13 may
Estructura atómica y Números Cuanticos


 

Estructura atómica y Configuración electrónica

Desde hace muchísimo tiempo se ha intentado saber la estructura atómica. Desde Dalton, hasta Bohr, Rutherford y otros. Cada uno fue descubriendo algo importante. Actualmente hoy se acepta el modelo moderno atómico. El átomo constituye la unidad estructural de la materia. Básicamente está formado por un núcleo, donde se aloja casi la totalidad de la masa del átomo, y rodeándolo se hallan unas pequeñísimas partículas cargadas negativamente llamadas electrones. El núcleo a su vez está formado por dos partículas llamadas neutrones y protones. Los segundos cargados positivamente. Los electrones se disponen gira alrededor del núcleo e diferentes distancias. Al principio le llamaban orbitas pero hoy se consideran como orbitales. Estas son regiones del espacio tridimensionales donde hay una máxima probabilidad de hallar electrones. A su vez estos orbitales que tienen diferentes formas se disponen en distintos niveles de energía. Los números cuánticos explican de la mejor manera la situación de los electrones.

Existen básicamente 4 numeros cuanticos:

Número Cuántico Principal (N): Nos indica en qué nivel se encuentra un electrón en cuestión. Sus valores oscilan entre 1 y 7. Es decir, si un electrón esta en el tercer nivel su número cuántico principal será 3.

Número Cuántico Azimutal (l): Es como el subnivel dentro del nivel. Sus valores se obtienen por la fórmula: l = N – 1. Los valores de l (ele), dependen de en qué nivel se encuentren los electrones. Cuando N = 1, haciendo la cuenta vemos que l = 0. Para N = 2, tenemos que l valdrá 0 y 1. Para N = 3, l valdrá 0, 1 y 2. Y así con los demás niveles de energía. Siempre tomara valores desde 0 hasta el número de nivel -1. Cada valor de l representa un tipo de orbital designado por una letra. Por ejemplo:

l = 0    orbital s   (1 orbital) l = 1    orbital p  (3 orbitales) l = 2    orbital d  (5 orbitales) l = 3    orbital f  (7 orbitales) El número de electrones que entra en cada orbital es el siguiente: s = 2 electrones p = 6 electrones d = 10 electrones f = 14 electrones

Número cuántico magnético (ml): Este número, se encarga de diferenciar a aquellos orbitales que son de la misma forma y tienen el mismo nivel energético. Por ejemplo los orbitales p son 3, y están juntos. Si apuntan en direcciones distintas, pero no se diferencian en otra cosa. Se usa una disposición en cajas a veces para dibujarlos. Los p serían representados por 3 cajas, los d por 5 y así.

Orbitales p:

↑↓ ↑↓ ↑↓

Aquí se ve que en cada orbital puede haber como máximo 2 electrones. A este orbital se lo llama apareado. Al que tiene un solo electrón, desapareado y al que no tiene ninguno, vacío. Para saber que orbital ocupa un electrón se le asigna un número a cada uno. Es correcto decir que cuando hay más de un orbital del mismo tipo como en este caso, primero los electrones ocupan los orbitales de a uno. De izquierda a derecha. Luego recién empiezan a llenar cada orbital en el mismo sentido, es decir, a aparearse.

En el caso expuesto, si nuestro electrón ocuparía el orbital del medio el número asignado por el número cuántico magnético es 0. Si ocupa el orbital de la derecha es +1 y si ocupa el de la izquierda es -1. De la misma manera si tuviéramos a los orbitales d, que son 5, tendríamos los valores -2,-1,0,+1,y +2 respectivamente. Para esto está el número cuántico magnético, para diferenciar orbitales que tengan la misma forma y el mismo nivel energético.

Número Cuántico Spin (ms):

Este número, diferencia a dos electrones que estén ocupando el mismo orbital. Es decir, que tengan los 3 primeros numeros cuanticos iguales. Estarían ocupando el mismo nivel, el mismo tipo de orbital y el mismo orbital. Sin embargo, cuando 2 electrones ocupan un mismo orbital, giran sobre sí mismos en sentidos contrarios. Uno a la derecha y otro hacia la izquierda. Este movimiento los diferencia. Se cree que esto genera campos magnéticos para mantenerlos estables en el orbital. Este número cuántico le asigna dos números +1/2 y -1/2 a ambos electrones para diferenciarlos.

Por lo visto hasta aquí se deduce que nunca 2 electrones pueden tener sus 4 números cuánticos iguales. Configuración electrónica:

La configuración electrónica es una manera de ordenar y colocar los electrones de un determinado elemento de acuerdo al orden en que van ocupando los distintos orbitales.

