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ESTRUCTURA
ATÓMICA
     Química 1º Bachillerato
John Dalton     Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos
                de un mismo elemento debían tener la misma masa.

              Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría
              Atómica que podemos resumir:

              La materia está formada por partículas muy
              pequeñas, llamadas átomos , que son indivisibles e
              indestructibles.

              Todos los átomos de un mismo elemento tienen la
              misma masa atómica.


                    Los átomos se combinan entre si en relaciones
                    sencillas para formar compuestos.


                    Los cuerpos compuestos están formados por
                    átomos diferentes. Las propiedades del
                    compuesto dependen del número y de la clase de
                    átomos que tenga.
Joseph John Thomson
  (1856-1940)
Físico Británico estudió las propiedades      eléctricas de la materia,
especialmente la de los gases.


                                          Descubrió    que   los rayos catódicos
                                          estaban    formados    por     partículas
                                          cargadas negativamente (hoy en día
                                          llamadas electrones), de las que
                                          determinó la relación entre su carga y
                                          masa. En 1906 le fue concedido el
                                          premio Nóbel por sus trabajos.




  Millikan calculó experimentalmente el valor de la carga eléctrica negativa de un
  electrón mediante su experimento con gotas de aceite entre placas de un
  condensador. Dió como valor de dicha carga e = 1,6 * 10 -19 culombios.

  La medida directa del cociente carga-masa, e/m, de los electrones por
  J.J.Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el principio
  para la compresión actual de la estructura atómica.
El clásico experimento de Thomson se desarrolló a partir del estudio de las
descargas eléctricas en gases.

                  Tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson




Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien definido sobre el
vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctricos o magnéticos.
Thomson define así su modelo de átomo :

                                Considera el átomo como una gran
                                esfera con carga eléctrica positiva, en la
                                cual se distribuyen los electrones como
                                 pequeños granitos (de forma si-milar
                                a las semillas en una sandía)




     Modelo atómico de Thomson


 Concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual
 están incrustados los electrones.
Ernest Rutherford ,        (1871-1937)

Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester y director del
laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge. Premio Nobel de
Química en 1908. Sus brillantes investigaciones sobre la estructura atómica y
sobre la radioactividad iniciaron el camino a los descubrimientos más notables
del siglo. Estudió experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas
por los elementos radiactivos.


                Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la
                dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas
                metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo atómico
                de Thomson, que realizó Rutherford entre 1909-1911.


                 Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el átomo, un
                 estudio riguroso de la naturaleza de la desviación debe
                 proporcionar cierta luz sobre la constitución de átomo, capaz de
                 producir los efectos observados.


Las investigaciones se produjeron tras el descubrimiento de la radioactividad
y la identificación de las partículas emitidas en un proceso radiactivo.
Experimento para determinar la constitución del
átomo




                                      La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin
                                      desviarse, porque la mayor parte del espacio de un
                                      átomo es espacio vacío.

Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de
centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa
(CARGA POSITIVA).




                                   Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra
                                   esos centros de carga positiva.
El Modelo Atómico de Rutherford quedó así:
-   Todo átomo    está   formado   por   un
núcleo y
   corteza.

-    El núcleo, muy pesado, y de muy
pequeño tamaño, formado por un número de
protones
igual al NÚMERO       ATÓMICO, donde se
concentra  toda la masa atómica.

- Existiendo un gran espacio vacío entre el
núcleo y la corteza donde se mueven los
electrones.



                              El modelo del átomo de RUTHERFORD: con los
                              protones en el núcleo y los electrones girando
                              alrededor.

                               NÚMERO ATÓMICO= número de protones del
                               núcleo que coincide con el número de
                               electrones si el átomo es neutro.
En 1932 el inglés Chadwik al bombardear átomos
                   con partículas observó que se emitía una nueva
                   partícula sin carga y de masa similar al protón,
                   acababa de descubrir el NEUTRÓN
                   En el núcleo se encuentran los neutrones y los
                   protones.
 - Puesto que la materia es neutra el núcleo deberá tener un número de cargas
positivas protones ( número atómico=Z ) igual al de electrones corticales. En
el núcleo es donde están también los neutrones

- Girando alrededor en órbitas
circulares,      un número de
electrones igual a de protones.
 -   Los    electrones   giran   a
 grandes distancias del núcleo
 de     modo      que su fuerza
 centrífuga     es   igual   a  la
 atracción electrostática, pero de
 sentido contrario. Al compensar
 con la fuerza electrostática la
 atracción del núcleo evita caer
 contra él y se mantiene girando
 alrededor.
PARTÍCULAS
FUNDAMENTALES
   
                                            

