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El átomo
Estructura electrónica
del átomo
*
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 2
*2.1 El átomo
2.1.1 Concepto
2.1.2 Modelos atómicos
2.1.3 Función de los átomos en los cambios físicos, químicos y
nucleares
2.1.4 Isótopos
2.1.5 Iones
2.2 Estructura electrónica del átomo
2.2.1 Fundamentos de la teoría cuántica ondulatoria
2.2.2 Principios de la teoría cuántica
2.2.3 Números cuánticos
2.2.4 Configuración electrónica
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Electrón diferencial
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 3
*
Concepto según Dalton:
Se define como la unidad
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Extremadamente
pequeña e indivisible
De 1850-siglo XX
Tiene estructura interna
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subatómicas:
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La masa del núcleo
constituye la mayor
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El núcleo ocupa sólo
1/10^13 del volumen
total del átomo.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 4
*Descubierto a través
del tubo de rayos
catódicos
*Partículas con carga
negativa
*Thompson relacionó la
carga eléctrica y la
masa: -1.76x10^8 C/g
*Millikan encontró la
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*La masa es
9.10x10^-28 g
*Localizados en el
núcleo del átomo
*Poseen carga positiva
*Tienen la misma carga
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*Su masa es de
1.67262X10^-24 g,
*Aproximadamente 1840
veces la masa del
electrón
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 5
*
*Rutherford propuso la
existencia de otra
partícula subatómica
en el núcleo
*James Chadwick lo
probó en 1932 y los
llamo: neutrones
*Partículas
eléctricamente neutras
*Masa ligeramente
mayor que la de los
protones
*Masa: 1.67493x10^-24 g
*Cero carga eléctrica
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 6
MODELOS ATÓMICOS DE LA ESCUELA GRIEGA
Tales de Mileto
El agua
constituye la
materia
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 7
MODELOS ATÓMICOS
De Dalton
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 8
*
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 9
NUCLEARES:
*Implican la
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átomos
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Fusión nuclear:
*Dos núcleos atómicos se
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LOS ÁTOMOS Y LOS CAMBIOS
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 10
*
*
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 11
*
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 12
*
Indica el número de protones , neutrones y electrones
para cada uno de los siguientes elementos:
Elemento Protones Neutrones Electrones
8 17 - 8 = 9 8
80 199 – 80 = 119 80
80 200 – 80 = 120 80
29 63 – 29 = 34 29
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 13
ION
Átomo (s) con carga neta
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Carga neta
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Compuesto
iónico
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Monoatómicos
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átomo
Poliatómicos
Contienen
más de un
átomo
*
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 14
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 15
*
En el siglo XIX los intentos para comprender el
comportamiento de los átomos y de las moléculas no fue
exitoso del todo. La física clásica asumía que los átomos y
las moléculas emitían o absorbían cualquier cantidad de
energía radiante.
Planck (1900) proponía que los átomos y las moléculas
emitían o absorbían energía sólo en cantidades discretas
como pequeños paquetes o cúmulos.
Cuanto es la mínima cantidad de energía (E=hv) que se
puede emitir o absorber en forma de radiaciones
electromagnéticas. H: constante de Planck , v es la
frecuencia de radiación
sJx 34
1063.6
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 16
En 1905 Albert Einstein utilizó la teoría cuántica de Planck
para resolver el misterio del efecto fotoeléctrico.
Efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el que los electrones
son expulsados desde la superficie de ciertos metales que se
han expuesto a la luz de al menos determinada frecuencia
mínima, y que se conoce como frecuencia de umbral.
El número de electrones liberados era proporcional a la
intensidad (brillantes) de la luz.
Los electrones no se liberaban cuando la frecuencia no llegaba
al umbral.
Einstein dedujo que cada una de las partículas de luz
(fotones) debe poseer una energía E (E=hv).
la luz posee propiedades tanto de partícula como de onda.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 17
*
Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para
resolver otro “misterio” de la física del siglo XIX: los
espectros de emisión de los átomos (espectros
continuos o de líneas de radiación emitida por las
sustancias).
