NÚMEROS CUÁNTICOS TEORÍA Y EJEMPLOS -NUBE ELECTRÓNICA PDF

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Nube Electrónica La teoría cuántica fue propuesta, en primer lugar, por Max Planck en 1900, para explicar la radiación de un cuerpo caliente. Unos pocos años después, en 1905, fue utilizado por Albert Einstein para tratar el efecto fotoeléctrico. En 1913, Neils Bohr utilizó la teoría cuántica para desarrollar el modelo del átomo de hidrógeno. Hoy en día, la teoría cuántica se aplica a todas las interacciones de la materia con la energía para el estudio de los átomos. El modelo cuántico del átomo se basa en los siguiente principios: 1. PRINCIPIO DUAL DE LA MATERIA (Louis de Broglie, 1924): Toda partícula en movimiento, al igual que la energía, lleva asociada una onda en su desplazamiento. 2. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE (Werner Heisemberg, 1927): No se puede conocer simultáneamente y con exactitud la posición y la cantidad de movimiento de un electrón. D escripción de la nube electrónica 1. Orbital o REEMPE Son regiones espaciales energéticas que conforman la nube electrónica, donde existe la más alta probabilidad de encontrar, como máximo, 2 electrones con sentido de giro contrarios. # max e– = 2 (Orbital) Según la forma espacial, los orbitales son: – Orbital "s" – Orbitales "p" z y x UNIDAD 3 z y x orbital px z y x orbital py z y x orbital pz Según el número de electrones, los orbitales son: ↑↓ (2e–) Orbital lleno Electrones apareados ↑_ (1e–) Orbital semilleno Electrón desapareado __ (0e–) Orbital vacío 2. Subnivel o subcapa de energía () Son regiones espaciales conformados por un conjunto de orbitales del mismo tipo. Subnivel Nombre  Número de Número de electrones orbitales s sharp 0 1 ó 2 1 p principal 1 1, 2, ... ó 6 3 d difuso 2 1, 2, ... ó 10 5 f fundamental 3 1, 2, ... ó 14 7 REGLAS PRÁCTICAS a) Número máximo de electrones: # max e– = 2(2 + 1) (subnivel) b) Número de orbitales: # orbitales = 2 + 1 (subnivel) 3. Nivel o capa de energía (n) Son regiones que rodean al núcleo atómico.       { K n=1 L n=2 M n=3 N n=4 O n=5 P n=6 Q n=7 + Núcleo 2e– 8e– 18e– 32e– 32e– (50e–) 18e– (72e–) 8e– (98e–) AUMENTA ENERGÍA AUMENTA ESTABILIDAD ( ) : Capacidad máxima de electrones. REGLAS PRÁCTICAS a) Número máximo de electrones: # max e– = 2 · n2 (nivel) b) Número de subniveles: # subniveles = n (nivel) c) Número de orbitales: # orbitales = n2 (nivel) Notación cuántica n : Nivel (1, 2, ..., 7)  : Subnivel (s, p, d, f) x : Número de electrones Energía Relativa (E.R.) Indica el estado energético del electrón: E.R. = n +  Ejemplos: Notación Nivel (n) Subnivel () Número Energía Cuántica de e– Relativa 2s1 2 (n = 2) s ( = 0) 1 2 4p5 4 (n = 4) p ( = 1) 5 5 4d6 4f3 Configuración Electrónica Es la representación simbólica de la distribución de los electrones en la nube electrónica, en orden de menor a mayor energía relativa. 1. Regla de Mollier (Regla del serrucho) Determina la distribución de electrones en niveles y subniveles: Secuencia total: Ejemplo: 6C (#e– = 6) : 1s2 2s2 2p6 11Na (#e– = 11) : 1 Ne 1s22s22p63s  ó [10Ne] 3s1 26Fe : 2 6 Ar 1s22s22p63s23p64s 3d  ó [18Ar] 4s2 3d6 7N3– (#e– = 10) : 1s2 2s2 2p6 ≡ [10Ne] 20Ca2+ (#e–=18) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ≡ [18Ar] 26Fe2+ : [18Ar] 3d6 24Cr : [18Ar] 4s1 3d5 2. Principio de máxima multiplicidad (Regla de Hund) Determina la distribución de electrones en orbitales: "Al distribuir electrones en orbitales del mismo subnivel, primero se ubica un electrón en cada orbital y luego, de ser posible, se procede a aparearlos. Ejemplos: 2p2 : 3p4 : Ejercicio: ¿Cuántos orbitales llenos y semillenos tiene el átomo de nitrógeno (z = 7) en su estado fundamental? 7N : 1s2 2s2 2p3 ⇒ 2 orbitales llenos 3 orbitales semillenos Nivel Subniveles 1 s2 2 s2 3 s2 4 s2 5 s2 6 s2 7 s2 p6 p6 p6 p6 p6 d10 d10 d10 f14 p6 d10 f14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 Energía relativa creciente [2He] [10Ne] [18Ar] [36Kr] [54Xe] [86Rn] Especies Isoelectrónicas Son aquellas especies químicas diferentes que tienen la misma configuración electrónica. Ejercicio: De las siguientes especies químicas: Ca (z = 20), Ti2+ (z = 22), V3+ (z = 23), ¿cuáles son isoelectrónicas? 