¿Qué son los electrones de valencia? - Función y características de estos electrones

La estructura de la materia está constituida por los átomos. Son la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y pueden entrar en combinación. Están constituidos por un núcleo de protones (positivos), neutrones (sin carga) y una corteza de electrones (negativos). Ocupan los subniveles según el orden creciente de la energía de estos, que en general, se incrementa con el número cuántico principal, con algunas excepciones. A menudo, llenan por completo un subnivel antes de empezar a ocupar el siguiente. Por tal motivo, se expondrá los aspectos resaltantes de ellos y sus características.

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Definición de electrones de valencia

El átomo en su estructura presenta una partícula con carga negativa llamada electrón. Fue descubierto por Joseph John Thomson, el 30 de abril de 1897. Estos se encuentran distribuidos en torno al núcleo, de acuerdo a su grado de energía. Por ende, los electrones se definen como aquellos que se ubican en el átomo en el nivel de energía superior o en su última capa. Se conoce también con el nombre de la capa exterior de acuerdo al modelo atómico propuesto por Bohr. Son los encargados de las características de los elementos químicos. Se representan mediante la estructura de Lewis.

Además, si se conoce el número atómico (Z) y se puede determinar los electrones de valencia. Como ejemplo tenemos, el sodio (Na) presenta un Z=11, lo que significa que tiene 11 electrones en tres capas (2,8 y 1). Tal como lo muestra 1s2 2s2 2p6 3s1. Al observar la configuración electrónica, el sodio presenta en su última capa un electrón de valencia.

Los niveles de energía se refieren a las diferentes capas electrónicas que rodean el núcleo de un átomo. Cada nivel de energía está compuesto por subniveles que se diferencian por la cantidad de energía que tienen los electrones que los ocupan. Los electrones en un átomo se organizan en niveles y subniveles de energía específicos, que determinan las propiedades químicas y físicas del átomo.

¿Para qué sirven los electrones de valencia?

Sirven para la formación de nuevos compuestos. A través de los enlaces químicos unidos con otros elementos y son capaces de constituirse. Los cuales pueden ser enlaces iónicos, covalentes y metálicos. Son fundamentales en la conducción de la corriente eléctrica, en aquellos materiales que son semiconductores.

Permite la clasificación de los elementos en conductores, aislantes o semiconductor. Así también, la electronegatividad, la cual es la habilidad que tiene un átomo para atraer los electrones al unirse mediante una conexión química. En el año 1932, Linus Pauling fue quien estableció la magnitud de esta, desarrollando la teoría del enlace de valencia. No se mide de forma directa, como la energía de ionización. Solo se puede hallar realizando cálculos mediante otras propiedades.

Estos son importantes porque intervienen en las reacciones químicas, ganando o perdiendo electrones para llenar el octeto en su último nivel de energía. Son de vital importancia porque colaboran en la formación de las moléculas y compuestos. También, en el área de la química permiten determinar el número de electrones de valencia en una partícula específica y así identificar su enlace.

Además, de acuerdo a las propiedades físico-químicas de la cantidad de átomos que lo integran, se pueden ordenar los elementos en la tabla periódica, conociendo su número atómico. En esta, se encuentran los elementos químicos organizados en siete períodos (horizontales) y en 18 grupos (verticales). Los electrones de valencia permiten conocer:

• Confirmar la escritura de una fórmula química o si es un radical; en caso de que sea incorrecta se debe a que al sumar la cantidad de los elementos y los electrones no es cero.
• Al formarse un compuesto nuevo, detectar las veces que se encuentra un radical o un elemento.
• Conocer la valencia con la que está operando, ya que son extremadamente reactivos y la valencia se identifica como trabaja el radical.
• Así también, sirven en las hibridaciones y números cuánticos.

¿Por qué son importantes los electrones de valencia?

Son indispensables puesto que gracias a ellos se conocen hoy día más de cien elementos químicos, sus propiedades y las posibles combinaciones para formar varios compuestos. En otros aspectos, los colores, debido a que los materiales tienen la capacidad de asimilar la luz. Está constituida por los fotones que presentan una energía que corresponde con los saltos energéticos de los electrones. Por ende, la luz no se absorbe, sino que se refleja generando los colores que se perciben al ojo humano.

Además, se involucran en todos los procesos químicos que ocasionan la vida. Son la base de la microelectrónica y la tecnología digital debido a las propiedades de los electrones.  Son capaces de transitar los circuitos eléctricos que forman parte de los electrodomésticos, que se utilizan en la vida diaria.

¿Cómo funcionan los electrones de valencia?

Los electrones de valencia funcionan en una reacción química cuando se transfieren de un átomo a otro. Cambiando la estructura electrónica y cuando se unen compuestos a través de los enlaces químicos. Por ende, la valencia de cualquier elemento interviene claramente en la capacidad para unirse a otros y crear compuestos químicos.

¿Qué es Kernel?

Es un modo de escribir la configuración electrónica de forma simplificada de cualquier elemento. Para entender mejor este término usado en la química inorgánica. Es necesario comprender que la manera más sencilla de describir la disposición de los electrones en un átomo es dar su configuración electrónica. Nos dice el número de electrones en cada nivel principal y en cada subnivel.

• Por ejemplo: La configuración electrónica del Magnesio (Z=12) es 1s2 2s2 2p6 3s2

Para escribir esta misma configuración electrónica, de forma abreviada se emplea el Kernel, lo que significa que se expresa de una forma más simplificada o reducida. Se comienza a contar los electrones aplicando como referencia al gas noble, más próximo al elemento del que se quiere escribir la configuración electrónica.

Considerando el ejemplo anterior del Magnesio(Z=12).

• La configuración electrónica del Neón (Ne) es 1s2 2s2 2p6 y la del Magnesio es 1s2 2s2 2p6 3s2, los cuales inicialmente son iguales, por ende se resume su Kernel de la siguiente manera: [Ne] 3s2.
• En el caso del Oxígeno cuyo Z= 8, el Kernel seria [He] 1s2 2s2 2p4

De acuerdo a lo mencionado antes, se concibe al Kernel como aquello incluido en otro, es decir, representa la configuración electrónica de un gas dentro de la de un elemento que se desea conocer.  Partiendo de los gases nobles, quienes deben tener el número atómico (Z) menor al del elemento. El símbolo químico del gas noble en corchetes [ ].

Para escribir fácilmente la configuración electrónica a través del kernel, hay que utilizar el principio de Aufbau, el cual significa “construir”. Manifiesta que los electrones completan los orbitales atómicos de menos energía antes de llenar los de energía mayor y el uso de la tabla periódica.

Aquí te proporcionamos algunos ejemplos de cómo se podría utilizar el término 'kernel' en química:

• El kernel del átomo de carbono tiene un número de masa de 12, lo que significa que está compuesto por 6 protones y 6 neutrones.
• Los catalizadores de hidrogenación utilizados en la industria química a menudo contienen un kernel de paladio, que es un metal que es muy efectivo para catalizar la reacción de hidrogenación de moléculas orgánicas.
• En la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, se utiliza un catalizador que contiene un kernel de hierro. El kernel de hierro permite que la reacción avance más rápidamente y con un menor consumo de energía.
• Los elementos del grupo 18 de la tabla periódica, que incluyen helio, neón, argón y otros gases nobles, tienen un kernel muy estable debido a que tienen un número completo de electrones en su capa de valencia. Esto les confiere una alta estabilidad química y una baja reactividad.

Para concluir, es necesario conocer que los átomos tienen a unirse formando moléculas y deben realizar uniones químicas en las que intervienen los orbitales y los electrones que en ellos se encuentran.