electrón central

Los electrones internos son aquellos que no son electrones de valencia y no participan directamente en los enlaces químicos . ^{[ 1 ]} El núcleo y los electrones internos de un átomo forman el núcleo atómico. Los electrones internos están fuertemente unidos al núcleo. Por lo tanto, a diferencia de los electrones de valencia, los electrones internos desempeñan un papel secundario en los enlaces y reacciones químicas al proteger la carga positiva del núcleo atómico de los electrones de valencia. ^{[ 2 ]}

El número de electrones de valencia de un elemento se puede determinar mediante el grupo de la tabla periódica del elemento (véase electrón de valencia ):

• Para los elementos del grupo principal , el número de electrones de valencia varía de 1 a 8 ( orbitales n s y n p).
• Para los metales de transición , el número de electrones de valencia varía de 3 a 12 ( orbitales n s y ( n −1)d).
• Para los lantánidos y actínidos , el número de electrones de valencia varía de 3 a 16 ( orbitales n s, ( n −2)f y ( n −1)d).

Todos los demás electrones que no son de valencia en un átomo de ese elemento se consideran electrones internos.

Una explicación más compleja de la diferencia entre electrones internos y de valencia puede describirse mediante la teoría de orbitales atómicos.

En átomos con un solo electrón, la energía de un orbital está determinada exclusivamente por el número cuántico principal n . El orbital n = 1 tiene la energía más baja posible en el átomo. Para valores grandes de n , la energía aumenta tanto que el electrón puede escapar fácilmente del átomo. En átomos con un solo electrón, todos los niveles de energía con el mismo número cuántico principal son degenerados y tienen la misma energía.

En átomos con más de un electrón, la energía de un electrón depende no solo de las propiedades del orbital en el que reside, sino también de sus interacciones con los demás electrones en otros orbitales. Esto requiere considerar el número cuántico ℓ . Valores más altos de ℓ se asocian con valores más altos de energía; por ejemplo, el estado 2p es más alto que el estado 2s. Cuando ℓ = 2, el aumento de energía del orbital es lo suficientemente grande como para elevar la energía del orbital por encima de la energía del orbital s en la siguiente capa superior; cuando ℓ = 3, la energía se desplaza a la capa dos niveles superior. El llenado de los orbitales 3d no ocurre hasta que se hayan llenado los orbitales 4s.

El aumento de energía para subcapas de momento angular creciente en átomos más grandes se debe a efectos de interacción electrón-electrón, y está específicamente relacionado con la capacidad de los electrones de bajo momento angular para penetrar más eficazmente hacia el núcleo, donde están sujetos a un menor apantallamiento por la carga de los electrones intermedios. Por lo tanto, en átomos de mayor número atómico , el momento angular de los electrones se convierte cada vez más en un factor determinante de su energía, y los números cuánticos principales n de los electrones se vuelven cada vez menos importantes en su ubicación energética. La secuencia de energía de las primeras 35 subcapas (p. ej., 1s, 2s, 2p, 3s, etc.) se da en la siguiente tabla [¿no se muestra?]. Cada celda representa una subcapa con n y momento angular dados por sus índices de fila y columna, respectivamente. El número en la celda es la posición de la subcapa en la secuencia. Véase la tabla periódica a continuación, organizada por subcapas.

El núcleo atómico se refiere a la parte central del átomo , excluyendo los electrones de valencia. ^{[ 3 ]} El núcleo atómico posee una carga eléctrica positiva denominada carga del núcleo , que representa la carga nuclear efectiva experimentada por un electrón de la capa externa . En otras palabras, la carga del núcleo es una expresión de la fuerza de atracción que los electrones de valencia ejercen sobre el núcleo del átomo , teniendo en cuenta el efecto de apantallamiento de estos electrones. La carga del núcleo se calcula restando el número de electrones del núcleo (también llamados electrones de la capa interna) al número de protones en el núcleo, y siempre es un valor positivo en átomos neutros.

