Tiza Paso a paso
Practicar →

Química · Unidad 5 — Configuración electrónica y propiedades periódicas

Números cuánticos y orbitales

Los cuatro números cuánticos no son una lista para memorizar: son la dirección de cada electrón dentro del átomo. Y una vez que se entiende qué rango puede tomar cada uno, las capacidades de los subniveles salen contando, sin tabla.

Practicar este tema →7 ejercicios que te corrigen paso a paso · gratis, sin cuenta

La explicación

Por qué hacen falta cuatro números

Un electrón en un átomo no está en una órbita como un planeta: está en una región de probabilidad que se llama orbital. Para identificar en cuál de todas esas regiones está, y con qué giro, hacen falta cuatro datos. Ésos son los números cuánticos, y cada uno responde una pregunta distinta.

Los cuatro, uno por uno

Un orbital queda definido por los tres primeros (n, ℓ, mℓ). El cuarto no elige orbital: elige cuál de los dos lugares de ese orbital ocupa el electrón.

De ahí salen todas las capacidades, sin memorizar ninguna

orbitales de un subnivel = 2ℓ + 1
electrones de un subnivel = 2 · (2ℓ + 1)
electrones de un nivel = 2n²

Reemplazando ℓ = 0, 1, 2, 3 salen las cuatro capacidades que aparecen todo el cuatrimestre:

s → 1 orbital, 2 electrones  ·  p → 3 orbitales, 6 electrones
d → 5 orbitales, 10 electrones  ·  f → 7 orbitales, 14 electrones

Y esas cuatro son las que explican el ancho de los bloques de la tabla periódica: el bloque p tiene seis columnas porque un subnivel p toma seis electrones, y el bloque d tiene diez por la misma razón.

Por qué dos electrones por orbital y no tres

Es el principio de exclusión de Pauli: en un mismo átomo no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Si dos comparten orbital, ya comparten n, ℓ y mℓ; lo único que les queda para diferenciarse es ms, y ms tiene dos valores. Un tercero tendría que repetir todo, y eso está prohibido. No es una cuestión de espacio: es una condición sobre la identidad.

El procedimiento para decidir si una combinación existe

1. ¿n es un entero positivo? Si es 0 o negativo, la combinación ya murió ahí.
2. ¿ℓ está entre 0 y n − 1? Si ℓ vale lo mismo que n o más, no existe. Éste es el filtro que más combinaciones tumba.
3. ¿mℓ está entre −ℓ y +ℓ? Contando los negativos, el cero y los positivos.
4. ¿ms es +1/2 o −1/2? No hay terceras opciones.

Si los cuatro pasan, la combinación describe un electrón posible, y el par (n, ℓ) te dice en qué subnivel vive: el número es el nivel y la letra sale de ℓ.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Para el nivel n = 3: a) ¿qué subniveles hay? b) ¿cuántos orbitales en total? c) ¿cuántos electrones entran? d) ¿existe un electrón con los números (3, 3, 0, +1/2)?

a) Los subniveles. ℓ va de 0 hasta n − 1, o sea de 0 hasta 2:

ℓ = 0 → 3s  ·  ℓ = 1 → 3p  ·  ℓ = 2 → 3d

Son tres subniveles. Fijate que la cantidad de subniveles de un nivel es siempre igual a n: el nivel 3 tiene tres, el nivel 4 tiene cuatro.

b) Los orbitales. Cada subnivel aporta 2ℓ + 1:

3s: 2·0 + 1 = 1  ·  3p: 2·1 + 1 = 3  ·  3d: 2·2 + 1 = 5
total = 1 + 3 + 5 = 9 orbitales
Control. La cantidad de orbitales de un nivel tiene que dar n². Acá 3² = 9. ✔

c) Los electrones. Dos por orbital:

9 orbitales × 2 = 18 electrones   (y 2n² = 2·9 = 18 ✔)

Se puede llegar por el otro camino y tiene que coincidir: 2 del 3s + 6 del 3p + 10 del 3d = 18. Que dos caminos distintos den lo mismo es la señal de que la cuenta está bien.

d) La combinación (3, 3, 0, +1/2). Corremos el filtro:

1. n = 3 es un entero positivo. Pasa.
2. ℓ = 3, pero con n = 3 el máximo permitido es n − 1 = 2. No pasa.

Se cae en el segundo paso: no existe. Un subnivel 3f no está en ninguna tabla, y no es un olvido: es que ℓ = 3 recién aparece a partir del nivel 4. Los otros dos números ya no hace falta mirarlos.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

Practicar Números cuánticos y orbitales →

Los otros temas de la unidad 5

Configuración electrónica y propiedades periódicas

Ver todos los temas de Química