electrones similar. Por ejemplo, los elementos como el sodio y el potasio en la columna de la izquierda de la tabla periódica contienen cada uno 1 electrón en su nivel de energía más externo. Se dice que están en el Grupo 1, y debido a que el electrón externo solo es atraído débilmente por el núcleo, se puede perder fácilmente. Esto hace que los átomos del Grupo 1 sean altamente reactivos: pierden fácilmente su electrón externo en reacciones químicas con otros átomos. De manera similar, los elementos del Grupo 7 tienen una sola vacante en su nivel de energía exterior. Dado que los niveles de energía exterior total son los más estables, estos átomos pueden atraer fácilmente un electrón adicional cuando reaccionan con otras sustancias.

La energía de ionización (IE) es una medida de la facilidad con la que se pueden eliminar los electrones de un átomo. Un elemento con una energía de ionización baja reaccionará fácilmente perdiendo su electrón externo. La energía de ionización se mide por la eliminación sucesiva de cada electrón de un átomo. La primera energía de ionización se refiere a la energía necesaria para eliminar el primer electrón; la segunda energía de ionización se refiere a la energía necesaria para eliminar el segundo electrón y así sucesivamente. Al examinar los valores de las sucesivas energías de ionización de un átomo, se puede predecir su comportamiento probable. Por ejemplo, el elemento calcio del Grupo 2 tiene un 1er I.E. bajo. de 590 kilojulios por mol y un segundo I.E. relativamente bajo. de 1145 kilojulios por mol. Sin embargo, el 3er I.E. es mucho mayor a 4912 kilojulios por mol. Esto sugiere que cuando el calcio reacciona, es más probable que se pierdan los dos primeros electrones fácilmente extraíbles.

La afinidad electrónica (Ea) es una medida de la facilidad con la que un átomo puede ganar electrones adicionales. Los átomos con bajas afinidades electrónicas tienden a ser muy reactivos, por ejemplo, el flúor es el más elemento reactivo en la tabla periódica y tiene una afinidad electrónica muy baja a -328 kilojulios por mol. Al igual que con la energía de ionización, cada elemento tiene una serie de valores que representan la afinidad electrónica de sumar el primer, segundo y tercer electrones y así sucesivamente. Una vez más, las sucesivas afinidades electrónicas de un elemento dan una indicación de cómo reaccionará.