Cada elemento tiene un espectro de emisión único. Las
líneas características de un espectro atómico se emplean
en el análisis químico para identificar átomos
desconocidos, de la misma forma en que las huellas
digitales sirven para identificar a una persona.
En 1913 Niels Bohr dio a conocer una explicación teórica
del espectro de emisión del átomo de hidrógeno.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 18
*
*Los electrones se movían en orbitas circulares
*Cada orbita tiene una energía particular (cuantizada)
*Demostró que las energías que tiene el electrón en el
átomo de hidrógeno están dadas por:
* = constante de Rydberg =
*n = número cuántico principal
*- indica que la energía del electrón del átomo es menor que
la energía del electrón libre (0)
*Cuando n=1, estado energético más estable (estado
fundamental o nivel basal), estado de energía más bajo.
)
1
( 2
n
RE Hn
HR Jx 18
1018.2
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 19
*
En 1924 Louis de Broglie dio respuesta al por qué las
energías del electrón de hidrógeno eran cuantizadas.
De Broglie razonó que si las ondas luminosas se comportan
como una corriente de partículas (fotones), quizá las
partículas como los electrones tuvieran propiedades
ondulatorias.
Un electrón enlazado al núcleo se comporta como una onda
estacionaria. Cuanto mayor sea la frecuencia de
vibración, menor la longitud de la onda estacionaria y
mayor el número de nodos.
Como la energía del electrón depende del tamaño de la
orbita se debe de cuantizar.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 20
*
Clinton Davisson, Lester Germer y G. P. Thompson
demostraron que los electrones poseen propiedades
ondulatorias.
Werner Heisenberg formuló la teoría principio de
incertidumbre de Heisenberg: es imposible conocer con
certeza el momento p (definido como la masa por la
velocidad) y la posición de una partícula simultáneamente.
En 1926 Erwin Schrödinger formuló una ecuación que
describe el comportamiento y la energía de las partículas
subatómicas en general; incorpora el comportamiento de
partícula (masa), como el de onda (función de onda) que
depende de la ubicación del sistema en el espacio.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 21
*
Con la ecuación de Schrödinger comenzó una nueva era en
la física y la química, ya que dio inicio un nuevo campo, la
mecánica cuántica (mecánica ondulatoria). de 1913 a 1926
se le conoce como “vieja teoría cuántica”
La ecuación de Schrödinger especifica los posibles estados
de energías que puede ocupar el electrón del átomo de
hidrógeno e identifica las respectivas funciones de onda. Los
estados de energía y sus funciones de onda se caracterizan
por un conjunto de números cuánticos.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 22
*
Para describir la distribución de los electrones en el
hidrógeno y otros átomos, la mecánica cuántica precisa de
tres números cuánticos (derivados de la ecuación de
Schrödinger):
*Número cuántico principal
*Número cuántico del momento angular
*Número cuántico magnético
*Número cuántico de espín
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 23
*
*El número cuántico principal (n) puede tomar valores
enteros de 1, 2, 3, … etc.
*Define la energía de un orbital
*Se relaciona con la distancia promedio del electrón al
núcleo en determinado orbital
*Cuanto mayor es el valor de n, mayor es la distancia
entre un electrón en el orbital respecto del núcleo y en
consecuencia el orbital es más grande.
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 24
*
*Expresa la forma de los orbitales
*Los valores de l dependen del valor del número cuántico
principal, n.
