Estado fundamental

Definición del estado básico Química

¿Qué se entiende por"estado básico" de un átomo?

La definición más sencilla del estado básico de un átomo se refiere a:

Para definirlo de forma más amplia, podemos decir que el estado básico es el estado en el que se encuentran los átomos si no están cargados ni excitados por fuentes externas. Estas fuentes de excitación pueden ser la luz (como los fotones) o cualquier otra longitud de onda del espectro electromagnético.

Cuando cantidades discretas de energía, como los cuantos, excitan el átomo, se desencadenan ciertos reordenamientos subatómicos y un cambio en la configuración electrónica. Pero en este caso, el estado básico se refiere al estado en el que no se produce este proceso y se concentra en el átomo en su estado habitual "sin carga".

Entonces, ¿qué significa el estado básico en lo que se refiere a los electrones de un átomo? En realidad, cuando se habla del estado fundamental de un átomo, se trata de la configuración electrónica y de los estados energéticos de los electrones presentes en el átomo.

Esto significa que en el estado básico, el átomo no está excitado y, por tanto, ninguno de los electrones está excitado. Los electrones se encuentran en su estado energético más bajo posible. Lo que ocurre en el estado básico es que todos los electrones se alinean de tal manera que se encuentran en la energía más baja posible de su posición individual dentro del átomo, y también del sistema global.

Hay una serie de factores que determinan el posicionamiento del electrón dentro de un átomo, que trataremos en el siguiente apartado. Sin embargo, es fundamental recordar que los electrones pueden ocupar diferentes estados dentro de un átomo. El estado fundamental siempre se referirá al estado en el que los electrones se encuentran en su configuración energética más baja posible dentro del átomo.

Configuración electrónica del estado fundamental

¿Cómo podemos visualizar las configuraciones electrónicas del estado básico?

Podemos utilizarlos diagramas de configuración electrónica de , como los diagramas de flecha y de caja. Aquí exploraremos qué son y cómo pueden utilizarse para representar átomos en estado fundamental. Como la definición del estado fundamental de los átomos se refiere a sus niveles de energía electrónica, representarlos nos ayudará a comprender el funcionamiento interno del átomo.

A continuación encontrarás un diagrama de orbitales de electrones vacíos.

Fig. 1 - Orbitales de electrones vacíos

Pero, ¿cómo llenan los electrones estos orbitales?

Hay tres conjuntos de reglas en las que debes pensar cuando consideres estos problemas: el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund. Aquí encontrarás resúmenes de lo que significan.

¿Cómo se relaciona esto con la noción de estado fundamental? Puedes ver cómo se alinean preferentemente los electrones en un átomo en estado fundamental. En este caso, la forma en que los átomos se llenan de forma natural en un átomo será el estado fundamental.

Esto puede ser útil para determinar las configuraciones electrónicas del estado básico de cualquier átomo, ya que si aplicas las tres reglas mencionadas, determinarás el estado básico del elemento concreto. Esto se debe a que cuando los átomos se encuentran en estado excitado (del que hablaremos en breve), la disposición electrónica cambia y se desvía de las reglas canónicas de Aufbau, Pauli y Hund. Por otra parte, podemos ver cómo la aplicación de las reglas nos dará las configuraciones en estado básico de los electrones de un átomo dado, ya que eso será indicativo de la forma en que se dispondrían los electrones si no hubiera ninguna fuente externa de energía aplicada ni ningún tipo de desviación posible. Esto daría lugar a la configuración de los niveles de energía más bajos posibles, de ahí la configuración del estado básico.

Estado básico de los átomos

Ahora puedes aplicar a los modelos atómicos la definición antes mencionada del estado básico, así como las teorías sobre la configuración electrónica. Como ya se ha dicho, puedes construir diagramas electrónicos que coincidan con el estado básico. Al final de este artículo encontrarás ejemplos del estado básico.

Normalmente, el estado excitado de los átomos se representa con un asterisco al lado. A continuación encontrarás un ejemplo:

A (estado básico)

A* (estado excitado)

A + energía = A*

A* =A + energía

Así, puedes suponer que las moléculas o los átomos sólo están en su estado excitado si tienen un asterisco al lado. Esto te ayudará a identificar los estados básicos de los átomos en las ecuaciones.

Configuración electrónica del estado básico frente al estado excitado

Observa las dos configuraciones electrón icas siguientes. En este ejemplo, el elemento modelo es el carbono.

Fig. 3 - Diagrama de configuración electrónica del carbono en estado básico y en estado excitado

¿Notas alguna diferencia entre ellos? Puedes decir que una de ellas sigue claramente las tres reglas que hemos expuesto antes. Como recordatorio, son el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund.

El diagrama anterior que representa el estado básico muestra a los electrones disponiéndose según estos tres principios clave. Entonces, ¿en qué se diferencia en el estado excitado? En concreto, puedes ver cómo un electrón del orbital 2s pasa al orbital 2p. Como puedes ver, hay un "agujero" en el orbital 2s, lo que significa que los electrones no ocupan los estados de menor energía. Lo llamaríamos estado excitado, ya que uno de los electrones tiene energía suficiente para subir un nivel de energía, en este caso al orbital 2p.

Del mismo modo que ha ganado energía para ascender hacia un estado excitado, el electrón puede reemitir la energía y volver a descender al nivel de energía que ocupaba antes: el estado básico.

Fig. 4 - Paso de un estado excitado al estado fundamental de un átomo

Ejemplos de estado básico

Aquí encontrarás un montón de ejemplos de la configuración electrónica del estado básico. Echa un vistazo a la siguiente figura, que representa la configuración electrónica de los átomos desde el Boro hasta el Oxígeno.

Fig. 6 - Configuración electrónica que representa el estado básico de los elementos B, C, N, O

¿Qué puedes observar en el diagrama anterior? Puedes observar cómo los elementos dados en el ejemplo aumentan su número atómico en 1, por lo que su número de electrones aumentará en 1.

Pensando en el aumento gradual de electrones, observa qué ocurre con la configuración electrónica de los elementos y, lo que es más importante, cómo cambia de un átomo a otro. De este modo observarás tendencias, y verás cómo la regla de Hund desempeña un papel en la configuración electrónica. Todo esto demuestra, en última instancia, que el estado fundamental de los átomos es un proceso que sigue un patrón y no se desvía de un átomo a otro. Utilizando estos ejemplos, puedes predecir cualquier configuración electrónica de los átomos en cuestión, y determinar si se encuentran en su estado básico o en su estado excitado.