Número atómico (Z): Es el número que nos permite saber cuántos electrones o protones existen en un átomo. Por ej: el Sodio tiene Z = 11. Entonces tiene 11 electrones y 11 protones.

Sabiendo el Z de un elemento y sabiendo manejar el diagrama expuesto a continuación, es sencillo armar una configuración electrónica.

1 S2 2 S2 2 p6 3 S2 3 p6 3 d10 4 S2 4 p6 4 d10 4 f14 5 S2 5 p6 5 d10 5 f14 6 S2 6 p6 6 d10 7 S2 7 p6

La secuencia de llenado es como indican las fleches. En este caso de abajo hacia arriba:

configuración

El número de nivel está indicado al principio. El tipo de orbital lo representa la letra y la cantidad máxima de electrones que puede entrar en cada orbital esta dado por el número que aparece como exponente en la parte superior. El primer orbital que se completa es el s del nivel 1, luego le sigue el s del nivel 2, luego el p del nivel 2, el s del nivel 3 y así sucesivamente. Para muchos que no saben profundamente el tema suele aparecer una contradicción. Después del orbital 3p seguiría el 3d. Esto no es así, ya que el orbital 4s tiene menor energía que el 3d por lo tanto tiene que ser llenado con electrones antes. En este diagrama no hay forma de perderse. Veamos algunos ejemplos.

Sodio (Na): Z=11. La configuración más común es la horizontal. 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s1 Llegamos a 11 electrones. Por lo tanto no es necesario que el orbital 3s tenga 2 electrones. No tenemos que confundir con el máximo de electrones que cada orbital puede contener con la cantidad que necesitamos para ese orbital. Cloro (Cl): Z=17 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p5 Calcio (Ca): Z=20 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2

Es interesante ver que con esta información, nosotros podríamos determinar el período y el número de grupo de cada elemento si no tuviéramos en la mano la tabla periódica de los elementos químicos. Si vemos la configuración del cloro, vemos que el llenado de electrones llega hasta el nivel 3. Por lo tanto deducimos que este elemento pertenece al nivel o período 3. Por otra parte, la suma de los electrones del último período vemos que da 7. De sumar 2 electrones del 3s con 5 del 3p. El Cloro efectivamente pertenece al grupo VII de la tabla periódica de los elementos. El mismo análisis podemos hacerle al Sodio y al Calcio y llegaremos a saber su período y su número de grupo.

Estos ejemplos son de elementos en su estado fundamental. Si fueran iones obviamente que su cantidad de electrones cambiaría, por lo tanto también su configuración. Ejemplo.

Ca++ En este caso, este ion positivo (catión), al tener dos cargas positivas quiere decir que ha perdido dos electrones. Por lo tanto en lugar de tener 20 electrones como lo indica su Z, tiene 18 electrones. Ca++ = 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 Así también podemos encontrarnos con iones negativos. El del cloro es el Cl-. Con una sola carga negativa. O sea que, en lugar de tener 17 electrones tendrá 18. Cl- = 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6

En el caso de los iones negativos, le agregamos tantos electrones como cargas aparezcan. Y en el caso de los iones positivos, le quitamos tantos electrones como cargas positivas veamos con respecto al número atómico de ese elemento (Z).

Número másico (A): Ya vimos el concepto de Z. ahora daremos el de masa atómica. Es el número que resulta de sumar la cantidad de protones y la cantidad de neutrones. Obviamente este número siempre será mayor que Z.

Número de Neutrones (N): Es el número que representa a la cantidad de neutrones. Se calcula con facilidad. N = A – Z.

Con estos conceptos suelen dar ejercicios. Ejemplo: 1)      Averiguar la cantidad de electrones, neutrones y protones del sodio. Z = 11 y A = 23.

El  Z = 11 nos indica que tiene 11 electrones y 11 protones ya que estos siempre se hallan en la misma cantidad. A no ser que se trate de un ion. La cantidad de neutrones la obtenemos fácilmente de la formula expuesta.

N = A – Z N = 23 – 11 = 12 neutrones. 2)      Prediga los números cuánticos del quinto electrón del cloro. Bueno, recordemos la configuración del cloro: 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p5 Observamos que el electrón 5, pertenece al orbital p del nivel 2. Su número cuántico N será el 2 por pertenecer al nivel 2. Su número cuántico l será = 1. Ya que al orbital p le corresponde como vimos en la teoría el valor 1 Ahora si observamos el diagrama de cajas de los orbitales p:

↑↓ ↑↓ ↑↓

Veremos que se ubica en el orbital que está a la izquierda por ser el primero en ocuparse. Así que su número será ml = -1

Su número de spin será = +1/2  por apuntar hacia arriba.

