Nube electrónica

¿Qué es la nube de electrones?

La nube electrónica es una región del átomo que tiene una gran densidad electrónica y se extiende hasta la zona que rodea el átomo o la molécula formada por los átomos. En algunas ocasiones, los electrones son compartidos entre los diferentes átomos y moléculas, lo que genera una nube de electrones compartida, más comúnmente conocida como enlace covalente.

Comprender cómo es una nube electrónica nos puede ayudar a conocer las propiedades de las sustancias, tanto químicas como físicas.

Modelo atómico: nube de electrones

Veamos la representación gráfica de la nube de electrones en el modelo atómico:

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Fig. 1: Modelo atómico de un átomo, en el que se puede observar la nube de electrones alrededor del núcleo.

Orbitales atómicos

Hay 4 tipos principales de orbitales atómicos, cuyas formas y propiedades describiremos a continuación

Formas y tipos de orbitales

Hay 4 tipos de orbitales; cada uno tiene su propia forma, que está determinada por la cantidad de lóbulos presentes en el orbital. Algunos orbitales tienen una forma específica, pero se requiere que varios de ellos se unan para formar un nivel de energía.

Tabla 1: tabla recopilatoria de información sobre los orbitales.

A continuación encontrarás una imagen de los tres primeros tipos de orbitales: s, p y d. Los diferentes lóbulos que pueden tener los orbitales se muestran claramente en el diagrama:

• No es necesario que te fijes en la forma y la naturaleza de los orbitales f.
• Recuerda que para los orbitales p y d, los múltiplos de estos orbitales se juntan en diferentes ejes.

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Fig. 2: Formas y tipos de orbitales.

Hay que tener en cuenta que:

1. Los orbitales s están presentes en todas las capas de energía.
2. Los orbitales superiores sólo aparecen en las capas superiores.

Los orbitales en los enlaces

Ahora trataremos los distintos tipos de enlace creados por el solapamiento de orbitales. Se trata de la teoría de los orbitales aplicada al enlace. En lugar de pensar en el enlace en términos de electrones, aquí consideraremos el enlace en términos de orbitales y cómo pueden producir diferentes tipos de enlaces a partir de su solapamiento.

Enlaces sigma

Los enlaces sigma (σ) se producen por el solapamiento de los lóbulos de un orbital a lo largo del eje que une los dos núcleos enlazantes. En este caso, los lóbulos de un solo electrón se solapan y producen efectivamente un enlace único. Puede tratarse de dos orbitales s superpuestos, un orbital s y un orbital p superpuestos, o dos orbitales p superpuestos, con un único lóbulo de cada orbital. La superposición de orbitales p que da lugar a enlaces sigma sólo se produce cuando ambos orbitales p están situados horizontalmente sobre su eje.

Observa el siguiente diagrama, para comprender mejor cómo se crean los enlaces sigma mediante el solapamiento de orbitales:

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Fig. 3: Solapamiento de orbitales para producir enlaces sigma.

Enlaces Pi localizados

Los orbitales Pi (π) se forman a partir de la superposición de varios lóbulos de dos orbitales adyacentes. Aquí se incluye la superposición de orbitales p cuando están en posición axial vertical. Los lóbulos superior e inferior se solapan entre sí, perpendicularmente al eje que une los dos núcleos de enlace; es decir, por encima y por debajo del enlace sigma.

Un aspecto clave de este tipo de enlace es que crea un enlace pi localizado y de forma fija. Esto significa que la orientación de los enlaces creados se estabiliza en la molécula.

Enlaces Pi deslocalizados

Existen enlaces pi que están deslocalizados en cuanto a los electrones. La deslocalización de electrones a través de enlaces pi se produce en grandes estructuras de anillo, que permiten el solapamiento de múltiples orbitales p.

Es importante recordar que, debido a estas grandes estructuras de anillo, los orbitales p son capaces de formar grandes estructuras de anillo por encima y por debajo del anillo. Estas permiten la deslocalización de electrones, lo que crea nubes de densidad electronegativa, y confieren propiedades químicas y físicas específicas a estas estructuras anulares.

Orbitales híbridos

Existen tres tipos de orbitales híbridos: sp, sp² y sp³. Están formados por diferentes números de orbitales s y p, que se combinan de diferentes maneras. Estos orbitales permiten que el átomo se enlace de forma diferente, dependiendo de cómo estén dispuestos los electrones en los niveles de energía. Esto, a su vez, lleva a las moléculas resultantes a adoptar la forma que tienen. Estos orbitales hibridados permiten que las moléculas tengan distintas geometrías moleculares, basadas en la teoría VSEPR.

Enlace metálico: nube de electrones

Cuando los átomos metálicos se enlazan entre sí, sus orbitales electrónicos de la capa externa se fusionan. Los electrones dejan de estar confinados en un átomo concreto y pueden moverse libremente dentro de los orbitales fusionados, que forman una región que se extiende por todo el metal.

La nube de electrones está muy relacionada con el enlace metálico ya que, gracias a la existencia de la nube, se pueden formar los enlaces metálicos. Cuando se está configurando un enlace metálico, los átomos de los elementos que se van a unir forman una red tridimensional, en la que los átomos forman un patrón regular. Entonces, se produce una liberación de los electrones de valencia de los átomos y se forma la nube de electrones, que actúa como elemento de unión para que los átomos de la red no se separen.

Gracias a la presencia de la nube de electrones, los metales pueden tener ciertas propiedades únicas como, por ejemplo, la conductividad (tanto eléctrica como térmica), la ductilidad, la maleabilidad, etc.

Si has llegado hasta aquí, ya eres todo un experto en la nube electrónica, ¡Enhorabuena!