Estructuras
La mayor parte de los bioelementos tienen un número atómico bajo y corresponden por ello a los primeros períodos de la tabla periódica, por lo cual su estructura atómica es relativamente sencilla y puede representarse fácilmente con el modelo de Lewis, en donde figuran el núcleo atómico y alrededor de él, los electrones de la capa de valencia.
Dentro del núcleo se anota el número de protones y su carga eléctrica –que equivale al número atómico—y el número de neutrones (sin carga eléctrica o 0) que sumado al de protones equivale a la masa atómica o peso atómico del bioelemento. Los electrones de la capa de valencia, dibujados como pequeños círculos negros, se inscriben en una sola órbita que rodea al núcleo. El modelo de Lewis de la figura, ofrece a primera vista el número atómico y el peso atómico del bioelemento y permite razonar la capacidad de combinación de los átomos, si se recuerda que para su mayor estabilidad, deben contener ocho electrones en su último nivel.
La capacidad de combinación de los elementos depende del número de electrones en su último nivel cuántico llamado la capa de valencia.
- El hidrógeno: tiene un sólo electrón y el máximo número para su orbital 1s es de 2, por lo que sólo puede aceptar un electrón al combinarse y su valencia es de +1.
- El carbono tiene cuatro electrones por lo que puede aceptar otros cuatro y así completar su octeto. El carbono tiene valencia de +4.
- El oxígeno tiene 6 electrones y puede aceptar solamente dos, su valencia es de -2. es importante hacer notar que el oxígeno tiene 2 pares de electrones en uno de los cuales puede aceptar un protón mediante valencia coordinada.
- El nitrógeno tiene 5 electrones y puede aceptar 3 para completar su última capa. Su valencia es +3. Al igual que el oxígeno, tiene la capacidad de aceptar un protón en el par electrónico mediante valencia coordinada.
- Los elementos que corresponden al mismo grupo de la tabla periódica tienen el mismo número de electrones en su capa de valencia y se comportan de manera semejante, tal es el caso del fósforo que se comporta como el nitrógeno y del azufre como el oxígeno.
El número total de electrones del átomo es igual al número de protones en su núcleo y se distribuyen en orbitales, de acuerdo con la regla práctica que figura al final de este párrafo. Merece comentario especial el caso del carbono, que tiene la distribución electrónica: 1S2, 2S2, 2P2 y que es el átomo fundamental para la construcción de las moléculas orgánicas, pues tiene la capacidad de formar las largas cadena y anillos de átomos que constituyen los millones de compuestos orgánicos presentes en la Tierra. El carbono, así como el nitrógeno y el oxígeno, forma cuatro orbitales híbridos con los orbitales S y P de su capa de valencia, llamados orbitales SP, por lo que su distribución electrónica, queda finalmente así: 1S2, 2SP1, 2SP1, 2SP1, 2SP1, con cuatro orbitales SP que configuran al átomo de carbono como un tetraedro, con sus valencias dirigidas hacia los vértices.
1S2
2S2 2P6
3S2 3P6 3D10
4S2 4P6 4D10 4F14
5S2 5P6 5D10 5F14
