Maestría en la enseñanza de las ciencias puras y naturales

Realizado por : Lic. Jairo Miguel Rondón Mora

INTODUCCION

En 1927, Werner Heidelberg,sugiere que es imposible conocercon exactitud la posición, elmomento y la energía de unelectrón. A esto se le llama"principio de incertidumbre“.

Si una partícula se comportacomo una onda y viceversa, esimposible conocersimultáneamente la posiciónexacta y el momento (velocidad)de dicha partícula.

Solamente es posible determinarla probabilidad de que elelectrón se encuentre en unaregión determinada.

NÚMEROS CUÁNTICO PRINCIPAL (L)

Determina el tamaño del orbital. Puede tomar cualquier valor natural distinto de cero: n = 1, 2, 3, 4 ...

Varios orbitales pueden tener el mismo número cuántico principal, y de hecho lo tienen, agrupándose en capas. Los orbitales que tienen el mismo número cuántico principal forman una capa electrónica.

Cuanto mayor sea el número cuántico principal, mayor será el tamaño del orbital y, a la vez, más lejos del núcleo estará situado.

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EL NÚMERO AZIMUTAL, (l) • El número cuántico azimutal, l, indica la forma del orbital,

que puede ser circular, si vale 0, o elíptica, si tiene otro valor.

• El valor del número cuántico azimutal depende del valor del número cuántico principal. Desde 0 a una unidad menos que n. Si el número cuántico principal vale 1, n = 1, el número cuántico azimutal sólo puede valer 0, ya que sus posibles valores van desde 0 hasta una unidad menos que n.

• Si por el contrario el número cuántico principal vale 6, n = 6, el número cuántico azimutal puede tomar seis valores distintos, desde cero hasta cinco: l = 0, 1, 2, 3, 4 o 5

• A cada valor del número cuántico azimutal le corresponde una forma de orbital, que se identifica con una letra minúscula:

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EL NÚMERO AZIMUTAL, (l) A cada valor del número cuántico

azimutal le corresponde una forma de orbital, que se identifica con una letra minúscula: 0 s, 1 p, 2 d, 3 f y 4 g

Cuanto mayor sea el número cuántico azimutal, más elíptico y achatado será el orbital.

Cuando vale cero, el orbital es circular. Cuando vale uno, es algo elíptica. Si dos, es más achatado; si tres, más todavía...

n=1

n=2

n=4

n=4

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NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO

• El número cuántico magnético, m, determina la Orientación del orbital. Los valores que puede tomar depende del valor del número cuántico azimutal, m, variando desde - l hasta + l.

• Si el número cuántico azimutal vale 0, l = 0, el número cuántico magnético sólo puede tomar el valor 0. Así, sólo hay un orbital s.

• Si el número cuántico azimutal vale 1, l = 1, el número cuántico magnético puede tomar los valores -1, 0 y 1, ya que sus posibles valores van desde – l hasta l. Hay, por lo tanto, tres orbitales p, ya que si l = 1 el orbital se llama p.

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NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO

• En general, para un valor l, habrá 2·l + 1 orbitales:

l (tipo) Orbitales 0 (s) 1, 1 (p) 3, 2 (d) 5, 3 (f) 7 y 4 (h) 9

• Puesto que el valor de m depende del valor que tenga el número cuántico azimutal, l, y éste toma valores dependiendo del número cuántico principal, n, y, por tanto, de la capa electrónica, el número de orbitales variará de una capa a otra.

• En la primera capa electrónica n = 1, por lo tanto l = 0 y, forzosamente, m = 0.

• Sólo hay un único orbital, de tipo s.

• En la tercera capa electrónica n = 3, de forma que l puede tomar 3 valores: 0, 1, 2. Habrá orbitales s, p, d:

• ·El orbital s indica que l = 0, por lo que m = 0, sólo hay un orbital s.

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NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICOEl orbital p significa que l = 1, de forma que m = -1, m = 0 o m = 1. Hay 3 orbitales p.

