Teoría Cuántica y la estructura electrónica de los Átomos

TEMA

Teoría Cuántica y la estructura electrónica de los Átomos

XTRUCTURA ATOMICA ACTUA RTICULA UBICACION CARGA TON NUCLEO TRON CTRON NUCLEO ORBITAS MASA + SI 0 SI - DESPRECIABLE a masa del átomo reside en el núcleo. a cantidad de electrones es igual a la de tones, por eso el átomo es neutro. a única partícula que el átomo puede gan erder son los electrones. n átomo que gana o pierde electrones se

STUDIO DEL INTERIOR DEL ATOMO PERMITIRÁ RESPONDER Qué ocurre en el interior del átomo? 1) Cuántos electrones hay en un determinado átomo? 2) Qué energía posee un determinado electrón? 3) En que parte del átomo se encuentran los electrones? RESPUESTAS A ESTASS PREGUNTAS TIENEN ACION DIRECTA CON EL COMPORTAMIENTO D AS LAS SUSTANCIAS EN LAS REACCIONES

ocrito (siglo V A.C.) propone que la materia es discontinu puesta por pequeñas partículas indivisibles) que llama Á mo: indestructible o indivisible rimera Teoría Atómica - Dalton (1805 dos los átomos de un elemento dado son idénticos. átomos de elementos distintos tienen masa distintas. compuesto es una combinación de átomos de mas de un mento que se combinan en proporciones definidas. una reacción química, los átomos no se crean ni se destru o que se intercambian para producir nuevas sustancias delos Atómico de - Thomson (1904)

utherford (1911) Átomo Nuclea Descubriendo la distribución de las partículas atómicas

mecánica clásica (leyes de newton del siglo XVI) 1) Cuántos electrones hay en un determinado átomo? 2) Qué energía posee un determinado electrón? 3) En que parte del átomo se encuentran los electrones? CANICA CUANTICA M. Planck (1858 1947) Teoría cuántica

DEFINICIONN DE ONDAS nda: rturbación que se propaga. eración vibrátil mediante la cual se transm nergía. ondas se mueven en una dirección (Ej.: eje x : sonido : ONDAS electromagnéticas

Una onda es unaalteración vibráti mediante la cual se transmite la en

ngitud de onda = l

Frecuencia: Depende del tipo de onda ν = N t Número de ciclos Hz Hertz: 1 Hz = 1 ciclo/s Velocidad: Depende del tipo de Onda y del medio de propagación u=λν cm/s cm 1/s ν = u mayor l

well (1831 1879) nda electromagnética tiene un componente de campo eléctrico onente de campo magnético, ambos tienen la misma λ y υ (por lo gual velocidad) pero viajan en planos perpendiculares.

Describe con exactitud como propaga radiación la energía en forma a radiación electromagnética (o energía radiante) es la emisió ransmisión de energía en forma de ondaselectromagnéticas c=λν velocidad de la luz (3 x 10 8 m/s en el vacío) iedades de las ondas electromagnéticas: no materiales,de naturaleza ondulatoria ysin carga necesitan unmediopara propagarse, siendo su velocidad máxima cío

m) Hz)

CUANTOS Y FOTONES Teoría Cuántica de Planck Los átomos ymoléculas emiten (o discretas llamadas CUANTOS absorben) energía sólo en cantidade E = h ν energía de un CUANTO h: constante de Planck (6,63 x 10-34 J s) ν: frecuencia de la radiación

CUANTOS Y FOTONES Fotoeléctrico A. Einstein (1879 1955) ecto fotoeléctrico se observa por debajo de un umbral de longitud de onda es específica del material. xplicación : La luz está constituida por partículas (fotones), y la energía de partículas es proporcional a la frecuencia de la luz. ómeno por el cual los electrones son expulsados desde la superficie os metales que se han expuesto a la luz de al menos una determin encia mínima que se conoce como frecuencia umbral Z torrente de partículas (naturaleza dual) = FOTONES as luminosas (radiación electromagnética) se comprota como una corriente de partículas (fo

ESPECTROS DE EMISION da sustancia que sea energizada con calor o scarga eléctrica emite como respuesta una se radiaciones, el conjunto de estas recibe el mbre de espectro de emisión. tos espectros pueden ser contínuos (los emit sólidos) o de líneas (los emiten los átomos a tado gaseoso). s espectros de líneas corresponden a la emis radiaciones de determinadas longitudes de da. da elemento posee un espectro de emisión

ECTROS ATOMICOS Y NIVELES ENERGETIC espectros de emisión son espectros continuos o discontinuos que enen de la radiación emitida por las sustancias do mos (gas) éculas (gas) espectro continuo espectro discontinuo de líneas espectro discontinuo de bandas