La masa del núcleo es casi igual a la masa del átomo. El núcleo atómico puede considerarse esféricamente simétrico con suficiente precisión. El radio del núcleo es al menos tres veces menor que el radio del átomo correspondiente (si calculamos los radios con los mismos métodos). Para átomos pesados, el radio del núcleo aumenta ligeramente con el número de electrones. El radio del núcleo del elemento natural más pesado, el uranio , es comparable al radio de un átomo de litio, aunque este último solo tiene tres electrones.

Los métodos químicos no permiten separar los electrones del núcleo del átomo. Al ionizarse mediante llama o radiación ultravioleta , los núcleos atómicos, por regla general, permanecen intactos.

La carga del núcleo es una forma conveniente de explicar las tendencias en la tabla periódica. ^{[ 4 ]} Dado que la carga del núcleo aumenta a medida que se avanza a lo largo de una fila de la tabla periódica , los electrones de la capa externa son atraídos cada vez con más fuerza hacia el núcleo y el radio atómico disminuye. Esto puede usarse para explicar varias tendencias periódicas como el radio atómico, la primera energía de ionización (EI), la electronegatividad y la oxidación .

La carga del núcleo también se puede calcular como el "número atómico" menos "todos los electrones excepto los de la capa externa". Por ejemplo, el ^{cloro (elemento 17), con configuración electrónica 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵} , tiene 17 protones ^{y 10 electrones en} la capa interna (2 en la primera capa y 8 en la segunda), por lo que :

Carga del núcleo = 17 − 10 = +7

La carga interna es la carga neta de un núcleo, considerando que las capas electrónicas completas actúan como un "escudo". A medida que aumenta la carga interna, los electrones de valencia son atraídos con mayor fuerza hacia el núcleo, y el radio atómico disminuye a lo largo del periodo.

Para elementos con un número atómico Z alto , se pueden observar efectos relativistas en los electrones internos. Las velocidades de los electrones internos s alcanzan el momento relativista, lo que lleva a la contracción de los orbitales 6s en relación con los orbitales 5d. Las propiedades físicas afectadas por estos efectos relativistas incluyen la disminución de la temperatura de fusión del mercurio y el color dorado observado en el oro y el cesio debido al estrechamiento de la brecha de energía. ^{[ 5 ]} El oro parece amarillo porque absorbe la luz azul más que otras longitudes de onda de luz visible y, por lo tanto, refleja la luz de tono amarillo.

Un electrón interno puede ser eliminado de su nivel interno al absorber radiación electromagnética. Esto excitará al electrón a una capa de valencia vacía o provocará su emisión como fotoelectrón debido al efecto fotoeléctrico . El átomo resultante tendrá un espacio vacío en la capa electrónica interna, a menudo denominado hueco interno . Se encuentra en un estado metaestable y decaerá en 10⁻¹⁵ ^s , liberando el exceso de energía mediante fluorescencia de rayos X (como un rayo X característico ) o por el efecto Auger . ^{[ 6 ]} La detección de la energía emitida por un electrón de valencia que cae en un orbital de menor energía proporciona información útil sobre las estructuras electrónicas y reticulares locales de un material. Aunque la mayoría de las veces esta energía se libera en forma de fotón , también puede transferirse a otro electrón, que es expulsado del átomo. Este segundo electrón expulsado se denomina electrón Auger, y este proceso de transición electrónica con emisión de radiación indirecta se conoce como efecto Auger. ^{[ 7 ]}

Todos los átomos, excepto el hidrógeno, poseen electrones internos con energías de enlace bien definidas. Por lo tanto, es posible seleccionar un elemento para su estudio ajustando la energía de los rayos X al borde de absorción adecuado. Los espectros de la radiación emitida pueden utilizarse para determinar la composición elemental de un material.

• Orbital atómico
• Efecto Auger
• Contracción de lantánidos
• Química cuántica relativista
• Efecto de protección
• desplazamiento del nivel del núcleo superficial
• electrón de valencia