*L tiene los valores posibles de 0 hasta n-1
*El valor de l se designa con las letras s, p, d, f, g, h, ……
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*Líneas difusas d
*Líneas intensas o principales p
l 0 1 2 3 4 5
Nombre
del orbital s p d f g h
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 25
*
*Describe la orientación del orbital en el espacio
*Depende del valor que tenga el número cuántico del
momento angular
*Para cierto valor de l existen (2l+1) valores enteros
de m
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 26
*
*Define el giro del electrón
*En sentido de las manecillas del reloj
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 27
*
*Es la manera en que están distribuidos los
electrones entre los distintos orbitales atómicos
*También es posible representarla por medio de un
diagrama de orbital que muestra el espín del
electrón
*Se puede determinar a partir del Principio de
Exclusión de Pauli
09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 28
*
*Establece que no es posible que dos electrones de un
átomo tengan los mismo cuatro números cuánticos
Sustancias
Diamagnéticas
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Paramagnéticas
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 29
*
Establece que la distribución electrónica más estable en los
subniveles es la que tiene el mayor número de espines
paralelos
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Configuración electrónica del nitrógeno (Z=7)
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09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 30
*
*Establece que cuando los protones se incorporan al
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Los componentes del átomo

  • 2. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 2 *2.1 El átomo 2.1.1 Concepto 2.1.2 Modelos atómicos 2.1.3 Función de los átomos en los cambios físicos, químicos y nucleares 2.1.4 Isótopos 2.1.5 Iones 2.2 Estructura electrónica del átomo 2.2.1 Fundamentos de la teoría cuántica ondulatoria 2.2.2 Principios de la teoría cuántica 2.2.3 Números cuánticos 2.2.4 Configuración electrónica Regla de Auf-Bav Regla de Hund Electrón diferencial
  • 3. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 3 * Concepto según Dalton: Se define como la unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química. Extremadamente pequeña e indivisible De 1850-siglo XX Tiene estructura interna con partículas subatómicas: Protones, Neutrones y Electrones. La masa del núcleo constituye la mayor parte de la masa total. El núcleo ocupa sólo 1/10^13 del volumen total del átomo.
  • 4. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 4 *Descubierto a través del tubo de rayos catódicos *Partículas con carga negativa *Thompson relacionó la carga eléctrica y la masa: -1.76x10^8 C/g *Millikan encontró la carga de un electrón: - 1.6022x10^-19 C. *La masa es 9.10x10^-28 g *Localizados en el núcleo del átomo *Poseen carga positiva *Tienen la misma carga que los electrones *Su masa es de 1.67262X10^-24 g, *Aproximadamente 1840 veces la masa del electrón
  • 5. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 5 * *Rutherford propuso la existencia de otra partícula subatómica en el núcleo *James Chadwick lo probó en 1932 y los llamo: neutrones *Partículas eléctricamente neutras *Masa ligeramente mayor que la de los protones *Masa: 1.67493x10^-24 g *Cero carga eléctrica
  • 6. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 6 MODELOS ATÓMICOS DE LA ESCUELA GRIEGA Tales de Mileto El agua constituye la materia Anaximandro Sustancia primordial (apeiron) Intangible Impalpable Heráclito de Efeso Fuego etérico Empédocles Cuatro elementos Agua, aire, tierra y fuego Dos fuerzas divinas Atracción - repulsión Leucipo Inicio escuela atomista La materia se divide en trozos pequeños que ya no se dividen De Demócrito Átomos diferentes en tamaño y forma Distintas propiedades Átomo indivisible Tomada en cuenta 2000 años después
  • 7. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 7 MODELOS ATÓMICOS De Dalton (1803) Bola de billar Proporciones definidas Proporciones múltiples Propuso primeros símbolos De Thomson (1897) Pudín con pasas rabajó con tubos de alto vacío Demostró: rayos catódicos eran partículas de carga negativa Descubridor del electrón De Rutherford Núcleo atómico con mayor materia Electrones giran alrededor del núcleo Primera reacción nuclear De Bohr Electrones giran alrededor del núcleo con energía constante Orbitas circulares Niveles de energía Primer número cuántico De Sommerfeld Segundo número cuántico Propone subniveles de energía Orbitas circulares y elípticas Grados de excentricidad Cuántico Principal “n” Secundario “l” Magnético “m” De espín “s”
