Subniveles de energía de un átomo: física y química

Con el advenimiento de nuevos descubrimientos en el campo de la mecánica cuántica entre los siglos XIX y XX, el modelo de Rutheford-Bohr, consolidado en 1913, que se aplicaba muy bien a átomos con un solo electrón, no fue capaz de explicar los fenómenos que involucraban átomos con más electrones, por lo que era necesario mejorar el modelo, de acuerdo con las observaciones experimentales, lo que resultó en el concepto de subniveles atómicos o subniveles de energía.

En experimentos con espectroscopia con la difracción de luz emitida por la transición electrónica de átomos, se pudo observar que existía una franja de diferentes longitudes de onda emitidas, dentro de la misma banda estrecha, del mismo nivel de energía. Fue entonces cuando, en 1919, el físico inglés Arnold Sommerfeld (1868-1951) buscó una solución. Propuso que los electrones deberían tomar distintas órbitas elípticas dentro del mismo nivel, con la misma energía, permitiendo un «espectro de rayas» en la emisión de luz. Cada órbita se nombró un subnivel y cada una se identificó con una letra: y p d o F (letras relacionadas con palabras en inglés: agudo, principal, difuso y fundamental; viendo la descripción del comportamiento de cada orbital). Lea más sobre el modelo atómico de Sommerfeld.

En 1924, el físico inglés Edmund Clifton Stoner (1889-1973) alcanzó el número máximo de electrones retenidos por cada subnivel:

s: 2 electrones, p: 6 electrones, d: 10 electrones yf: 14 electrones.

Para conocer la relación de energía de cada subnivel, simplemente consulte el diagrama creado por Linus Pauling sobre la distribución electrónica de un átomo en el estado fundamental:

Distribución de energía

Energía:

1s <2s <2p <3s <3p <4s <3d <4p <5 s <4d <5p <6s <4f <5d <6p <7s <5f <6d <7p

Siguiendo la secuencia de distribución de energía, los electrones de un átomo se pueden representar de la siguiente manera:

Ejemplo:

nitrógeno N: 1s²2s²3s³

Dado que, por convención, para 3s³, por ejemplo, hay 3 electrones en el subnivel p del 4º nivel.

Los subniveles también tienen representación espacial según la distribución de probabilidad de los electrones, dada por:

Los subniveles representan solo un modelado correspondiente a las pruebas experimentales, ya que encajan bien, pero no se corresponden con la realidad y, por tanto, no se pueden traducir como la distribución real de electrones, que es mucho más compleja.