Fundamentos de la Estructura Atómica: Números Cuánticos y Propiedades Periódicas

Números Cuánticos y Configuración Electrónica

Los Cuatro Números Cuánticos

• N (Número Cuántico Principal): Indica el nivel de energía. Valores posibles: 1, 2, 3...
• l (Número Cuántico Secundario o Azimutal): Indica la forma del orbital. Valores posibles: 0, 1, ..., n-1.
  • L=0: Orbital S
  • L=1: Orbital P
  • L=2: Orbital D
  • L=3: Orbital F
• m (Número Cuántico Magnético): Indica la orientación espacial del orbital. Valores posibles: desde -l hasta +l, incluyendo el 0.
• s (Número Cuántico de Espín): Indica el giro del electrón. Valores posibles: +1/2 y -1/2.

Principios Fundamentales de la Configuración Electrónica

• Principio de Exclusión de Pauli: El valor de los cuatro números cuánticos de dos electrones en un mismo átomo no puede ser idéntico.
• Principio de Mínima Energía (o de Aufbau): Los electrones se sitúan en los orbitales siguiendo el orden creciente de energía, dado por el diagrama de Möller.
• Principio de Máxima Multiplicidad de Hund: Los electrones que se encuentran en orbitales que poseen la misma energía (mismo valor de n y de l) deben situarse lo más desapareados posible antes de empezar a aparearse.

Estados Energéticos del Átomo

• Estado Fundamental: El átomo se encuentra en el nivel más bajo de energía, siguiendo la configuración dictada por el diagrama de Möller.
• Estado Excitado: Estado en el que uno o varios electrones se encuentran en niveles de energía superiores a los que les corresponden en el estado fundamental.
• Estado Degenerado: Los electrones se encuentran en orbitales que tienen la misma energía.

Organización de la Tabla Periódica

Ley de Moseley y Estructura

La Ley de Moseley establece que los elementos se ordenan en la tabla periódica de izquierda a derecha en orden creciente de su número atómico (Z).

La tabla se compone de 18 grupos y 7 periodos.

Clasificación por Bloques y Grupos

• Bloque S:
  • Grupo 1 (s¹): Alcalinos
  • Grupo 2 (s²): Alcalinotérreos
• Bloque D: Elementos de Transición.
• Bloque P:
  • Grupo 13 (p¹): Térreos (o Boroideos)
  • Grupo 14 (p²): Carbonoideos
  • Grupo 15 (p³): Nitrogenoideos
  • Grupo 16 (p⁴): Anfígenos (o Calcógenos)
  • Grupo 17 (p⁵): Halógenos
  • Grupo 18 (p⁶): Gases Nobles
• Bloque F:
  • Fila 6f: Lantánidos
  • Fila 7f: Actínidos

Propiedades Periódicas y Fuerzas Atómicas

Fuerza Electrostática y Carga Nuclear Efectiva

La fuerza electrostática (Fₑ) entre el núcleo y el electrón se describe como: Fₑ = k · (q⁺q⁻ / r²). (Nota: Se asume que la fórmula original se refiere a la interacción de cargas y distancia.)

• Si aumenta el número atómico (Z), aumenta la Fₑ.
• Si aumenta el nivel de energía (n), el electrón está más alejado del núcleo y la Fₑ es menor.
• Si aumenta el apantallamiento (capas internas llenas), disminuye la Fₑ porque el electrón de valencia está más alejado del núcleo (efecto de apantallamiento).

Definición de Radios

• Radio Atómico (Rₐ): Es la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos idénticos unidos mediante un enlace químico.
• Radio Iónico (Rᵢ):
  • Catión: El átomo neutro pierde electrones de su última capa. El radio del catión es menor que el del átomo neutro (Rcat < Rneut).
  • Anión: El átomo neutro gana electrones en su última capa. Los electrones se repelen, por lo que el radio del anión es mayor que el del átomo neutro (Ran > Rneut).

Otras Propiedades Periódicas Clave

• Potencial de Ionización (Pi): Energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo en estado fundamental.
• Afinidad Electrónica (Aₑ): Energía liberada por un átomo en estado fundamental al captar un electrón y transformarse en un anión.
• Electronegatividad (EN): Tendencia que tiene un átomo a atraer los electrones compartidos en un enlace químico.

Tendencias Generales

En la tabla periódica, la Afinidad Electrónica y la Electronegatividad aumentan de abajo a la izquierda hacia arriba a la derecha.

Comportamiento Metálico y No Metálico

• Metales: Poseen pocos electrones en la última capa y tienden a perderlos (formando cationes).
• No Metales: Poseen muchos electrones en la última capa y tienden a ganarlos (formando aniones).