  • 8. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 8 * Físicos: *Varía la apariencia física *No cambia la composición ni la estructura *Sólo cambia el tamaño, forma, posició n o estado de agregación Químicos: *Dos o más sustancias (reactantes) se transforman en otras (productos) *Cambia la composición y propiedades *Cambio de color, de temperatura *Formación de gases o de precipitados
  • 9. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 9 NUCLEARES: *Implican la transformación de los átomos *Implican una gran cantidad de energía *Por fusión o fisión Fusión nuclear: *Dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso Fisión nuclear: *Proceso nuclear *El núcleo se divide en dos o más núcleos pequeños LOS ÁTOMOS Y LOS CAMBIOS
  • 12. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 12 * Indica el número de protones , neutrones y electrones para cada uno de los siguientes elementos: Elemento Protones Neutrones Electrones 8 17 - 8 = 9 8 80 199 – 80 = 119 80 80 200 – 80 = 120 80 29 63 – 29 = 34 29
  • 13. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 13 ION Átomo (s) con carga neta Carga Catión Carga neta positiva Perdida de electrones Anión Carga neta negativa Ganancia de electrones Compuesto iónico Formado por cationes y aniones Combinarlos Monoatómicos Contienen sólo un átomo Poliatómicos Contienen más de un átomo
  • 15. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 15 * En el siglo XIX los intentos para comprender el comportamiento de los átomos y de las moléculas no fue exitoso del todo. La física clásica asumía que los átomos y las moléculas emitían o absorbían cualquier cantidad de energía radiante. Planck (1900) proponía que los átomos y las moléculas emitían o absorbían energía sólo en cantidades discretas como pequeños paquetes o cúmulos. Cuanto es la mínima cantidad de energía (E=hv) que se puede emitir o absorber en forma de radiaciones electromagnéticas. H: constante de Planck , v es la frecuencia de radiación sJx 34 1063.6
  • 16. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 16 En 1905 Albert Einstein utilizó la teoría cuántica de Planck para resolver el misterio del efecto fotoeléctrico. Efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que se han expuesto a la luz de al menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia de umbral. El número de electrones liberados era proporcional a la intensidad (brillantes) de la luz. Los electrones no se liberaban cuando la frecuencia no llegaba al umbral. Einstein dedujo que cada una de las partículas de luz (fotones) debe poseer una energía E (E=hv). la luz posee propiedades tanto de partícula como de onda.
  • 17. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 17 * Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para resolver otro “misterio” de la física del siglo XIX: los espectros de emisión de los átomos (espectros continuos o de líneas de radiación emitida por las sustancias). Cada elemento tiene un espectro de emisión único. Las líneas características de un espectro atómico se emplean en el análisis químico para identificar átomos desconocidos, de la misma forma en que las huellas digitales sirven para identificar a una persona. En 1913 Niels Bohr dio a conocer una explicación teórica del espectro de emisión del átomo de hidrógeno.
  • 18. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 18 * *Los electrones se movían en orbitas circulares *Cada orbita tiene una energía particular (cuantizada) *Demostró que las energías que tiene el electrón en el átomo de hidrógeno están dadas por: * = constante de Rydberg = *n = número cuántico principal *- indica que la energía del electrón del átomo es menor que la energía del electrón libre (0) *Cuando n=1, estado energético más estable (estado fundamental o nivel basal), estado de energía más bajo. ) 1 ( 2 n RE Hn HR Jx 18 1018.2
  • 19. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 19 * En 1924 Louis de Broglie dio respuesta al por qué las energías del electrón de hidrógeno eran cuantizadas. De Broglie razonó que si las ondas luminosas se comportan como una corriente de partículas (fotones), quizá las partículas como los electrones tuvieran propiedades ondulatorias. Un electrón enlazado al núcleo se comporta como una onda estacionaria. Cuanto mayor sea la frecuencia de vibración, menor la longitud de la onda estacionaria y mayor el número de nodos. Como la energía del electrón depende del tamaño de la orbita se debe de cuantizar.
