Electrón del núcleo

Los electrones del núcleo son los electrones de un átomo que no son electrones de valencia y no participan en los enlaces químicos . ^[1] El núcleo y los electrones del núcleo de un átomo forman el núcleo atómico. Los electrones del núcleo están estrechamente unidos al núcleo. Por lo tanto, a diferencia de los electrones de valencia, los electrones del núcleo juegan un papel secundario en los enlaces químicos y las reacciones al filtrar 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 (ver electrón de valencia ):

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

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

Teoría orbital

Una explicación más compleja de la diferencia entre los electrones del núcleo y de valencia se puede describir con la teoría de los 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 menor energía posible en el átomo. Para n grande , la energía aumenta tanto que el electrón puede escapar fácilmente del átomo. En átomos de un solo electrón, todos los niveles de energía con el mismo número cuántico principal están 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 otros electrones en otros orbitales. Esto requiere la consideración del ℓ número cuántico. Los valores más altos de ℓ están asociados 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 se vuelve lo suficientemente grande como para empujar la energía del orbital por encima de la energía del orbital s en la siguiente capa superior; cuando ℓ = 3, la energía se empuja hacia el caparazón dos pasos más arriba. El llenado de los orbitales 3d no ocurre hasta que se hayan llenado los orbitales 4s.

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

Núcleo atómico

El núcleo atómico se refiere a un átomo sin electrones de valencia . ^[3]

El núcleo atómico tiene carga eléctrica positiva . 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 más pequeño que el radio del átomo correspondiente (si calculamos los radios con los mismos métodos). Para los átomos pesados, el radio del núcleo crece ligeramente al aumentar 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 tiene solo tres electrones.

Los métodos químicos no pueden separar los electrones del núcleo del átomo. Cuando se ionizan por llama o radiación ultravioleta , los núcleos atómicos, por regla general, también permanecen intactos.

Efectos relativistas

Para elementos con alto número atómico Z , se pueden observar efectos relativistas para los electrones del núcleo. Las velocidades de los electrones del núcleo alcanzan un momento relativista que conduce a la contracción de los orbitales 6s en relación con los orbitales 5d. Las propiedades físicas afectadas por estos efectos relativistas incluyen una temperatura de fusión más baja del mercurio y el color dorado observado del oro y el cesio debido al estrechamiento de la brecha energética. ^{[4] El} oro parece amarillo porque absorbe la luz azul más de lo que absorbe otras longitudes de onda de luz visibles y, por lo tanto, refleja la luz de tono amarillo.

Transición de electrones

Un electrón del núcleo puede eliminarse de su nivel del núcleo tras la absorción de radiación electromagnética. Esto excitará el electrón a una capa de valencia vacía o hará que se emita como un fotoelectrón debido al efecto fotoeléctrico . El átomo resultante tendrá un espacio vacío en la capa de electrones del núcleo, a menudo denominado agujero del núcleo . Se encuentra en un estado metaestable y decaerá en ^10-15 s, liberando el exceso de energía a través de la fluorescencia de rayos X (como un rayo X característico ) o por el efecto Auger . ^[5]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 reticulares electrónicas y locales de un material. Aunque la mayor parte del tiempo esta energía se libera en forma de fotón , la energía también se puede transferir a otro electrón, que es expulsado del átomo. Este segundo electrón expulsado se llama electrón Auger y este proceso de transición electrónica con emisión de radiación indirecta se conoce como efecto Auger . ^[6]

Cada átomo, excepto el hidrógeno, tiene electrones a nivel del núcleo con energías de enlace bien definidas. Por lo tanto, es posible seleccionar un elemento para sondear ajustando la energía de rayos X al borde de absorción apropiado. Los espectros de la radiación emitida se pueden utilizar para determinar la composición elemental de un material.

Ver también

• Orbital atómico
• Efecto barrena
• Contracción de lantánidos
• Química cuántica relativista
• Efecto de blindaje
• Cambio de nivel de núcleo de superficie
• electrón de valencia

Referencias

1. Rassolov, Vitaly A; Gente, John A; Redfern, Paul C; Curtiss, Larry A (28 de diciembre de 2001). "La definición de los electrones del núcleo". Letras de física química . 350 (5–6): 573–576. Código Bibliográfico : 2001CPL ... 350..573R . doi : 10.1016 / S0009-2614 (01) 01345-8 .
2. Miessler, Tarr, GL (1999). Química inorgánica . Prentice Hall.
3. Harald Ibach, Hans Lüth. Física del estado sólido: introducción a los principios de la ciencia de los materiales. Springer Science & Business Media, 2009. P.135
4. "Imprimación cuántica" . www.chem1.com . Consultado el 11 de diciembre de 2015 .
5. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " efecto barrena ". doi : 10.1351 / goldbook.A00520
6. "El efecto Auger y otras transiciones sin radiación" . Prensa de la Universidad de Cambridge . Consultado el 11 de diciembre de 2015 .