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306 CAPÍTULO 7 Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos

espines no apareados y son atraídas por un imán. Por otra parte, si los espines del elec-
trón están apareados , o son antiparalelos ( hg o ), los efectos magnéticos se cancelan y
gh
el átomo es diamagnético [fi gura 7.25b)]. Las sustancias diamagnéticas no contienen
espines no apareados y son repelidas ligeramente por un imán.
Las mediciones de las propiedades magnéticas proporcionan la evidencia más directa
de las confi guraciones electrónicas específi cas de los elementos. El progreso alcanzado en
el diseño de instrumentos en los últimos 30 años permite no sólo determinar si un átomo
Sustancia
es paramagnético, sino también saber cuántos electrones no apareados están presentes
paramagnética
(fi gura 7.26). Los resultados experimentales indican que el átomo de helio es diamagné-
tico en su estado fundamental. Por lo tanto, los dos electrones en el orbital 1s deben estar
Electroimán
apareados de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli y el gas de helio es diamag-
nético. Conviene tener presente que cualquier átomo que tenga un número impar de elec-
trones siempre tendrá uno o más espines no apareados dado que se necesita un número
Figura 7.26 Inicialmente la
sustancia paramagnética se pesó par de electrones para completar el apareamiento. Por otra parte, los átomos que tienen
en una balanza en ausencia de un número par de electrones pueden ser diamagnéticos o paramagnéticos. Más adelante
un campo magnético. Cuando el veremos el origen de este comportamiento.
electroimán se encendió, la El átomo de litio (Z 5 3) es otro de los ejemplos a examinar. Este átomo tiene tres
balanza se desequilibró debido a
que el tubo de muestra fue electrones, pero el tercero no puede ocupar el orbital 1s porque sería inevitable que tuvie-
atraído por el campo magnético. ra los cuatro números cuánticos iguales al de uno de los dos primeros electrones. Como
Una vez que se conoce la consecuencia, este electrón “entra” en el siguiente orbital (de energía superior), que co-
1
concentración y la masa adicional rresponde al orbital 2s (vea la fi gura 7.23). La confi guración electrónica del litio es 1s 2s ,
2
necesaria para restablecer el y su diagrama de orbital es
equilibrio, es posible calcular el
número de electrones
desapareados en la sustancia.
Li hg h
1s 2 2s 1

El átomo de litio tiene un electrón desapareado y por consiguiente es paramagnético.

El efecto pantalla en los átomos polielectrónicos
Las mediciones experimentales indican que el orbital 2s se encuentra en un nivel de ener-
gía menor que el del orbital 2p. ¿A qué se debe esto? Si se comparan las confi guraciones
2
1
2
1
electrónicas 1s 2s y 1s 2p se encuentra que en ambos casos el orbital 1s se llena con
dos electrones. Los gráfi cos de probabilidad radial para los orbitales 1s, 2s y 2p se mues-
tran en la fi gura 7.27. Como los orbitales 2s y 2p son más grandes que el orbital 1s, un
electrón situado en cualesquiera de esos orbitales pasará (en promedio) más tiempo lejos
1s del núcleo que un electrón de un orbital 1s. Se dice que un electrón en orbitales 2s o 2p
está parcialmente “apantallado” de la fuerza de atracción del núcleo por los electrones 1s.
Probabilidad radial 2p tática entre los protones del núcleo y el electrón del orbital 2s o 2p.
La consecuencia importante de este efecto pantalla es que disminuye la atracción electros-
La densidad electrónica cambia al aumentar la distancia al núcleo en una forma que
depende del tipo de orbital. Aunque un electrón en 2s pasa (en promedio) más tiempo
cerca del núcleo que un electrón en 2p, la densidad cerca del núcleo es mayor para un
2s
electrón en 2s (vea en la fi gura 7.27 el máximo más pequeño para el orbital 2s). Por esta
razón, se dice que el orbital 2s es “más penetrante” que el orbital 2p, y está menos apan-
tallado por los electrones en 1s. De hecho, para el mismo número cuántico principal n, el
poder de penetración disminuye con el aumento en el número cuántico del momento an-
Distancia del núcleo gular /, es decir,
Figura 7.27 Gráfi cos de
# # #
probabilidad radial (vea la fi gura s . p . d . f .
7.18) para los orbitales 1s, 2s y
2p. Los electrones 1s apantallan Dado que la estabilidad de un electrón está determinada por la fuerza de atracción del
efi cazmente a los electrones 2s y
2p del núcleo. El orbital 2s es núcleo , se infi ere que un electrón en 2s tendrá menor energía que un electrón en 2p. Dicho
más penetrante que el orbital 2p. de otra forma, quitar un electrón en 2p demanda menos energía que la necesaria para un