  • 20. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 20 * Clinton Davisson, Lester Germer y G. P. Thompson demostraron que los electrones poseen propiedades ondulatorias. Werner Heisenberg formuló la teoría principio de incertidumbre de Heisenberg: es imposible conocer con certeza el momento p (definido como la masa por la velocidad) y la posición de una partícula simultáneamente. En 1926 Erwin Schrödinger formuló una ecuación que describe el comportamiento y la energía de las partículas subatómicas en general; incorpora el comportamiento de partícula (masa), como el de onda (función de onda) que depende de la ubicación del sistema en el espacio.
  • 21. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 21 * Con la ecuación de Schrödinger comenzó una nueva era en la física y la química, ya que dio inicio un nuevo campo, la mecánica cuántica (mecánica ondulatoria). de 1913 a 1926 se le conoce como “vieja teoría cuántica” La ecuación de Schrödinger especifica los posibles estados de energías que puede ocupar el electrón del átomo de hidrógeno e identifica las respectivas funciones de onda. Los estados de energía y sus funciones de onda se caracterizan por un conjunto de números cuánticos.
  • 22. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 22 * Para describir la distribución de los electrones en el hidrógeno y otros átomos, la mecánica cuántica precisa de tres números cuánticos (derivados de la ecuación de Schrödinger): *Número cuántico principal *Número cuántico del momento angular *Número cuántico magnético *Número cuántico de espín
  • 23. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 23 * *El número cuántico principal (n) puede tomar valores enteros de 1, 2, 3, … etc. *Define la energía de un orbital *Se relaciona con la distancia promedio del electrón al núcleo en determinado orbital *Cuanto mayor es el valor de n, mayor es la distancia entre un electrón en el orbital respecto del núcleo y en consecuencia el orbital es más grande.
  • 24. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 24 * *Expresa la forma de los orbitales *Los valores de l dependen del valor del número cuántico principal, n. *L tiene los valores posibles de 0 hasta n-1 *El valor de l se designa con las letras s, p, d, f, g, h, …… La secuencia especial de letras s, p, y d tiene origen histórico: *Líneas finas (sharp) s *Líneas difusas d *Líneas intensas o principales p l 0 1 2 3 4 5 Nombre del orbital s p d f g h
  • 25. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 25 * *Describe la orientación del orbital en el espacio *Depende del valor que tenga el número cuántico del momento angular *Para cierto valor de l existen (2l+1) valores enteros de m *El número de valores que tenga m indica el número de orbitales presentes en un subnivel
  • 26. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 26 * *Define el giro del electrón *En sentido de las manecillas del reloj *En sentido contrario a las manecillas del reloj *Toma valores de +1/2 o -1/2 *El movimiento del espín es aleatorio *Los electrones presentes en el átomo: *La mitad gira en una dirección y se desvían en un sentido *La otra mitad gira en sentido opuesto y se desvían en sentido opuesto
  • 27. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 27 * *Es la manera en que están distribuidos los electrones entre los distintos orbitales atómicos *También es posible representarla por medio de un diagrama de orbital que muestra el espín del electrón *Se puede determinar a partir del Principio de Exclusión de Pauli
  • 28. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 28 * *Establece que no es posible que dos electrones de un átomo tengan los mismo cuatro números cuánticos Sustancias Diamagnéticas Espines apareados o antiparalelos Efectos magnéticos cancelados Repelidas por un imán Paramagnéticas Contienen espines no apareados Atraídas por imán
  • 29. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 29 * Establece que la distribución electrónica más estable en los subniveles es la que tiene el mayor número de espines paralelos Ejemplo: *Configuración electrónica del carbono (Z=6) 1s 2s 2p 2p Configuración electrónica del nitrógeno (Z=7) 1s 2s 2p 2p 2p 222 221 pss 322 221 pss
  • 30. 09/05/2013Gloria Angélica Fuentes Zenteno 30 * *Establece que cuando los protones se incorporan al núcleo de uno en uno para construir los elementos, los electrones se suman de la misma forma a los orbitales atómicos.