Bhor (1913) s electrones se pueden mover solo en determinadas itas, caracterizadas por su radio. ando el electrón se encuentra en dichas orbitas el sist absorbe ni emite energía. suministrarle al átomo energía externa, el electrón se cita y puede pasar a un nivel de energía superior (orb mayor radio). rante la caída del electrón a su orbita original este emi ergía.

ué no se obtiene un espectro contínuo para el átomo de hidróge Bohr (1885 1962) energíadelúnicoelectróndel átomoo dehidrógenoestá cuantizada, es tada a ciertos valores de energía definida por un número entero qu omina número cuántico principal E n = R H 1 2 n R H : constante de Rydberg (2,18 x 10-18 J) n: número cuántico principal (números enteros) Cuando n = 1 n > 1 estado fundamental estado excitado

ndo un electrón se mueve desde un ado excitadodemayorenergíaa otro menor energía emite energía radiante orma de un FOTON

= 2 1 f H f n R = E i R = 2 2 1 1 f i H n n R E 2 1 emite FOTON n i > n f ; 2 1 R H ni = = 2 2 1 1 f i H n n R h E ν absorbe FOTON n i < n f 2 1

ueden construir diagramas de Bohr a partir de la posición d descripción de los estadoss electrónicos cuantizados ción/emisión de energía radiante es aplicable a átomo uier elemento a serie del espectro de líneas del átomo de hidrógeno ado de la emisión de energía radiante cuando elelectrón pas rbita aotra de menor energía lectrones se mueven en órbitas alrededordel núcleo úmero máximode electrones en cualquier nivel de ener se determina a partir del número cuántico principal seg la 2n 2 electrones que se encuentran en el nivel de energía más ex nominan electrones de valencia

e Broglie (1892 1977) avisson (1881 1958) torrente de PARTICULAS (FOTONES) CTRON comportamiento de ONDA? culas tiene propiedades ondulatorias (comportamiento dual) a h λ = mu partícula e - λ = 1,2 x 10 4 nm λ = 1,8 x 10-34 m u = 62 m/s (225 km propiedadesondulatorias solo se observan en objetos croscópicos

una probabilidad de encontrar al electrón en una posición par partículas subatómicas se pueden observar mediante una lu itud de onda corta ypor lo tanto de alta frecuencia yalta energ produce una perturbación en la partícula modificando su velocid osición ncipio de incertidumbree s imposibleconocer simultáneamente yconprecisión el momen definido como la masa por la velocidad) y la posición de u artícula momento de la partícula p = m u x pp h / 4π ncertidumbre en la posición incertidumbre en el momento

chrödinger (1887 1961) ación de onda H y = E y ψ = funciónn de onda H = operador matemático E = valores de energía permitidos para el electr probabilidad de encontrar al electrón en una cierta región del espa sidad electrónica ación de Schrodinger sólo se puede resolver exactamente para de hidrógeno sultados mecano-cuánticos para el átomo de hidrógen 1. funciones de onda (ψ) 2. números cuánticos orbitales atómicos n, l, m l

Números Cuánticos Son utilizados para describir la distribución d los electrones en un átomo. Surgen de la resolución matemática de la ecuación de Schrödinger del átomo de hidrogeno. Son tres números cuánticos: n (principal-define tamaño y energía) l (momento angular define forma) ml (magnético definee orientación en el espac

tern (1888 1969) erlach (1889 1979) Un electrón está caracteriz por cuatro números cuánt n l m l m s

bital está caracterizado por tres números cuánticos: n, l ero máximo de electrones permitidos por orbital es 2 ctrón está caracterizado por cuatro números cuánticos l y ms

ORBITALES ATOMICOS Es el lugar en donde se encuentran los electrones. Cada orbital esta definido por su tamaño, forma y orientación. Existen tres números, denominados números cuánticos de orbi que son n, l y ml, el conjunto de esos tres números cuántico define un orbital. El número cuántico n me definee el tamaño (1, 2, 3, ) El número cuántico l me define la forma El número cuántico ml me define la orientación

orbitales con igual valor de n y l el mismo subnivel o subcap n l número cuántico principal números enteros 1, 2, 3,., número cuántico orbital o azimutal números enteros 0, 1,.,(n-1) tamaño forma l 0 1 2 3 4 5 nombre s p d f g h m l número cuántico magnético números enteros -l, 0,..., l orientació orbitales con igual valor de n el mismo nivel o capa

número de orbitales por nivel = n 2 número de orbitales por subnivel = 2 l +1 bital está caracterizado por tres números cuánticos:

Cada orbital tiene un valor único de energía que depende de n Se denominan orbitales degenerados aquellos que tienen la misma energ n l m l 2 0 0 2s 2 1-1 2 1 0 2p 4 orbitales degenerados (grado de degeneración = n 2 ) 2 1 1 tras menor sea el valor de n, menor será la energía del orbital y por lo tan ncontrara mas cerca del núcleo lo que se considera como mas penetrante

superficie que encierra un volumen y2 d ψ 2 superficie límite de probabilidad constant

n él entran como máximo 2 electrones

Orbitales p, son 3 orbitales con forma tica y de diferentee distribución espac n él entran como máximo 6 electrone

Orbitales d, son 5 orbitales con forma iada y de diferentee distribución espac n él entran como máximo 10 electron

La energía sólo depende del número cuántico principal n n=3 n=2 1 E n = -R H ( ) n 2 n=1

la energía depende de n y l n=3 n=3 l = 0 n=2 l = 0 n=3 l = 1 n=2 l = 1

na los cuatro números cuánticos que ente orbital: 5 p 1 caracterizan a un electrón ubicado e : 5 1, 0, +1 (px, py o pz) +1/2 o -1/2 mplo de Aplicación 2 que que orbital está caracterizado por los siguientes números cuánticos 3 / l = 0 /ml: 0

configuración electrónica de un átomo es la manera en n distribuidos los electrones en los distintos orbit micos estado fundamental esel estado demás bajaenergía y anto el más estable electrón de un átomode hidrógeno en el estado fundam e ocupar el orbital 1s número de electronesen el orbita 1s 1 mero cuántico principal n número cuántico l ncipio de construcción átomos polielectrónicos se establece que en el pasaje d

onfiguraciónn electrónica Es una descripción detallada de la distribución de los electrones que forman parte de un átomo. Es una información muy útil que permite comprend el comportamiento químico de un elemento Para realzar la configuración electrónica, es decir e llenado de los orbitales es importante conocer: La cantidad de electrones que tiene un átomo (número atómico). Los orbitales que existen y su ubicación en un diagram de energía. Las reglas que gobiernan el llenado de orbitales.

electrones en un átomo no pueden tener los mism ro números cuánticos s electrones tienen los mismos valores de n, l y m ces deben tener distintos valores de m s dos electrones pueden coexistir enel mismo orbit co, ydebentener espines opuestos analizar los cuatro números cuánticos que caracteriza ada electrón ubicado en el siguiente orbital: : n=2 / l=0 /ml=0 y ms =+ ½

?? H 1 electrón Li 3 electrones Be 4 electrones B 5 electrones C 6 electrones Li 1s 2 2s 1 Be 1s 2 2s 2 B 1s 2 2s 2 2p 1 He 2 electrones

Para orbitales degenerados, los electrones distribuyen uno en cada orbital y si so electronesse ubican apareados (dos electrone cadaorbital como máximo) C 6 electrones N 7 electrones O 8 electrones F 9 electrones Ne 10 electrones C 1s 2 2s 2 2p 2 N 1s 2 2s 2 2p 3 O 1s 2 2s 2 2p 4 F 1s 2 2s 2 2p 5

FECTO PANTALLA trón es menosatraído por el núcleo debido aque está apantallado p e los electrones del átomo cto pantalla hace que la atracción nuclear electrostática dism mente hacia los electrones más externos bilidad de un electrón está determinada porlafuerza deatracción del n anto un electrón en 2s tendrá menor energía queunelectrón en2p ER DE PENETRACION trón en 2s se encuentra más cerca del núcleo que un electrón en 2p uede penetrar a través de los niveles internos. El orbital 2s e ante que el orbital 2p poder de penetración s>p>d >f mayor es el poder de penetraciónn de un orbital, menor es su energ

Mg 12 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrones Abreviado como: Mg: [Ne]3s 2 siendo [Ne] = 1s 2 2s 2 2p 6 Cuáles son los números cuánticos posibles para el último electrón en Cl? Cl 17 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electr El último electrón está en el orbital 3p

es de transición n s (n-1) d orbital de valencia (subnivel s) mero cuántico principal n orbital de valencia (subnive es la configuración electrónica del Ni (Z=28)? Ni: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d Ni: [Ar] 4s 2 3d 8 es la configuración electrónica del Cr (Z=24)? d 8 Cr: [Ar] 4s 2 3d 4 o Cr: [Ar] 4s 1 3d 5 r] 4s 1 3d 5 todos los orbita ales del nivel están semiocupa

: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 : [Ar] 4s 2 3d 9 o Cu: [Ar] 4s 1 3d 10 : [Ar] 4s 1 3d 10 el subnivel l 3d está completo estabilidad adicional (subnivel completo) es la configuración electrónica más estable para Mo (Z=4 [Kr] 5s 1 4d 5 estabilidad adicional de nivel semicompleto