1.º de BachilleratoRuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Relacionar niveles, subniveles y orbitales con la estructura electrónica del átomo.
- Escribir configuraciones electrónicas aplicando Aufbau, Pauli y Hund.
- Deducir posición periódica y comparar tendencias a partir de la configuración y la carga nuclear efectiva.
Antes de empezar
- Conocer protones, neutrones, electrones e isótopos.
- Interpretar potencias de diez y notación científica.
- Reconocer grupos y periodos en una tabla periódica.
El modelo explica evidencias, no dibuja órbitas reales
Los espectros atómicos muestran que los átomos absorben y emiten radiación en cantidades discretas. Esa evidencia obliga a describir energías permitidas, no electrones que puedan seguirse como planetas en trayectorias definidas.
Un orbital es una función del modelo cuántico asociada a una distribución de probabilidad. Las figuras s, p y d son superficies de probabilidad; no son recipientes materiales ni caminos recorridos por el electrón.
Niveles, subniveles y orbitales
- n, l, mₗ y mₛ
- El número principal n identifica el nivel; l, el tipo de subnivel; mₗ, el orbital dentro del subnivel; y mₛ, una de las dos orientaciones de espín. Un orbital admite como máximo dos electrones con espines opuestos. Los subniveles s, p y d contienen uno, tres y cinco orbitales, respectivamente.
Construir una configuración electrónica
- Determina el número de electrones del átomo o ion.
- Ocupa los subniveles por energía creciente; en el nivel escolar se usa el orden de llenado indicado en el diagrama diagonal.
- No coloques más de dos electrones por orbital y, si hay dos, asigna espines opuestos.
- En orbitales degenerados, coloca primero electrones desapareados con espines paralelos y solo después empareja.
- Comprueba que la suma de exponentes coincide con el número total de electrones.
Configuración del nitrógeno
Escribe la configuración del nitrógeno neutro, Z = 7.
- Hay siete electrones.
- 1s y 2s quedan completos: 1s² 2s².
- Quedan tres electrones para los tres orbitales 2p.
- Hund obliga a ocuparlos de uno en uno antes de emparejar.
1s² 2s² 2p³; los tres orbitales p contienen un electrón cada uno.
De la configuración a la tabla
El mayor valor de n ocupado ayuda a identificar el periodo. El subnivel que recibe los últimos electrones determina el bloque s, p, d o f. En los elementos representativos, la configuración de valencia permite reconocer familias con comportamiento semejante.
A lo largo de un periodo aumenta la carga nuclear mientras el apantallamiento no crece en la misma proporción. En términos generales el radio disminuye y la energía de ionización y la electronegatividad aumentan hacia la derecha; al bajar por un grupo aparecen nuevas capas, aumenta el radio y suele disminuir la energía de ionización.
Las tendencias no son una regla sin contexto
Ordenar cualquier propiedad mirando solo si el número atómico es mayor.
Compara periodo, grupo, capas ocupadas, carga nuclear efectiva y la propiedad concreta.
El número atómico aumenta siempre, pero radio, energía de ionización y electronegatividad no varían todas en la misma dirección. Además, las tendencias tienen excepciones que se explican con configuraciones y estabilidad de subniveles.
Cadena de razonamiento
- La radiación aporta evidencia de energías cuantizadas.
- Pauli limita la ocupación y Hund ordena orbitales de igual energía.
- La configuración conecta átomo, bloque, periodo y familia.
- Las tendencias se justifican con capas y carga nuclear efectiva, no se memorizan como flechas aisladas.
Números cuánticos y orbitales permitidosPrueba otro caso
¿Por qué el nitrógeno, con 2p³, es especialmente estable dentro de su periodo?
¿Cuál de estos conjuntos de números cuánticos es IMPOSIBLE?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: El subnivel p semilleno tiene electrones desapareados de espín paralelo — La ocupación semillena de los tres orbitales p aporta estabilidad relativa.
Los subniveles semillenos y llenos son configuraciones especialmente estables, y eso explica algunas irregularidades de la tabla, como que el cromo y el cobre «roben» un electrón al 4s para dejar el 3d semilleno o lleno.
Respuesta: n = 3, l = 3, m = 0 — En el nivel tres, l solo puede ser cero, uno o dos.
l tiene que ser menor que n, y aquí valen lo mismo. Con n = 3 el máximo para l es 2, que es el subnivel 3d.