En la Tabla periódica de los elementos químicos se pueden  conseguir los valores de los números atómicos y otras constantes de los elementos para resolver estos ejercicios.

16 comentarios para “Estructura atómica y Números Cuanticos”

  • Ejerccios resultos sobre la distribucion electronica

  • cristian:

    muy bueno! es de útilidad.

  • Merchu Ordoñez:

    Me encancto la oaginaa !!!! <3 <3 <3 <3 Gracias, bendiciones.

  • daiana:

    Hola, lei el post pero todavia tengo unas dudas…
    si yo tengo formado, por la configuracion electronica, esto por ejemplo :
    1s2 2s2 3p6 3s2 3p6 4s2 3d5
    el C.E.E se señala desde la ultima s ( osea desde 4s2 hasta 3d10)
    [↑][↑][↑][↑][↑]
    -2 -1 0 +1 +2

    entonces los numeros cuanticos serian:
    n: ¿3 o 4? ¿ se pone el numero que tiene la ultima s (en este caso 4) o simplemente el ultimo numero (en este caso 3) ?
    l: 2
    m: ¿hay que poner -2, -1, 0, +1, +2 o hay que ponerlo de otra forma?
    s: me eseñaron que tengo que poner +1/2 o -1/2 y en este caso pondria +1/2.
    pero si las cajas se completaban con dos flechas ¿deberia poner ±1/2?

    • Hola. Perdoname pero no se entiende nada tu pregunta, especificamente nose adonde apuntas. Pusistes mal la configuracion electronica estas errando al ordenamiento. eso es sumamente importante. No es 1s2 2s2 3p6 3s2 3p6 4s2 3d5 es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 o lo q necesites. Ahi explico bien como debes hacer el ordenamiento.

  • Isabel:

    Perdón… al realizar el ejemplo donde dice: 2) Prediga los números cuánticos del quinto electrón del cloro. Bueno, recordemos la configuración del cloro: 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p5; encuentro que ml=0 y que el ms= -1/2,(n y l coincidimos) me podrían indicar que estoy haciendo mal? agradezco desde ya… saludos cordiales, me encanta la página!!!

    • Hola Isabel. Los números cuanticos son:
      N = 2 ya que se encuentra en el segundo nivel el electrón citado.
      l = 1 ya que corresponde al orbital p.
      ml = -1 ya que se ubica en el primer orbital de los 3 del tipo “p”. El de la izquierda. Recorda que se ubican de izquierda a derecha.
      ms = + 1/2 es el primero mira hacia arriba la flecha.

      Te agradecemos los comentarios positivos. Te esperamos cuando gustes.

      • Isabel:

        Oh! gracias, yo estaba trabajando el quinto electrón del 2p6 y no tuve en cuenta que en los 1s2 y 2s2 ya tenía sumado 4 electrones y que me faltaba sólo un electrón más, que por supuesto un electrón con flecha hacia arriba era el quinto electrón, ya está todo entendido, muchas gracias por su aclaración! disculpe la molestia y valoro su tiempo que nos dedica para aclararnos las dudas… esta página ocupa el primer lugar en mi webgrafía educativa y es por esto…

        Saludos

  • david:

    hola tengo una consulta según tengo entendido con el periodo podes saber cuantos electrones tiene un átomo utilizando la formula 2.(N° de la capa)al cuadrado.
    eso te da cuanto electrones tiene pero segun vos el sodio que tiene 18 electrones tiene 11 ¿como puede ser?

    • La fórmula que vos expones da la cantidad total de electrones en cada nivel, pero los elementos no tienen ocupado todo el nivel asi que son dos cosas distintas. El sodio tiene apenas 1 electrón en el nivel 3 y obviamente no llegará a los 18 e.

  • Miguel:

    Buenas tardes…me confundo con la pregunta cual es el último número cuántico de:

    23 Na 11…en este caso sería 3, 0, 0,- ½?! y para para el 12 C 6…¿?

    ó sería n= nivel del electrón

    n de Na= s
    n de C= p…respectivamente…me lo aclaran por favor…

  • MICHAEL:

    hola amigo . de antemano muy bueno tu post pero tengo una duda por ejm: cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. para este ultimo seria (5).mi pregunta es si 3p5 es el ultimo cuantos orbitales tiene sabien que p tiene 3..o como es que se saca esto de lso orbitales

    • Hola Michael sinceramente no te entiendo la pregunta. Creo que te referis al último electron. El que ocupa el 3p5 esta en el orbital p del nivel 3. O sea hay un orden a respetar y ah lo explico bien. Cualquier cosa mandame de nuevo la pregunta

Deja un comentario

Categorías