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Configuración electrónica y sistema periódico

n el sistema periódico actual los elementos aparecen ordenados en orden creciente de su número atómico, lo que equivale a decir en orden creciente de su número de electrones. Ello significa que, prescindiendo de lo que pueda suceder con el núcleo, cada elemento químico se distingue del anterior por la presencia en su átomo correspondiente de un electrón adicional o electrón diferenciador. Por tanto, añadiendo electrón a electrón, en el orden establecido por el método de construcción, se reproducirá una secuencia de configuraciones electrónicas que se corresponden una a una con los diferentes elementos del sistema periódico.

La posición de un elemento en el sistema periódico y su configuración electrónica están, entonces, estrechamente relacionados. Dicha relación permite encontrar una explicación, en términos de estructura atómica, tanto a la ordenación como a la idea clave de periodicidad de las propiedades de los elementos defendida por Mendeleiev.

Las series horizontales o periodos se corresponden con las capas electrónicas que aparecen definidas en el diagrama de niveles de energía y que corresponden a un conjunto de orbitales de energías próximas. Así cuando se rellena la primera capa con índice de ocupación 2, se recorre el primer periodo que contiene dos elementos; cuando se rellena la segunda, con índice de ocupación 8, se recorre el segundo periodo que contiene ocho elementos, y así sucesivamente. El número de ocupación máximo de una capa coincide con el número de elementos presente en el periodo correspondiente. Esta es la razón que justifica por qué las series horizontales del sistema periódico no tienen siempre la misma longitud.

Por su parte, las series verticales o grupos contienen elementos que poseen el mismo número de electrones en la capa más externa. Debido a su mayor lejanía respecto del núcleo, estos electrones externos pueden desprenderse del átomo con más facilidad, siendo, por ello, los responsables de sus propiedades químicas. Elementos químicos con igual configuración electrónica externa tienen propiedades análogas aun cuando difieran en el número atómico. Este es, salvo algunas excepciones, el caso de los elementos de un mismo grupo o familia, y ésta es, también, la explicación, en términos de configuración electrónica, de la periodicidad.

Así, los metales alcalinos (grupo IA), al tener todos la misma configuración externa del tipo ns¹ forman una familia típica, cuyas propiedades varían de un modo muy regular. Todos son ligeros, blandos y de punto de fusión relativamente bajo que disminuye al descender en la tabla. Poseen una gran capacidad de reacción química y forman compuestos semejantes con propiedades análogas aunque graduadas según su posición en el grupo.

Los gases nobles (grupo VIIIA) forman otra de las familias en la que la analogía en las propiedades de sus elementos componentes es máxima. El calificativo de noble procede de su prácticamente nula capacidad para combinarse químicamente con otros elementos. Todos, presentan una configuración electrónica de subcapas completas, de ahí su posición en el extremo derecho de la tabla. Este tipo de estructura electrónica es especialmente estable, lo que explica su escasa reactividad química.

El sistema periódico por bloques

La relación entre sistema periódico y configuración electrónica se puede hacer patente distinguiendo en la tabla los diferentes elementos según el tipo de orbital s, p, d o f presente en su configuración electrónica más externa o de mayor energía que es característica de los llamados electrones de valencia.

Cuando se efectúa tal distinción el sistema periódico resulta dividido en cuatro bloques diferentes. El bloque s incluye los elementos que resultan de rellenar orbitales externos del tipo ns; el bloque p contiene los elementos que resultan de rellenar los orbitales externos np, etc.

Los bloques s y p definen los llamados elementos representativos; el bloque d los de transición y el bloque f los de transición interna. Esta representación de conjunto de las configuraciones electrónicas dentro del sistema periódico facilita la explicación de su ordenación en grupos y periodos.

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