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QUÍMICA COMÚN
QC-02
NÚMEROS CUÁNTICOS Y
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
2012
REPRESENTACIÓN DE LOS ELECTRONES MEDIANTE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS
Como consecuencia del principio de indeterminación se deduce que no se puede dar una
descripción de la posición y movimiento de los electrones en el lenguaje de la física clásica. Existe
una mecánica nueva, llamada “mecánica cuántica” que da una representación más satisfactoria de
las partículas con masa despreciable.
La situación energética de cada electrón está definida por cuatro estados denominados estados
cuánticos. A cada estado cuántico corresponde un número, por lo tanto, hay cuatro números
cuánticos para cada electrón de un átomo. Los números cuánticos identifican y describen a cada
electrón.
Estos 4 números cuánticos se denominan:
n: número cuántico principal
Determina el nivel energético de la región que ocupa el electrón. Cuanto mayor sea n, mayor es
la energía de la nube electrónica. Cabe hacer notar que el movimiento de los electrones en estos
niveles no es uniforme y la forma circular es sólo ilustrativa de éstas divisiones.
Sus valores van desde el 1 en adelante, según el nivel donde se encuentre el electrón.
2
 : número cuántico secundario o azimutal
Determina la forma de la nube electrónica. Físicamente corresponde a la zona más probable
donde encontrar un electrón. El número cuántico azimutal es propio de cada orbital y es
independiente del nivel energético en el que probablemente se encuentre el electrón. Por
convención los valores permitidos para los orbitales s, p, d y f son:
Orbital

Orbital

s
0
d
2
p
1
f
3
Orbital s: (  = 0)
Orbitales p: (  = 1)
Orbitales d: (  = 2)
Orbitales f:
3
(  = 3)
m: número cuántico magnético
Determina la orientación espacial de la nube electrónica en respuesta al campo magnético ejercido
por el núcleo atómico. Éste número magnético depende del azimutal y toma valores desde -
hasta + pasando por cero.
Por lo tanto:
tipo de orbital ()
orientaciones (m)
número de
orbitales
0 (s)
0
1
1 (p)
-1, 0, 1
3
2 (d)
-2, -1, 0, 1, 2
5
3 (f)
-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3
7
s: número cuántico de Spin
El estudio de los electrones revela la existencia de tres
campos magnéticos distintos el primero está asociado al
movimiento del electrón en torno del núcleo y los otros
dos son interpretados como movimientos de rotación del
electrón respecto a su propio eje.
Si el electrón fuese considerado como una esfera, tendría
dos sentidos de rotación: horario y antihorario.
Se acostumbra a asociar a esos dos sentidos de rotación
(que en realidad son los dos campos magnéticos
anteriormente referidos) dos números, cuyos valores son
+½ ó -½.
Valores permitidos para los números cuánticos
Los valores permitidos para asignar los números cuánticos a cada electrón son los siguientes:
n

=
=
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7… (niveles: k, l, m, n, o, p, q…)
0, 1, 2, 3 (orbitales s, p, d y f, respectivamente)
m =
0,  1,  2,....
s
=
hasta  
- ½ , +½
4
PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN (AUFBAU)
empiezan
Principio de Mínima Energía
Todos los electrones que forman parte de un átomo adoptan los 4 números cuánticos que les
permiten tener la menor energía posible.
Puede afirmarse que, por regla general, los números cuánticos más bajos describen electrones de
menor energía que los números cuánticos altos. Así el electrón con menor energía será aquel que
tenga los siguientes números cuánticos:
n = 1

= 0
m = 0
s
= +½
CONVENIO
Se asigna +½ al spin del primer electrón en un átomo.
Principio de Exclusión de Pauli
“No pueden existir en un mismo átomo dos o más electrones con sus cuatro números cuánticos
iguales”.
Sí pueden existir dos electrones con tres números cuánticos iguales pero el cuarto debe ser
distinto. Por cada orbital existen sólo 2 electrones en movimiento. El principio de exclusión es
válido para todos los orbitales de un átomo. A partir del sexto electrón y los demás se requiere
citar un nuevo principio.
Principio de Máxima Multiplicidad de Hund
Cuando los electrones penetran en un nivel de valores dados de “n” y “”, los valores de “s”
mantienen el mismo signo, o sea, igual spin (llamado spin paralelo) hasta que se haya
semicompletado la capacidad, sólo entonces se inicia el apareamiento. Dicho de otro modo, sólo
cuando se haya semicompletado un nivel de energía con los electrones, la regla de Hund permite
el apareamiento y por tanto y por tanto completar el nivel electrónico.
5
En la tabla siguiente aparece la distribución de los electrones en los niveles cuánticos:
Capa
n

m
K
1
0(s)
0
2
2
L
2
0(s)
1(p)
0
-1,0,+1
2
6
8
M
3
0(s)
1(p)
2(d)
0
-1,0,+1
-2,-1,0,+1,+2
2
6
10
4
0(s)
1(p)
2(d)
3(f)
0
-1,0,+1
-2,-1,0,+1,+2
-3,-2,-1,0,+1,+2,+3
2
6
10
14
N
Número de
electrones
distribuidos
TOTAL
18
32
Conclusiones relevantes
Los electrones se distribuyen de a pares:



2 en 1 orbital llamados s
6 en 3 orbitales llamados p (px, py y pz)
10 en 5 orbitales llamados d (d xy, dxz, dyz, dx2 -y2 y dz2 )

Las capacidades máximas de cada orbital son:
ORBITAL
VALOR DE 
s
p
d
f
Nº MÁXIMO DE ELECTRONES
0
1
2
3
2
6
10
14

Como cada orbital acepta hasta dos electrones, podemos deducir, que hay un orbital “s”,
tres “p”, cinco “d” y siete “f”.

