Estructura fundamental de un átomo

16.  Razona las contestaciones a las siguientes preguntas:

a)  ¿Puede  haber  en  un   mismo  átomo electrones de números cuánticos: ,  ,  ,  ?

b)  Indica el nivel de energía y el orbital al que pertenecen los dos primeros electrones del ejercicio anterior.

c)   ¿Qué se entiende por estructura fundamental de un átomo? La estructura electrónica  , ¿es fundamental? ¿Por qué?

a)  Tenemos cuatro electrones para los que conocemos los cuatro números cuánticos que les corresponden (n, l, m, s). Los cuatro electrones tienen  y , por lo que son electrones del orbital 2p. Cuando  m puede tomar valores 1, 0 y 1, entonces hay tres orbitales 2p, que son: ,  y . Los tres son orbitales con la misma energía (degenerados).

Los electrones  y  llenan uno de los orbitales 2p y los electrones  y  llenan otro de los orbitales 2p, por lo que quedaría vacío el orbital . Entonces, no es posible que existan en un mismo átomo los electrones citados, ya que incumpliría el principio de máxima multiplicidad de Hund: “cuando los electrones ocupan orbitales de igual energía (degenerados), lo hacen de manera que ocupen el mayor número de orbitales posible”.

b) El  nivel  de  energía  viene  dado  por el número cuántico principal , entonces pertenecen al segundo nivel. El número cuántico secundario, como ya dijimos en la resolución de otros ejercicios, está relacionado con el tipo de orbital,  indica que se trata de un orbital p, que, por ser del segundo nivel, es 2p.

c)   La  estructura  fundamental  de  un  átomo  es  la  estructura  que  le corresponde cuando sus electrones ocupan los orbitales de menor energía. Cuanto menor sea la suma de números cuánticos  en un orbital, menor es su energía. La estructura electrónica , no es fundamental, ya que el orbital 4s () tiene menor energía que el orbital 4p ), entonces el último electrón debe alojarse en el orbital 4s, dando la estructura fundamental correcta: .