Números cuánticos y configuraciones electrónicas
Para ubicar a alguien en Caracas necesitas la urbanización, el edificio, el piso y el apartamento. Cada electrón de un átomo también tiene una «dirección» completa dentro de la corteza: en qué nivel está, en qué tipo de subnivel, en cuál orbital exactamente y con qué sentido de giro. Esa dirección son los cuatro números cuánticos. Con ellos y tres reglas de llenado vas a poder escribir la configuración de cualquier átomo o ion, y entender por qué el oxígeno gaseoso es atraído por un imán y el neón no.
Los cuatro números cuánticos
En el modelo mecano-cuántico, el estado de un electrón se describe con cuatro números. Los tres primeros definen el orbital en el que está; el cuarto, el giro del electrón. La distinción clave es esta: nivel (n), subnivel (n y l) y orbital (n, l y $m_l$).
Considera el nivel cuántico principal n = 3 para los electrones en la corteza de un átomo. a) Indica razonadamente todos los valores posibles de los números cuánticos…
Considera el nivel cuántico principal n = 3 para los electrones en la corteza de un átomo.
- a) Indica razonadamente todos los valores posibles de los números cuánticos secundario o azimutal (l) y magnético ($m_l$) asociados a dicho nivel principal, especificando el tipo de subnivel u orbital que representa cada valor de l.
- b) Calcula la capacidad máxima total de electrones que puede albergar dicho nivel n = 3 aplicando el principio de exclusión de Pauli a cada uno de sus subniveles.
Determina razonadamente si cada una de las siguientes combinaciones de cuatro números cuánticos $(n,l,m_l,m_s)$ es físicamente permitida o prohibida para describir el…
Determina razonadamente si cada una de las siguientes combinaciones de cuatro números cuánticos $(n,l,m_l,m_s)$ es físicamente permitida o prohibida para describir el estado de un único electrón en un átomo:
- a) (3, 2, -2, -1/2)
- b) (2, 2, 0, +1/2)
- c) (4, 1, +2, -1/2)
- d) (1, 0, 0, +1/2)
En caso de no ser permitida, señala de manera explícita la regla o restricción de los números cuánticos que se infringe.
Principio de exclusión de Pauli
Determina razonadamente si cada una de las siguientes combinaciones de cuatro números cuánticos $(n,l,m_l,m_s)$ es físicamente permitida o prohibida para describir el…
Determina razonadamente si cada una de las siguientes combinaciones de cuatro números cuánticos $(n,l,m_l,m_s)$ es físicamente permitida o prohibida para describir el estado de un único electrón en un átomo:
- a) (3, 2, -2, -1/2)
- b) (2, 2, 0, +1/2)
- c) (4, 1, +2, -1/2)
- d) (1, 0, 0, +1/2)
En caso de no ser permitida, señala de manera explícita la regla o restricción de los números cuánticos que se infringe.
Llenado de orbitales: mínima energía y regla de Hund
En una demostración de laboratorio de un liceo o del IVIC, si acercas un imán potente a nitrógeno líquido y a oxígeno líquido, el oxígeno es atraído y el nitrógeno apenas responde; los gases nobles, como el neón, son ligeramente repelidos. ¿Con qué reglas se ocupan 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 del hierro
Las sales de hierro(II) y de hierro(III) se comportan distinto frente a un campo magnético: el $\mathrm{Fe}^{3+}$ tiene cinco electrones desapareados y el $\mathrm{Fe}^{2+}$, cuatro. Si el $4s$ se llena antes que el $3d$, ¿de qué subnivel se sacan primero los electrones al formar un catión?
Iones de elementos representativos
Un anión gana electrones y se completa el mismo subnivel de valencia; un catión pierde electrones de la capa más externa (mayor $n$).
Iones de metales de transición (ampliación)
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.
Vuelve al principio: igual que la dirección de un apartamento, los números $(n,l,m_l,m_s)$ ubican a cada electrón. La tabla periódica tiene bloques de 2, 6, 10 y 14 columnas porque esas son exactamente las capacidades de los subniveles $s$ ($2\cdot 1$), $p$ ($2\cdot 3$), $d$ ($2\cdot 5$) y $f$ ($2\cdot 7$). Y el oxígeno, con $2p^4$, tiene electrones desapareados: por eso lo atrae un imán, mientras que el neón, con $2p^6$ completo, no.