En química cuántica , una subcapa electrónica de un átomo es el conjunto de orbitales atómicos que comparten el mismo número cuántico principal ny el mismo número cuántico azimutal ℓ ; Los orbitales atómicos que comparten solo el mismo número cuántico principal n forman una capa electrónica . Los términos capa y subcapa son heredados de la teoría cuántica de principios del siglo pasado, y en particular de los desarrollos teóricos introducidos por Arnold Sommerfeld en torno al modelo de Bohr , que explicaba la estructura fina de las líneas espectrales del átomo de hidrógeno. . e iones hidrogenoides cuantificando los niveles de energía de los electrones alrededor de los núcleos atómicos en función de los números cuánticos .
Las subcapas electrónicas se indican con un número y una letra: la primera representa el número cuántico n que define la capa electrónica, mientras que la letra corresponde a un valor de ℓ que define la subcapa electrónica, de acuerdo con una correspondencia resultante de los términos utilizados en los primeros tiempos. días de espectroscopía para calificar las líneas espectrales de metales alcalinos :
Los números n y ℓ son números enteros que satisfacen n ≥ 1 y 0 ≤ ℓ ≤ n - 1 . Los electrones de un átomo también se caracterizan por otros dos números cuánticos: el número cuántico magnético m ℓ y el número cuántico magnético de espín m s , que verifican - ℓ ≤ m ℓ ≤ ℓ y m s = ±12, estos dos últimos valores están comúnmente representados por los símbolos ↑ y ↓. Según el principio de exclusión de Pauli , dos electrones del mismo átomo no pueden tener el mismo estado cuántico ; por lo tanto, no pueden tener sus cuatro números cuánticos ( n , ℓ , m ℓ , m s ) iguales, de modo que, por construcción, una capa electrónica n puede contener como máximo 2 n 2 electrones, mientras que una subcapa ℓ puede contener como máximo 2 ( 2 ℓ + 1) electrones, distribuidos entre los diferentes orbitales atómicos m ℓ de la siguiente manera:
Números cuánticos | Bajo capa | Número cuántico magnético m ℓ | Numero de electrones | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Principal | Azimutal | -4 | -3 | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | Bajo capa | Capa | |
n = 1 | ℓ = 0 | 1 s | ↑ ↓ | 2 | 2 | ||||||||
n = 2 | ℓ = 0 | 2 s | ↑ ↓ | 2 | 8 | ||||||||
ℓ = 1 | 2p | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 6 | ||||||||
n = 3 | ℓ = 0 | 3 s | ↑ ↓ | 2 | 18 | ||||||||
ℓ = 1 | 3p | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 6 | ||||||||
ℓ = 2 | 3d | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 10 | ||||||
n = 4 | ℓ = 0 | 4s | ↑ ↓ | 2 | 32 | ||||||||
ℓ = 1 | 4p | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 6 | ||||||||
ℓ = 2 | 4d | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 10 | ||||||
ℓ = 3 | 4f | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 14 | ||||
n = 5 | ℓ = 0 | 5 s | ↑ ↓ | 2 | 50 | ||||||||
ℓ = 1 | 5p | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 6 | ||||||||
ℓ = 2 | 5d | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 10 | ||||||
ℓ = 3 | 5f | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 14 | ||||
ℓ = 4 | 5g | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | ↑ ↓ | 18 |
El orden de llenado de las capas inferiores electrónicas de los cationes para dar átomos eléctricamente neutros sigue el orden de números crecientes n luego, en caso de igualdad, de números crecientes ℓ :
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 3d → 4s → 4p → 4d → 4f → etc.Por otro lado, el orden de llenado de las subcapas electrónicas de átomos eléctricamente neutrales en el estado fundamental al aumentar el número atómico sigue la regla de Klechkowski : el llenado de las subcapas al aumentar n + ℓ luego, en caso de igualdad, al aumentar n - modificado en aproximadamente uno de cada cinco casos por la primera regla de Hund :
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p .La sucesión de las subcapas electrónicas por número atómico aumentando a lo largo de los períodos de la tabla periódica define los bloques de esta tabla : bloque s , bloque p , bloque d y bloque f para ℓ = 0, 1, 2 y 3 respectivamente:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | dieciséis | 17 | 18 | ||
1 | H | Oye | |||||||||||||||||
2 | Li | Ser | B | VS | NO | O | F | Nació | |||||||||||
3 | N / A | Mg | Alabama | sí | PAG | S | Cl | Arkansas | |||||||||||
4 | K | Eso | Carolina del Sur | Ti | V | Cr | Minnesota | Fe | Co | O | Cu | Zn | Georgia | Ge | As | Se | Br | Kr | |
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nótese bien | Mes | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | En | Sn | Sb | Tú | I | Xe | |
6 | Cs | Licenciado en Letras | * | Leer | Hf | Tu | W | Re | Hueso | Ir | Pt | A | Hg | Tl | Pb | Bi | Correos | A | Rn |
7 | P. | Real academia de bellas artes | * * |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* | La | Esto | Pr | Dakota del Norte | Pm | Sm | Tenido | Di-s | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
C.A | Th | Pensilvania | U | Notario público | Podría | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | |||||
Bloque s | Bloque f | Bloque d | Bloque p | ||||||||||||||||
Bloques de la tabla periódica |
ℓ = 0 | ℓ = 3 | ℓ = 2 | ℓ = 1 | ||||||||||||
1 s | |||||||||||||||
2 s | 2p | 2p | 2p | ||||||||||||
3 s | 3p | 3p | 3p | ||||||||||||
4s | 3d | 3d | 3d | 3d | 3d | 4p | 4p | 4p | |||||||
5 s | 4d | 4d | 4d | 4d | 4d | 5p | 5p | 5p | |||||||
6 s | 4f | 4f | 4f | 4f | 4f | 4f | 4f | 5d | 5d | 5d | 5d | 5d | 6p | 6p | 6p |
7 s | 5f | 5f | 5f | 5f | 5f | 5f | 5f | 6d | 6d | 6d | 6d | 6d | 7p | 7p | 7p |
Orbitales por subcapas que constituyen los bloques de la tabla periódica . |