CIENCIA TECNOLOGÍA Y AMBIENTE FÍSICA - QUÍMICA - BIOLOGÍA - ROBÓTICA

Transcripción

1 FÍSICA - QUÍMICA - BIOLOGÍA - ROBÓTICA

2 1.- PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA a) PROPIEDADES DUAL DE LA MATERIA: La dualidad onda-corpúsculo, también llamada dualidad onda-partícula, postula que todas las partículas presentan propiedades de onda y partícula. Más específicamente, como partículas pueden presentar interacciones muy localizadas y como ondas exhiben el fenómeno de la interferencia (la interferencia es un fenómeno en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor o menor amplitud. El efecto de interferencia puede ser observado en cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido, ondas en la superficie del agua, etc). De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula. Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa. (Stephen Hawking, 2001) Éste es un hecho comprobado experimentalmente en múltiples ocasiones. Fue introducido por Louis- Victor de Broglie, físico francés de principios del siglo XX. En 1924 en su tesis doctoral propuso la existencia de ondas de materia, es decir que toda materia tenía una onda asociada a ella. Esta idea revolucionaria, fundada en la analogía con que la radiación tenía una partícula asociada, propiedad ya demostrada entonces, no despertó gran interés, pese a lo acertado de sus planteamientos, ya que no tenía evidencias de producirse. Sin embargo, Einstein reconoció su importancia y cinco años después, en 1929, De Broglie recibió el Nobel en Física por su trabajo.

3 b) PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE: Fue propuesta en 1927 por el físico alemán Werner Heisemberg con el siguiente enunciado: es imposible determinar con exactitud el momento lineal y la posición de una partícula pequeña (electrón, protón, neutrón, etc) que viaja a una gran velocidad, simultáneamente. Para el caso del electrón el momento lineal (masa del protón multiplicada por su velocidad p=m.v) suele detectarse mediante una radiación electromagnética; pero, al mismo tiempo, de su posición no se sabe nada (es incierta); por otro lado, la posición se determina haciendo interactuar un fotón con el electrón, pero perturba en forma considerable el movimiento de este último, por lo que es incierto su momento)

4 C) ESTADOS CUANTIZADOS DE ENERGÍA: En el átomo existen diversos estados energéticos cuantizados (niveles, subniveles y orbitales). La cuantización de energía para los niveles fue un gran aporte de Niels Bohr. Los electrones sólo pueden existir en determinados estados de energía. Si pasa de un estado energético a otro, deben emitir o absorber energía en forma de un fotón. La frecuencia de radiación que se emite o absorbe se encuentra relacionada con el cambio de energía mediante la ecuación siguiente. 2.- ORBITAL ATÓMICO O NUBE ELECTRÓNICA:

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7 3.- NÚMEROS CUÁNTICOS: NUMERO CUÁNTICO DETERMINA PARA EL ELECTRON DEFINE PARA EL ORBITAL Principal (n) El nivel principal de energía El tamaño o volumen efectivo Secundario o El subnivel donde se encuentra, La Forma Azimutal ( ) dentro de un nivel Geométrica espacial Magnético (m) Spin (s) El orbital donde se encuentra dentro de un subnivel El sentido de rotación o giro alrededor de su eje imaginario La orientación espacial que adopta.

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11 4. Número cuántico spín (m s) Aparte del efecto magnético producido por el movimiento angular del electrón, este tiene una propiedad magnética intrínseca. Es decir el electrón al girar alrededor de su propio eje se comporta como si fuera un imán, es decir tiene spín. Los únicos valores probables que toma son (+ ½) cuando rota en sentido antihorario y (- ½) cuando rota en sentido horario N S e - - e S Rotación Antihorario N Rotación Horaria S = + ½ S =- ½

12 4.- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA (C.E.) : Es la distribución de los electrones en base a su energía. Se utiliza para la distribución electrónica por subniveles en orden creciente de energía. Niveles: K, L, M, N, O, P, Q Subniveles: s, p, d, f Representación: n = nivel (en números) = sub nivel (en letras) x = Nº de electrones en E R = n + E R = energía relativa n = nivel del orbital = subnivel del orbital n x Son las reglas de Hund, los que nos permiten distribuir los electrones de acuerdo a la energía de los orbitales, se le conoce como Principio de Máximo Multiplicidad.

13 a) PRINCIPIO DE PAULING Indica que ningún par de electrones de cualquier átomo puede tener los cuatro números cuánticos iguales. Ejm: Nº e n m S ½ - ½ B) REGLA DE HUND: Los electrones deben ocupar todos los orbitales de un subnivel dado en forma individual antes de que se inicie el apareamiento. Estos electrones desapareados suelen tener giros paralelos. Ejm: 5p 4 (falso) 5px 5py 5pz 5p 4 (verdadero) 5px 5py 5pz Ejm: Hallar la energía relativa (E R) 5p 4 : E R = = 6

14 C) LA REGLA DEL MOLLIER (SERRUCHO) K L M N O P Q S² S² S² S² S² S² S² P 6 P 6 P 6 P 6 P 6 P 6 d 10 d 10 d 10 d 10 f 14 f Ejm: Na: 1s² 2s² sp 6 3s 1 11 Observación: Existe un grupo de elementos que no cumplen con la distribución y se le aplica el BY-PASS d 4 y d 9 y se cambian a d 5 y d 10 Ejm: 24 Cr: 1s 2 2s 2 2p 6 3s² 3p 6 4s 2 3d 4 1s 2 2s 2 2p 6 3s² 3p 6 4s 1 3d 5 29 Cu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s² 3p 6 4s 2 3d 9 1s 2 2s 2 2p 6 3s² 3p 6 4s 1 3d 10

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16 Configuración simplificada (Lewis) Ejm: Be: 1s 2 2s 2 4 He 2s 2 Ca: 1s 2 2s 2 sp 6 3s 2 3p 6 4s 2 20 Ar 4s 2 Z Determinar el mínimo y máximo número de electrones que tiene un átomo con 5 niveles de energía. RESOLUCIÓN X: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s e min=37 (5 niveles) y :1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s Z 3d 4p 5s 4d 5p e max = 54 (5 niveles) Cuál es la representación cuántica para el último electrón en la distribución electrónica del selenio (Z=34)? RESOLUCIÓN Se:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p : m = Luego: n = 4; 1= 1; m = - 1; S = - 1/2

17 D) DISTRIBUCION ELECTRONICA DE ATOMOS IONIZADOS I. PARA UN ANION Determine los electrones del anión Aplique la regla de Sarrus II. PARA EL CATION Aplica la regla de Sarrus para su respectivo átomo neutro. Los electrones que pierden son del último nivel luego de la penúltima capa.

18 E) PARAMAGNETISMO Y DIAMAGNETISMO 9.1 PARAMAGNETISMO: Sustancias que son atraídas por un campo magnético generado por un imán, esto se debe por la existencia de electrones desapareados DIAMAGNETISMO: Sustancias que no son atraídas por un imán, esto se debe por la existencia de electrones apareados.