El orden en que son ocupados los orbitales puede encontrarse empleando una regla
empírica sencilla, ésta es, que los electrones entran generalmente en aquel orbital que
tenga el valor mínimo posible para la suma (n +). Así, el orbital 4s (con n = 4 y  = 0;
4+0 = 4) se llena antes que el 3d (con n = 3 y  = 2; 3+2 =5).

En caso que resultara igual la suma en ambos casos, se llenará primero el que tenga el
valor más bajo de “n”.
Ejemplo:
3d
4p
3 + 2 = 5
4 + 1 = 5
Se llena primero el orbital 3 d (ya que n es menor).
6
LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS
El llenado de los niveles energéticos con electrones considerando el principio de construcción se
conoce como “CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA”. Para el llenado con electrones debemos
considerar los dos primeros números cuánticos, n y , el resto es seguir la lógica planteada por el
principio de Aufbau. El diagrama de Pauling es una ayuda para la asignación, así por ejemplo:
Capas
R
Q
P
O
N
M
L
K
Niveles
8
7
6
5
4
3
2
1
Máximo nº e por nivel
8s
7s
6s
5s
4s
3s
2s
1s
7p
6p
5p
4p
3p
2p
6d
5d
4d
3d
2
8
18
32
32
18
8
2
5f
4f
El orden de llenado de los orbitales sigue un orden específico que se resume en un esquema
denominado diagrama de de moeller.
Por ejemplo un átomo con 8 electrones (Z = 8), tiene una configuración electrónica 1s 2 2s2 2p4,
los números cuánticos correspondientes se obtienen al analizar al último electrón de la
configuración;
2p
4
l=1
n=2
px
py
pz
-1
0
+1
1 electrón
p
4
2 electrones
3 electrones
4 electrones
m = -1
7
s = -1/2
Configuración electrónica expandida, considerando orbitales atómicos:
8
TEST DE EVALUACIÓN MÓDULO 02
1. El primer electrón de todo átomo debe ubicarse en un orbital de tipo
A)
B)
C)
D)
E)
s
px
py
pz
dxy
2. La configuración electrónica condensada para un átomo neutro es la siguiente
[2He] 2s2 2p3
De ella se infiere que el elemento en cuestión es el
A)
B)
C)
D)
E)
5B
6C
7N
8O
9F
3. Un elemento químico presenta 2 niveles de energía con electrones y 3 de estos en el nivel más
externo, ¿cuántos protones debe tener?
A)
B)
C)
D)
E)
3
4
5
7
9
4. Si el valor para el número cuántico azimutal de un electrón es 2, entonces el orbital que lo
contiene es
A)
B)
C)
D)
E)
s
f
p
d
g
5. La correcta combinación de números cuánticos para el tercer electrón de un átomo, en estado
fundamental, tiene que ser
A)
B)
C)
D)
E)
n

m
1
2
1
2
2
0
0
1
1
2
0
0
0
1
1
9
6. La configuración electrónica extendida para un ion X +1 es 1s2, por lo tanto, es correcto afirmar
que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
D)
E)
Sólo
Sólo
Sólo
Sólo
Sólo
X es un átomo con 3 protones.
X+1 tiene más electrones que X.
X y X+1 tienen el mismo número de orbitales atómicos.
I.
II.
III.
I y II.
II y III.
7. La siguiente es la configuración electrónica de un elemento en estado basal
[10Ne]


3s


3p
¿Cuántos niveles de energía con electrones presenta el elemento en cuestión?
A)
B)
C)
D)
E)
1
2
3
4
6
8. En un átomo ocurre la siguiente transformación
X + 2ē

 X-2
Al respecto, ¿cuál es la única opción INCORRECTA?
A)
B)
C)
D)
E)
X-2 es un anión
X tiene menos electrones que X-2
X presenta el mismo número de protones y electrones
X-2 tiene el mismo número de protones que X
X-2 presenta mayor cantidad de neutrones que X
9. Considere la siguiente configuración electrónica para un átomo neutro
1s2, 2s2 2p6, 3s2 3p2
Del análisis se puede afirmar correctamente que
A)
B)
C)
D)
E)
el átomo tiene 4 niveles energéticos con electrones.
sólo 2 de sus electrones se encuentran desapareados.
el átomo tiene en total 5 orbitales con electrones.
en el último nivel de energía hay 2 electrones.
el átomo tiene 10 protones en el núcleo.
10
10. Un elemento con 17 electrones, ubicados en 3 distintos niveles de energía y en 9 orbitales
diferentes, ¿cuántos protones debe tener?
A) 3
B) 6
C) 9
D) 15
E) 17
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