Configuración con Pauli y HundPrueba otro caso
¿Cuál es la configuración electrónica del ion Na+, sabiendo que el sodio neutro es 1s2 2s2 2p6 3s1?
Distribuye los 14 electrones de un átomo neutro de silicio en su estado fundamental. ¿Qué configuración respeta el orden de llenado?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: 1s2 2s2 2p6 — La carga positiva se obtiene perdiendo el electrón externo de 3s.
El ion positivo ha PERDIDO un electrón, y se pierde el del nivel más alto: el 3s1. Le queda exactamente la configuración del neón, que es completa, y por eso el sodio forma ese ion y no otro.
Respuesta: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 — Lleno hasta 2p y reparto los cuatro restantes entre 3s y 3p.
Diez electrones llenan hasta el 2p y los cuatro restantes van al 3s y al 3p. Las otras opciones se pasan de la capacidad de un subnivel o se saltan el 3s.
Posición y tendencias periódicasPrueba otro caso
Un ion negativo, como el Cl⁻, ¿es mayor o menor que su átomo neutro?
¿Cuál de estas afirmaciones es FALSA?
Solución accesible sin interacción
Respuesta: Mayor: añade un electrón sin añadir protones — La mayor repulsión electrónica expande la nube del anión frente al átomo neutro.
Los diecisiete protones tienen ahora que sujetar a dieciocho electrones, así que les toca menos atracción a cada uno y además se repelen más entre ellos. Los aniones siempre son mayores que su átomo, y los cationes siempre menores.
Respuesta: El radio atómico aumenta hacia la derecha dentro de un periodo — La tendencia general en un periodo es disminuir radio al aumentar la atracción efectiva.
Disminuye, y es el error típico de esta destreza. Más protones sobre las mismas capas dan un átomo más pequeño, no más grande.
Del orbital a la tendencia
Para S, Z = 16, escribe la configuración fundamental, distribuye 3p y compáralo con Cl en radio y energía de ionización sin convertir la tendencia en un absoluto.
Solución accesible sin interacción
- Demuestra que puedes relacionar niveles, subniveles y orbitales con la estructura electrónica del átomo.
- Demuestra que puedes escribir configuraciones electrónicas aplicando Aufbau, Pauli y Hund.
- Demuestra que puedes deducir posición periódica y comparar tendencias a partir de la configuración y la carga nuclear efectiva.
Respuesta: S: [Ne] 3s² 3p⁴, con un orbital 3p emparejado y dos desapareados; en el mismo periodo Cl suele tener menor radio y mayor energía de ionización.
Pauli y Hund fijan la ocupación; el aumento de carga nuclear efectiva hacia la derecha explica la tendencia general, con el alcance explícitamente limitado.
Compruébalo ahora
Escribe la configuración electrónica fundamental del azufre neutro, Z = 16, e indica cómo se reparten los cuatro electrones del subnivel 3p.
Ver solución explicada
Respuesta: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴; en 3p queda un orbital con dos electrones opuestos y dos orbitales con un electrón cada uno y espines paralelos.
Los exponentes suman 16. Tras ocupar cada uno de los tres orbitales 3p con un electrón, el cuarto se empareja en uno de ellos; emparejar antes incumpliría Hund.
El calcio termina en [Ar] 4s². Indica periodo, grupo y bloque.
Ver solución explicada
Respuesta: Periodo 4, grupo 2 y bloque s.
El mayor n es 4; los dos electrones de valencia ocupan 4s, patrón de los elementos del grupo 2 y del bloque s.
Para el nivel principal n = 3, indica los subniveles permitidos y el número total de orbitales que contienen.
Ver solución explicada
Respuesta: Subniveles 3s, 3p y 3d; contienen 1 + 3 + 5 = 9 orbitales.
Para n = 3 son posibles l = 0, 1 y 2, que corresponden a s, p y d. Cada subnivel contiene 2l + 1 orbitales: 1, 3 y 5.
Alineación curricular y fuentes
- Física y Química · 1.º de Bachillerato · bloque A: desarrollo de la tabla periódica y estructura electrónica tras la interacción con la radiación electromagnética. · Real Decreto 243/2022, currículo básico de Bachillerato
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