Q9.5. Átomos y estructura electrónica
La estructura electrónica atómica surge de números cuánticos, orbitales, espín y repulsión electrónica. Es la base de periodicidad, enlace y espectros atómicos.
Objetivos de aprendizaje
- Describir números cuánticos y orbitales.
- Aplicar Aufbau, Pauli y Hund con criterio.
- Explicar apantallamiento y carga nuclear efectiva.
- Relacionar configuración con propiedades periódicas.
Mapa del capítulo
Átomo hidrogenoide
Para un electrón alrededor de un núcleo, la ecuación de Schrödinger produce orbitales caracterizados por n, l y ml. El número n fija tamaño y energía principal; l define tipo s, p, d, f; ml orientaciones. En átomos hidrogenoides, la energía depende solo de n; en multielectrónicos, repulsión y penetración separan subniveles.
Espín y exclusión
El electrón tiene espín ms = ±1/2. El principio de Pauli impide que dos electrones en un átomo tengan los cuatro números cuánticos iguales. Por eso un orbital aloja máximo dos electrones con espines opuestos. La regla de Hund favorece electrones desapareados con espines paralelos en orbitales degenerados antes de aparearlos.
Apantallamiento
En átomos multielectrónicos, los electrones internos reducen la atracción efectiva que siente un electrón externo. Los orbitales s penetran más cerca del núcleo que p y d, por eso se estabilizan diferente. La carga nuclear efectiva explica tendencias de radio, energía de ionización y electronegatividad.
Periodicidad
La configuración electrónica organiza la tabla periódica. Radios disminuyen a lo largo de un período por aumento de carga nuclear efectiva; aumentan al bajar en un grupo por capas adicionales. Energías de ionización y afinidades electrónicas reflejan estabilidad de configuraciones, subcapas llenas o semillenas y repulsión de apareamiento.
Ejemplo trabajado de lectura fisicoquímica
La primera energía de ionización del nitrógeno es mayor que la del oxígeno por la estabilidad de p semilleno en N y la repulsión de electrones apareados en un orbital p de O.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Aplicar Aufbau como ley sin excepciones | Hay excepciones por estabilidad de subcapas y energías cercanas. |
| Confundir orbital con órbita | Orbital es función de onda espacial. |
| Olvidar repulsión electrónica | Átomos multielectrónicos no siguen exactamente hidrógeno. |
Autoevaluación
- Escribe configuración de Fe y Fe2+.
- Explica carga nuclear efectiva.
- Justifica una tendencia periódica.