20Ca : [18Ar] 4s2 22Ti2+ : [18Ar] 3d2 23V3+ : [18Ar] 3d2 ⇒ son isoelectrónicos el Ti2+ y el V3+. Problemas 1. Con relación a la configuración electrónica, determine la verdad (V) o falsedad (F) de las proposiciones: I. Se basa en el principio de AUFBAU. II. Se distribuyen todos los electrones que tiene la especie química. III. Conforme aumenta el nivel aumenta la energía y disminuye la estabilidad del electrón. A) VVV B) VVF C) VFV D) FVV E) VFF 2. Con respecto a la zona extranuclear indique la verdad (V) o falsedad (F) de las proposiciones: I. Es la que determina el tamaño de un átomo. II. Esta conformado por niveles, subniveles y orbitales. III. Contiene a electrones con la misma energía. A) VVV B) VVF C) VFV D) FVV E) FVF 3. Determine la alternativa incorrecta: A) La capa energética “N” puede admitir 18 electrones. B) El tercer nivel de energía tiene 3 subniveles. C) El subnivel “principal” tiene 3 orbitales. D) Todo orbital lleno tiene 2 electrones. E) La capa energética “M” tiene 18 orbitales. 4. Con respecto a la Mecánica Cuántica, señale la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. El electrón en su desplazamiento en torno al núcleo tiene un comportamiento corpuscular y ondulatorio. II. La posición del electrón en la zona extranuclear está preferentemente definido. III. El comportamiento del electrón está determinado por 4 parámetros numéricos denominados números cuánticos. A) VVV B) VVF C) VFV D) FVV E) FFF 5. Señale la verdad (V) o falsedad (F) de las proposiciones: I. El cuarto nivel de energía se llena con 32 electrones. II. Un subnivel “difuso” con 8e- tiene 4 orbitales llenos. III. Un orbital “principal” admite como máximo 6 electrones. A) VVV B) VVF C) VFV D) VFF E) FFF 6. Señale las proposiciones correctas: I. Todos los orbitales tienen la misma forma y el mismo tamaño. II. Los subniveles de energía están conformados por orbitales del mismo tipo. III. Los electrones de un mismo orbital tienen el mismo sentido de giro. A) I y II B) II y III C) I y III D) Sólo II E) I, II y III 7. Señale la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. Todos los elementos cumplen las reglas de distribución electrónica. II. La regla de Hund permite distribuir electrones en orbitales del mismo subnivel. III. Especies químicas diferentes que tengan la misma configuración electrónica son isoelectrónicas. A) VVV B) VVF C) FVF D) FVV E) FFF 8. Para la configuración electrónica mostrada: 1s22s22p63s23p64s23d104p3 Indique el nivel de valencia y el número de electrones de valencia. A) 3 y 3 B) 4 y 3 C) 4 y 15 D) 4 y 5 E) 4 y 13 9. Respecto al cuarto nivel de energía, indique las proposiciones correctas: I. Admite a lo más 32 electrones. II. Contiene 4 subniveles de energía. III. Tiene 16 orbitales IV. Se le denomina capa “N”. A) Solo I B) I y II C) III y IV D) I, II y IV E) Todas 10. Señale el subnivel con menor estabilidad, si pertenecen al mismo átomo. A) 1s B) 3d C) 2p D) 4p E) 3p 11. La configuración electrónica de un elemento termina en 4s2. Si posee 22 neutrones, determine la cantidad de partículas fundamentales del átomo neutro. A) 60 B) 61 C) 62 D) 63 E) 64 12. Si un átomo neutro presenta 5 electrones en el cuarto nivel de energía, determine el número de orbitales semilleros que presenta dicho átomo. A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 13. Señale la configuración electrónica mal representada: I. 24Cr : [18Ar] 4s13d5 II. 30Zn2+ : [18Ar] 4s23d8 III. 33As3- : [18Ar] 4s23d10 A) Sólo I B) I y II C) II y III D) I y III D) I, II y III 14. Un átomo neutro tiene 42 neutrones y 15 electrones en subniveles “principal” de su configuración electrónica. Determinar la alternativa que no corresponde para dicho átomo. A) Su número atómico es 33. B) Tiene 18 electrones en su tercer nivel energético. C) Tiene 3 electrones desapareados en su capa de valencia. D) Ti e n e 7 5 n u c l e o n e s fundamentales. E) En su configuración electrónica de su anión trivalente hay 4 niveles de energía llenos. 15. Determine el mayor número atómico de un átomo neutro que tiene 3 subniveles “sharp” llenos en su configuración electrónica. A) 12 B) 18 C) 19 D) 24 E) 29 16. Determine el número de masa de un átomo E que tiene 8 orbitales difuso ocupados y que además es isótono con el ión 88 2 38M + A) 88 B) 91 C) 93 D) 95 E) 96 17. Se tiene un catión trivalente cuya configuración electrónica termina en 3d5. Hallar su número de masa, si tiene 30 neutrones en su núcleo. A) 51 B) 53 C) 56 D) 57 E) 59 18. La razón entre el número de protones y el número de nucleones de un átomo es 7/16. Si presenta el máximo número atómico con dos subniveles principales llenos, hallar el número de neutrones. A) 40 B) 45 C) 55 D) 60 E) 65 19. Un átomo neutro tiene en su capa energética “N” 14 electrones y en su núcleo el número de neutrones es mayor en doce unidades que el de protones. Determine su número de masa. A) 96 B) 98 C) 100 D) 102 E) 104 20. Halle el átomo de mayor número de masa posible que solamente tiene 4 orbitales llenos en la capa energética “M”. Además su número de protones es menor en 5 que su cantidad de neutrones. A) 41 B) 45 C) 50 D) 53 E) 55 Claves 1 A 2 A 3 E 4 C 5 D 6 D 7 D 8 D 9 E 10 D 11 C 12 D 13 C 14 E 15 E 16 B 17 C 18 B 19 C 20 E