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Niveles y subniveles de energía: capacidad máxima de electrones

📄 ejercicios quimica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español

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Respuesta rápida

Nivel 3: subniveles 3s, 3p, 3d → 2 + 6 + 10 = 18 electrones (= 2n² = 18). Nivel 5: subniveles 5s, 5p, 5d, 5f → 2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones.

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Solución — Página 31

Quimica 3° · 2024

Ejercicio 8

Explica ¿Por qué el nivel tres tiene un máximo de 18 electrones y el nivel cinco un máximo de 32 electrones?

Cada nivel de energía $n$ se divide en subniveles (orbitales) cuyo número total de electrones depende de los subniveles posibles: el subnivel $s$ aloja 2 electrones, $p$ aloja 6, $d$ aloja 10 y $f$ aloja 14. En total, un subnivel con número cuántico secundario $l$ admite $2(2l+1)$ electrones.
Nivel 3 ( $n=3$ , letra M): contiene los subniveles $3s$ , $3p$ y $3d$ (es decir, $l = 0, 1, 2$ ). Sumamos sus capacidades: $3s + 3p + 3d = 2 + 6 + 10 = 18 \text{ electrones}.$
Verificación con la fórmula general de capacidad máxima de un nivel: $N_{\text{máx}} = 2n^{2} \Rightarrow 2(3)^{2} = 2(9) = 18 \text{ electrones}.$
Nivel 5 ( $n=5$ , letra O): contiene los subniveles $5s$ , $5p$ , $5d$ y $5f$ (es decir, $l = 0, 1, 2, 3$ ), porque el subnivel $5g$ ( $l=4$ ) no se presenta en los elementos conocidos. Sumamos: $5s + 5p + 5d + 5f = 2 + 6 + 10 + 14 = 32 \text{ electrones}.$
El diagrama lo confirma: el nivel M (K, L, M, N, O, P, Q = niveles 1 a 7) muestra M con $spd$ y 18e, y O con $spdf$ y 32e. Además, la capacidad crece porque cada nivel nuevo abre un subnivel adicional: $n=1$ solo $s$ (2e), $n=2$ abre $p$ (8e), $n=3$ abre $d$ (18e), $n=4$ y $n=5$ abren $f$ (32e), y después los subniveles se solapan en energía y se cierran (P: 18e, Q: 8e).

Diagrama de la página (Niveles y subniveles de energía)

Nivel	Letra	Subniveles	Capacidad máxima
1	K	$s$	2e
2	L	$s$ , $p$	2e + 6e = 8e
3	M	$s$ , $p$ , $d$	2e + 6e + 10e = 18e
4	N	$s$ , $p$ , $d$ , $f$	2e + 6e + 10e + 14e = 32e
5	O	$s$ , $p$ , $d$ , $f$	2e + 6e + 10e + 14e = 32e
6	P	$s$ , $p$ , $d$	2e + 6e + 10e = 18e
7	Q	$s$ , $p$	2e + 6e = 8e

Respuesta

El nivel 3 tiene los subniveles $3s$ , $3p$ y $3d$ , que suman $2+6+10=18$ electrones (igual que $2n^{2}=18$ ); el nivel 5 tiene $5s$ , $5p$ , $5d$ y $5f$ , que suman $2+6+10+14=32$ electrones.

Contenido de la página

8. Explico

¿Por qué el nivel tres tiene un máximo de 18 electrones y el nivel cinco un máximo de 32 electrones?

(Espacio para la respuesta del estudiante.)

Niveles y subniveles de energía

Diagrama del átomo con sus niveles sucesivos:

Nivel	Letra	Subniveles	Electrones
1	K	s	2e
2	L	s p	2e, 6e
3	M	s p d	2e, 6e, 10e
4	N	s p d f	2e, 6e, 10e, 14e
5	O	s p d f	2e, 6e, 10e, 14e
6	P	s p d	2e, 6e, 10e
7	Q	s	2e, 6e

Totales por nivel: K 2e, L 8e, M 18e, N 32e, O 32e, P 18e, Q 8e.

Página 30 — Texto de Química

Ejemplos resueltos

Calcular la capacidad máxima del nivel 4.

El nivel 4 tiene subniveles 4s, 4p, 4d y 4f: 2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones. Con la fórmula: $2(4)^{2} = 32$ electrones.

Tabla

Nivel	Letra	Subniveles	Máximo de electrones
1	K	s	2e
2	L	s, p	8e
3	M	s, p, d	18e
4	N	s, p, d, f	32e
5	O	s, p, d, f	32e
6	P	s, p, d	18e
7	Q	s, p	8e

Diagrama

flowchart LR
  N1[Nivel 1 · K · 2e] --> N2[Nivel 2 · L · 8e]
  N2 --> N3[Nivel 3 · M · 18e]
  N3 --> N4[Nivel 4 · N · 32e]
  N4 --> N5[Nivel 5 · O · 32e]
  N5 --> N6[Nivel 6 · P · 18e]
  N6 --> N7[Nivel 7 · Q · 8e]

Fórmulas y ecuaciones

$N_{max}$ = $2n^{2}$

s = 2e, $\$ ; p = 6e, $\$ ; d = 10e, $\$ ; f = 14e

$N_{max}$ = $2n^{2}$

n=3: $\$ ; $2(3)^{2}$ = 18

n=5: $\$ ; 2+6+10+14 = 32

$N_{subnivel}$ = 2(2l+1)

Glosario (4)

Nivel de energía: Región alrededor del núcleo caracterizada por el número cuántico principal n, donde se agrupan los orbitales de energía similar.
Subnivel: Agrupación de orbitales dentro de un nivel, identificada por las letras s, p, d y f.
Orbital: Zona del espacio con alta probabilidad de encontrar un electrón; cada orbital aloja un máximo de 2 electrones.
Regla 2n²: Expresión que indica el máximo número de electrones que puede contener un nivel de energía n.

Preguntas para practicar

¿Por qué el nivel tres tiene un máximo de 18 electrones y el nivel cinco un máximo de 32 electrones?

Porque el nivel 3 está formado por los subniveles 3s, 3p y 3d, que admiten 2 + 6 + 10 = 18 electrones (igual que 2n² con n = 3). El nivel 5 incluye además el subnivel f, con 5s, 5p, 5d y 5f, que suman 2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones; cada nivel nuevo añade un subnivel con más orbitales, de modo que la capacidad aumenta con n.

Temas y conceptos clave

Niveles y subniveles de energíaCapacidad máxima de electrones por nivelRegla 2n²nivel de energíasubnivelorbitals, p, d, fcapacidad máxima de electronesletras K, L, M, N, O, P, Q

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Figuras de la página (1)

Diagrama 'Niveles y subniveles de energía': núcleo con protones y neutrones y arcos concéntricos que representan los niveles K a Q, con sus subniveles s, p, d, f y la cantidad de electrones de cada uno. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuántos electrones caben en el nivel 3 y por qué?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Qué son los subniveles s, p, d y f y cuántos electrones aloja cada uno?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cómo se calcula la capacidad máxima de electrones de un nivel con la fórmula 2n²?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Número cuántico principal n
• Tabla del sistema periódico y distribución electrónica
• Capacidad de cada subnivel (s, p, d, f)

Siguiente tema sugerido

Orden de llenado de orbitales (diagrama de Aufbau) y configuración electrónica de los elementos

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Explico ¿Por qué el nivel tres tiene un máximo de 18 electrones y el nivel cinco un máximo de 32 electrones?

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