Cuatro elementos, hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno, son los componentes principales de la mayoría de los compuestos orgánicos. En consecuencia, nuestra comprensión de la química orgánica debe tener como base una apreciación de la estructura electrónica y las propiedades de estos elementos. La tabla periódica truncada que se muestra arriba proporciona la estructura electrónica orbital para los primeros dieciocho elementos (hidrógeno a través del argón). Según el principio de Aufbau, los electrones de un átomo ocupan niveles cuánticos u orbitales comenzando desde el nivel de energía más bajo y procediendo al más alto, con cada orbital con un máximo de dos electrones emparejados (espines opuestos).
La capa de electrones n. ° 1 tiene la energía más baja y su orbital s es el primero en llenarse. Shell # 2 tiene cuatro orbitales de mayor energía, siendo el orbital 2s más bajo en energía que los tres orbitales 2p. (x, y y z). A medida que avanzamos del litio (número atómico = 3) al neón (número atómico = 10) en la segunda fila o período de la tabla, todos estos átomos comienzan con un orbital 1s lleno, y el orbital 2s está ocupado por un electrón. par antes de que se llenen los orbitales 2p. En el tercer período de la tabla, todos los átomos tienen un núcleo similar al neón de 10 electrones, y la capa # 3 está ocupada progresivamente con ocho electrones, comenzando con el orbital 3s. La capa de electrones ocupada más alta se llama capa de valencia, y los electrones que ocupan esta capa se llaman electrones de valencia.
Las propiedades químicas de los elementos reflejan sus configuraciones electrónicas. Por ejemplo, el helio, el neón y el argón son gases monoatómicos excepcionalmente estables y no reactivos. El helio es único ya que su capa de valencia consta de un solo orbital s. Los otros miembros del grupo 8 tienen un octeto de electrones de capa de valencia característico (ns 2 + np x 2 + np y 2 + np z 2 ). Este grupo de gases inertes (o nobles) también incluye criptón (Kr: 4s 2 , 4p 6 ), xenón (Xe: 5s 2 , 5p 6 ) y radón (Rn: 6s 2 , 6p 6). En la tabla periódica de arriba, estos elementos son de color beige.
Los halógenos (F, Cl, Br, etc.) están a un electrón menos de un octeto de capa de valencia y se encuentran entre los elementos más reactivos (están coloreados de rojo en esta tabla periódica). En sus reacciones químicas, los átomos de halógeno logran un octeto de capa de valencia al capturar o tomar prestado el octavo electrón de otro átomo o molécula. Los metales alcalinos Li, Na, K, etc. (arriba de color violeta) también son excepcionalmente reactivos, pero por la razón opuesta. Estos átomos tienen un solo electrón en la capa de valencia y, al perder este electrón, llegan al octeto de valencia de la capa inferior. Como consecuencia de esta pérdida de electrones, estos elementos se encuentran comúnmente como cationes (átomos cargados positivamente).
Los elementos de los grupos 2 a 7 exhiben reactividades características y patrones de enlace que pueden ser racionalizados en gran parte por sus configuraciones electrónicas. Cabe señalar que el hidrógeno es único. Su ubicación en la tabla periódica no debería sugerir un parentesco con la química de los metales alcalinos, y su papel en la estructura y propiedades de los compuestos orgánicos es diferente al de cualquier otro elemento.
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