Finalmente, si el orbital es d indica que forzosamente l = 2, y, por lo tanto, m = -2, m = -1, m = 0, m = 1 y m = 2. Hay 5 orbitales d.

En la tercera capa, por tanto, hay 9 orbitales: 1 s, 3 p y 5 d.

• El número de orbitales de cada tipo viene determinado por los valores que

• puede tomar el número cuántico magnético, m, y será: 2·l+1. Si l = 0 hay un único orbital, si l = 4 habrá 9

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NÚMERO CUÁNTICO DE SPÍN

• Si consideramos el electrón como unapequeña esfera, lo que no esestrictamente cierto, puede girar entorno a sí misma, como la Tierra giraocasionando la noche y el día. Sonposibles dos sentidos de giro, hacia laizquierda o hacia la derecha.

• Este giro del electrón sobre sí mismoestá indicado por el número cuántico deespín, que se indica con la letra s.

• Como puede tener dos sentidos de giro,el número de espín puede tener dosvalores: ½ y - ½.

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Resumen

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• Podemos resumir indicando que la cortezaelectrónica se organiza en capas, indicadas por elnúmero cuántico principal, n, que indica su lejaníaal núcleo.

• Dentro de las capas hay distintos orbitales,especificados por el número cuántico azimutal, l,y que indica la forma del orbital.

• El número de orbitales de cada tipo está dado porel número cuántico magnético, m, que nos señalala orientación del orbital. Además hay otronúmero cuántico, de espín, s, que sólo puedetomar dos valores e indica el giro del electrónsobre sí mismo.

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EJERCICIOS

1. Si los números atómicos respectivos de nitrógeno, argón, magnesio y cobalto son 7, 18, 12 y 27. Escriba las configuraciones electrónicas de los referidos átomos.

2. ¿Cuáles de entre las siguientes configuraciones

electrónicas no son posibles, de acuerdo con el

principio de exclusión de Pauli. ? ¿Explicar por que?

a) 1s 2 2s 2 2p 4 ,

b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 ,

c) 1s 2 3p 1 ,

d) 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10

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RESOLUCIÓN

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3. ¿Cuáles de entre las siguientes configuraciones electrónicas no son posibles, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli? Explicar por qué a) 1s2 2s2 2p4

b) 1s2 2s2 2p6 3s2

c) 1s2 3p1

d) 1s2 2s22p63s23p10

4. Las configuraciones electrónicas de dos elementos neutros A y B son: A =1s22s22p2 y B = 1s22s22p13s1. Indicar, razonadamente, si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes:a) La configuración de B es imposible;b) Las dos configuraciones corresponden al mismo elemento;c) Para separar un electrón de B se necesita más energía que para separarlo de A.

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RESOLUCIÓN

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SOLUCIONES 1

1. Si los números atómicos respectivos de nitrógeno, argón, magnesio y cobalto son 7, 18, 12 y 27. ¿Escriba las configuraciones electrónicas de los referidos átomos?

RESOLUCION

Los números atómicos nos indican el número de protones que tiene cada átomo en su núcleo, y si se trata de un átomo neutro, nos indican también el número de electrones que tienen en la corteza.

N (Z = 7) 1s2 2s22p3

Ar (Z = 18) 1s22s22p63s23p6

Mg (Z = 12) 1s22s22p63s2

Co (Z = 27) 1s22s22p63s23p63d7 4s2

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SOLUCIONES 2

2. ¿Cuáles de entre las siguientes configuraciones electrónicas no son posibles, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli. ? Explicar por que:

a) 1s 2 2s 2 2p 4 b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 c) 1s 2 3p 1 d) 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10

