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El nivel de energía principal, también conocido como número cuántico principal, es la región o la capa exterior al núcleo del átomo en la que se puede encontrar un electrón sin perder ni ganar energía y siendo dicha energía la menor posible. Los niveles de energía principales tienen a su vez subniveles de energía. Estos subniveles son conocidos como número cuántico secundario o azimutal (l).
Representación de los niveles de energía
Para contener todos los electrones de un átomo de cualquiera de los elementos conocidos actualmente sólo se necesitan 7 niveles de energía. Estos niveles están representados con letras, que son K, L, M, N, O, P, Q, o con números que van del 1 al 7, donde 1 es el nivel de energía más bajo y 7 el nivel de energía más alto.
Cada nivel energético principal tiene un número específico de electrones y puede contener hasta 2n2 electrones, siendo n el número del nivel. Así, el primer nivel puede contener hasta 2 electrones 2 x (1)2 = 2; el segundo hasta 8 electrones, 2 x (2)2 = 8; el tercero hasta 18, 2 x (3)2 = 18, y así sucesivamente. Por tanto, la ecuación para calcular el número de electrones de cada nivel energético es X= 2n2
La energía asociada a un nivel energético aumenta a medida que aumenta la distancia al núcleo. Por ejemplo, si un electrón está en el séptimo nivel de energía tiene mucha más energía asociada que un electrón que se encuentre en el primer nivel de energía.
Subniveles de energía
Cada nivel de energía principal contiene un subnivel de energía que está conformado por un número específico de orbitales, y en cada uno de ellos no puede haber más de dos electrones. Al igual que los niveles de energía principal, los subniveles de energía están representados por letras, en este caso son s, p, d, f.
Cada nivel de energía principal tiene un subnivel que contiene un orbital s (1s), por tanto puede contener un máximo de dos electrones. Los electrones en este orbital se llaman electrones s y tienen la energía más baja de todos los electrones en ese nivel de energía principal. Este nivel puede contener un máximo de 2 electrones.
Cada nivel energético principal por encima del primero contiene un orbital s y tres orbitales p. Un conjunto de tres orbitales p llamado subnivel p, puede contener un máximo de seis electrones. Por tanto, el segundo nivel puede contener un máximo de ocho electrones, es decir, dos en el orbital s (2s) y 6 en los tres orbitales p (2p).
Cada nivel energético principal por encima del segundo contiene, además de un orbital s y tres orbitales p, un conjunto de cinco orbitales d llamado subnivel d, que puede contener un máximo de diez electrones. Así, el tercer nivel contiene un máximo de 18 electrones: 2 en el orbital s, 6 en los tres orbitales p y 10 en los cinco orbitales d.
El cuarto nivel y los niveles superiores, además de todos los anteriores, también tienen un subnivel f que contiene siete orbitales f, y que pueden contener un máximo de 14 electrones. Así, el cuarto nivel puede contener hasta 32 electrones: 2 en el orbital s, 6 en los tres orbitales p, 10 en los cinco orbitales d y 14 en los siete orbitales f.
A continuación se presentan las tablas que resumen toda la información arriba explicada:
Tabla niveles y subniveles de energía
| Niveles de energía (n) | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| Subniveles | s | s p | s p d | s p d f |
| Número de orbitales de cada tipo | 1 | 1 3 | 1 3 5 | 1 3 5 7 |
| Denominación de los orbitales | 1s | 2s 2p | 3s 3p 3d | 4s 4p 4d 4f |
| Número máximo de electrones en los orbitales | 2 | 2 – 6 | 2 – 6 – 10 | 2 – 6 – 10 -14 |
| Número máximo de electrones por nivel | 2 | 8 | 18 | 32 |
Fuentes
Bautista, C. [Aprendiendo química].(31 de marzo de 2020). Niveles de energía [Archivo de Vídeo]. Youtube. https://youtu.be/p3v5b81E6NQ
