Números cuánticos y configuraciones electrónicas
Cada electrón de un átomo tiene una «dirección» completa dentro de la nube electrónica: en qué capa (shell) está, en qué tipo de subcapa (subshell), en qué orbital y con qué espín. Esa dirección son los cuatro números cuánticos. En AP Chemistry usarás los números cuánticos sobre todo como vocabulario (n y l; $m_l$ y $m_s$ son detalle de apoyo), y las reglas de llenado explican por qué la tabla periódica tiene la forma que tiene y por qué el hierro de una vitamina o del acero del Golden Gate Bridge se comporta como lo hace.
Los cuatro números cuánticos
En un laboratorio, el espectro de emisión del hidrógeno se desdobla en líneas muy próximas dentro de un campo magnético (efecto Zeeman), algo que el modelo de Bohr no puede explicar: ¿cómo se describen los distintos estados permitidos para un electrón dentro de un mismo nivel de energía?
Principio de exclusión de Pauli
Llenado de orbitales: mínima energía y regla de Hund
En un laboratorio universitario, una muestra de oxígeno líquido ($Z=8$) queda suspendida entre los polos de un imán, mientras que el nitrógeno líquido ($Z=7$) escurre sin ser atraído de forma notable. Del mismo modo, el neón ($Z=10$) es ligeramente repelido. ¿Según qué reglas se van ocupando los orbitales y por qué algunos átomos conservan electrones desapareados?
El fósforo es un elemento no metálico esencial cuyo número atómico es Z = 15. a) Escribe la configuración electrónica del átomo de fósforo en su estado fundamental según…
El fósforo es un elemento no metálico esencial cuyo número atómico es Z = 15.
- a) Escribe la configuración electrónica del átomo de fósforo en su estado fundamental según el principio de llenado progresivo o diagrama de Moeller.
- b) Indica cuántos electrones desapareados posee en su capa de valencia de acuerdo con la regla de máxima multiplicidad de Hund y deduce si el átomo neutro en estado fundamental exhibe propiedades paramagnéticas o diamagnéticas.
Considera el átomo de carbono en estado neutro (Z = 6), cuya configuración electrónica completa comienza con el subnivel $1s^2\,2s^2$ y finaliza con dos electrones…
Considera el átomo de carbono en estado neutro (Z = 6), cuya configuración electrónica completa comienza con el subnivel $1s^2\,2s^2$ y finaliza con dos electrones situados en el subnivel 2p. En el siguiente esquema se recogen tres posibles distribuciones (A, B y C) para los dos electrones en los tres orbitales degenerados 2p:
- a) Identifica cuál de las tres opciones corresponde al estado fundamental del carbono, razonando tu elección a partir de las leyes cuánticas de llenado.
- b) Analiza detalladamente qué principio cuántico o regla se transgrede en cada una de las dos opciones restantes.
Configuraciones de iones y de metales de transición
Las soluciones acuosas de sales de hierro(II) y de hierro(III) muestran que el catión $\mathrm{Fe}^{3+}$ tiene cinco electrones desapareados y el $\mathrm{Fe}^{2+}$ tiene cuatro: si el subnivel $4s$ se llena antes que el $3d$ al construir el átomo neutro, ¿de qué subnivel se arrancan primero los electrones al formar el ion positivo?
El hierro es un elemento de transición con número atómico Z = 26. a) Escribe la configuración electrónica del átomo de hierro neutro en su estado fundamental y justifica…
El hierro es un elemento de transición con número atómico Z = 26.
- a) Escribe la configuración electrónica del átomo de hierro neutro en su estado fundamental y justifica por qué al ionizarse para formar el catión $\mathrm{Fe}^{2+}$ pierde antes los electrones del orbital 4s que los del subnivel 3d.
- b) Escribe la configuración electrónica del catión $\mathrm{Fe}^{3+}$ y determina razonadamente cuál de las dos especies, $\mathrm{Fe}^{2+}$ o $\mathrm{Fe}^{3+}$, presentará un mayor número de electrones desapareados y, en consecuencia, un comportamiento paramagnético más intenso.
El cromo (Z = 24) y el cobre (Z = 29) presentan anomalías reconocidas respecto a la regla mnemotécnica habitual del diagrama de Moeller. a) Formula la configuración…
El cromo (Z = 24) y el cobre (Z = 29) presentan anomalías reconocidas respecto a la regla mnemotécnica habitual del diagrama de Moeller.
- a) Formula la configuración electrónica en el estado fundamental predicha por el orden de llenado estándar de Moeller para el $\mathrm{Cr}$ y el $\mathrm{Cu}$, y contrasta cada una con la configuración real experimentalmente comprobada.
- b) Justifica la causa cuántica y energética de estas configuraciones anómalas basándote en la estabilidad asociada a los subniveles semillenos o completamente llenos y en la proximidad energética existente entre los orbitales 4s y 3d.
Vuelve al principio: la tabla periódica se organiza en bloques de 2, 6, 10 y 14 columnas porque corresponden con exactitud a la capacidad máxima de electrones de los subniveles $s$ ($2\cdot 1=2$), $p$ ($2\cdot 3=6$), $d$ ($2\cdot 5=10$) y $f$ ($2\cdot 7=14$).