Fundamentos de Estructura Atómica: Números Cuánticos, Configuraciones Electrónicas y Tabla Periódica

Números Cuánticos

Número Cuántico Principal (n)

De él depende casi toda la energía del electrón. Indica el nivel de energía y la relación de la distancia promedio que existe entre el electrón y el núcleo en un orbital.

Número Cuántico Azimutal o de Momento Angular (l)

Indica la forma del orbital y la situación del electrón dentro de los subniveles de energía. Depende del número cuántico principal (n), tomando valores desde 0 hasta n-1.

Número Cuántico Magnético (m_l)

Se le llama número cuántico de orientación o magnético. Describe la orientación espacial de los orbitales dentro de un subnivel. Depende del número cuántico azimutal (l), tomando valores enteros desde -l hasta +l, pasando por 0.

Número Cuántico de Espín (m_s)

Con él se obtiene la descripción completa de la ubicación y estado del electrón. Se relaciona con el sentido de giro del electrón sobre su propio eje. Solo puede tomar dos valores: +1/2 o -1/2.

Estructura de Lewis

Son representaciones de los elementos mediante símbolos de puntos de Lewis. El símbolo químico del elemento representa el núcleo y los electrones internos, y los puntos alrededor corresponden a los electrones externos o electrones de valencia, que son los que pueden llegar a formar enlaces químicos.

Regla del Octeto

Indica que los átomos de los elementos (especialmente los representativos cercanos a los gases nobles) tienden a ganar, perder o compartir electrones durante la formación de enlaces químicos para adquirir la configuración electrónica estable de ocho electrones de valencia, similar a la de los gases nobles.

Configuraciones Electrónicas

Es la representación, según el modelo atómico de la mecánica cuántica (propuesto, entre otros, por Erwin Schrödinger), que describe la distribución y ubicación de los electrones en los distintos orbitales atómicos, organizados por niveles y subniveles de energía.

Principio de Exclusión de Pauli

Establece que dos electrones de un mismo átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales. Como consecuencia, en un orbital atómico solo puede haber un máximo de dos electrones, y estos deben tener espines opuestos (m_s = +1/2 y m_s = -1/2).

Regla de Hund (o Regla de Máxima Multiplicidad)

Cuando existen varios orbitales degenerados (con la misma energía) disponibles en un subnivel, los electrones se distribuyen ocupando el mayor número posible de orbitales, colocando un electrón en cada orbital con el mismo espín (espines paralelos), antes de empezar a emparejarlos con espines opuestos.

Principio de Aufbau (o Regla de Construcción)

Establece el procedimiento para construir la configuración electrónica de un átomo en su estado fundamental: los electrones ocupan los orbitales atómicos siguiendo un orden creciente de energía, es decir, se llenan primero los orbitales de menor energía antes de pasar a los de mayor energía.

Ley Periódica

Afirma que las propiedades físicas y químicas de los elementos químicos son funciones periódicas de sus números atómicos (Z). Esto significa que los elementos presentan características similares que varían de forma predecible y periódica de acuerdo con su ubicación dentro de la tabla periódica.

(Nota: Los números cuánticos, descritos anteriormente, son los parámetros numéricos que determinan la configuración electrónica de cada átomo, la cual, a su vez, justifica la posición del elemento en la tabla periódica y sus propiedades.)

Características de las Familias (Grupos)

• Son las columnas verticales de la tabla periódica.
• Se identifican comúnmente con números romanos (IA a VIIIA para los representativos) y/o números arábigos (1 a 18).
• Los elementos de un mismo grupo comparten una configuración electrónica de valencia similar, lo que les confiere propiedades químicas parecidas.
• Existen 8 grupos principales (elementos representativos), cada uno con un nombre característico (ej., Alcalinos, Alcalinotérreos, Halógenos, Gases Nobles).

Características de los Periodos

• Son las filas horizontales de la tabla periódica.
• Se representan por medio de números arábigos (del 1 al 7).
• El número del periodo indica el nivel de energía principal (n) más externo ocupado por electrones en los átomos de ese periodo.
• A lo largo de un periodo, las propiedades físicas y químicas de los elementos varían de forma gradual y predecible.