RESOLUCIÓN

El principio de exclusión de Pauli dice que “En un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan sus cuatro números cuánticos iguales”, lo cual nos va a indicar el número máximo de electrones en cada subnivel electrónico, que es: s => 2 ; p => 6 ; d => 10 ; f => 14. De acuerdo con ello, las configuraciones electrónicas dadas son:

a) 1s 2 2s 2 2p 4 : Se trata del elemento en su estado normal. Si es un átomo neutro (con el mismo nº de protones en el núcleo que de electrones en la corteza), será el nº 8, correspondiente al periodo 2 y al grupo 16: el oxígeno

b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 : Se trata del elemento en su estado normal. Si es un átomo neutro (con el mismo nº de protones en el núcleo que de electrones en la corteza), será el nº 12, correspondiente al periodo 3 y al grupo 2: el Magnesio

c) 1s 2 3p 1 Se trata del elemento nº 3 (tiene 3 electrones) en estado excitado, pues el electrón 3p 1 si estuviera en estado normal se encontraría en el subnivel más bajo, que sería 2s 1 . No obstante, se trata de una configuración posible ya que ninguno de los subniveles tiene más electrones de los permitidos , correspondiente al periodo 2 y al grupo 1: el Litio

d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10 Se trata de una configuración electrónica imposible ya que en el subnivel 3p solamente puede haber 6 electrones, y no 10.

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SOLUCIONES 3

3. ¿Cuáles de entre las siguientes configuraciones electrónicas no son posibles, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli. Explicar por que. a) 1s 2 2s 2 2p 4 , b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 , c) 1s 2 3p 1 , d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10

RESOLUCIÓNEl principio de exclusión de Pauli dice que “En un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan sus cuatro números cuánticos iguales”, lo cual nos va a indicar el número máximo de electrones en cada subnivel electrónico, que es: s => 2 ; p => 6 ; d => 10 ; f => 14. De acuerdo con ello, las configuraciones electrónicas dadas son:a) 1s 2 2s 2 2p 4 : Se trata del elemento en su estado normal. Si es un átomo neutro (con el mismo nº de protones en el núcleo que de electrones en la corteza), será el nº 8, correspondiente al periodo 2 y al grupo 16: el oxígenob) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 : Se trata del elemento en su estado normal. Si es un átomo neutro (con el mismo nº de protones en el núcleo que de electrones en la corteza), será el nº 12, correspondiente al periodo 3 y al grupo 2: el Magnesioc) 1s 2 3p 1 Se trata del elemento nº 3 (tiene 3 electrones) en estado excitado, pues el electrón 3p 1 si estuviera en estado normal se encontraría en el subnivel más bajo, que sería 2s 1 . No obstante, se trata de una configuración posible ya que ninguno de los subniveles tiene más electrones de los permitidos , correspondiente al periodo 2 y al grupo 1: el Litio d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10 Se trata de una configuración electrónica imposible ya que en el subnivel 3p solamente puede haber 6 electrones, y no 10.

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SOLUCIONES 4

4. Las configuraciones electrónicas de dos elementos neutros A y B son: A = 1s 2 2s 2 2p 2 y B = 1s 2 2s 2 2p 1 3s 1 . Indicar, razonadamente, si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes:

a) La configuración de B es imposible;

b) Las dos configuraciones corresponden al mismo elemento;

c) Para separar un electrón de B se necesita más energía que para separarlo de A.

RESOLUCIÓN

Al tratarse de elementos neutros, quiere decir que tienen el mismo número de protones en el núcleo que de electrones en su corteza, es decir 6; se trata pues del elemento con número atómico 6: el Carbono. El caso A corresponde a su estado fundamental y el B corresponde a un estado excitado en el cual uno de los dos electrones del subnivel 2p ha ganado energía y se encuentra en el subnivel 3s.

• A) La configuración B sí es posible pues corresponde a un estado excitado

• B) Ambas configuraciones corresponden al mismo átomo: el de Carbono

• C) Para arrancar un electrón de B se necesita menos energía que para arrancarlo de A ya que en B el último electrón se encuentra en un estado de mayor energía: está en el subnivel 3s, mientras que en A se encuentra en el 2p

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BIBLIOGRAFIA

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• Pedro Martínez Fernández

www.educamix.com

• UNIONES ENTRE ÁTOMOS 4º E.S.O.

Pedro A. Ulloa

• QUÍMICA ECA Enseñanza mediahttp://eca-quimica.blogspot.com/2011/06/numero-cuantico-magnetico-m_13.html

• GRACIAS POR SU ATENCIÓN