  Partícula              Carga                  Masa                             NÚCLEO = Zona central
                                                                                 del átomo donde se
                       +1
                        unidad              1unidad atómica de                   encuentran protones y
      PROTÓN        electrostática de      masa                      1           neutrones
  p+                carga = 1,6. 10-19 C   (u.m.a.) =1,66 10-27kg    0   n
                                            
                                                                                 CORTEZA =Zona que
                                            1unidad atómica de                   envuelve al núcleo donde
      NEUTRON         0no tiene carga      masa                      1           se encuentran
      n             eléctrica, es neutro   (u.m.a.) =1,66 10-27 kg   1   p       moviéndose los electrones
                                            


                                           Muy pequeña y por
                      -1
                       unidad              tanto despreciable         0
  ELECTRÓN
  e-
                    electrostática de
                    carga =-1,6. 10-19C
                                           comparada con la de p+    −1      e
                                           yn
                                            
                                            



Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los electrones son los
responsables de las propiedades químicas.
NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo. Coincide con el número de
  electrones si el átomo está neutro. Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de
  protones, por lo tanto, tienen el mismo número atómico.



  NÚMERO MÁSICO (A) a la suma de los protones y los neutrones que tiene un átomo.



  ISÓTOPOS a átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de
  neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número
  másico(A).


Un átomo se representa por:
• Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera mayúscula
                                                                               A
que derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He....
• Su número atómico (Z) que se escribe abajo a la izquierda.
Su número másico (A) que se escribe arriba a la izquierda.
                                                                               Z     E
 IONES a átomos o grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han ganado o perdido
 electrones. Pueden ser:
         CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
         ANIONES si poseen carga negativa y , por tanto, se han ganado electrones.
Crítica del modelo de Rutherford:
Fue fundamental la demostración de la discontinuidad de la materia y de
los grandes vacíos del átomo. Por lo demás, presenta deficiencias y
puntos poco claros:

         - Según la ya probada teoría electromagnética de Maxwell, al ser el electrón
           una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante y por
           tanto, perder energía.

Esto debe hacer que disminuya el radio de su órbita y el electrón terminaría por caer en
el núcleo; el átomo sería inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar el problema
planteando, para un electrón , que la fuerza electrostática es igual a la centrífuga debe
haber algo más

      -Era conocida en el momento de diseñar su teoría la hipótesis de Planck que no la
      tuvo en cuenta.
      -Tampoco es coherente con los resultados de los espectros atómicos.



Los experimentos de Rutherford eran definitivos, pero el planteamiento era
incompleto y lógicamente, también los cálculos.
ORÍGENES DE LA TEORÍA
           CUÁNTICA
• A mediados del siglo XIX James Clerk Maxwell
  elaboró una teoría sobre la luz que explicaba
  todo lo que se conocía de ella hasta ese
  momento.
• Sin embargo, a principios del siglo XX, una serie
  de descubrimientos experimentales obligó a
  elaborar nuevas teorías sobre la luz.
• Según la teoría de Maxwell, la luz es una onda
  electromagnética.
LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA                        .
•   Una onda electromagnética consiste en la oscilación de un campo eléctrico y
    otro magnético en direcciones perpendiculares, entre sí, y a su vez,
    perpendiculares ambos a la dirección de propagación.
•   Viene determinada por su frecuencia “ν” o por su longitud de onda “λ”,
    relacionadas entre sí por:       c
                                 ν =
                                     λ      C= velocidad de la luz
                                            =3.10 8 m/s

    ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:Es el conjunto de todas las radiaciones
    electro-magnéticas desde muy bajas longitudes de ondas (rayos γ 10–12 m)
    hasta kilómetros (ondas de radio)

Espectro continuo de la luz es la descomposición de la luz en todas su
longitudes de onda mediante un prisma óptico.
Espectro electromagnético.
ν
λ
Espectro atómico de
absorción


Cuando la radiación atraviesa un gas,
este absorbe una parte, el resultado
es el espectro continuo pero con
rayas negras donde falta la radiación
absorbida.
ESPECTRO DE ABSORCIÓN




      Espectro de absorción
Cuando a los elementos en estado         ESPECTRO DE
gaseoso se les suministra energía        EMISIÓN
(descarga eléctrica,
calentamiento...) éstos emiten
radiaciones de determinadas
longitudes de onda.
 Estas radiaciones
 dispersadas en un
 prisma de un
 espectroscopio se ven
 como una serie de
 rayas, y el conjunto de
 las mismas es lo que
 se conoce como
 espectro de emisión.      Espectro de emisión
Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un
modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de
cada elemento.
TIPO DE
                     Intervalos de las longitudes de onda
    RADIACION


Rayos Gamma              inferiores a 10-2 nanómetros

Rayos X            entre 10-2 nanómetros y 15 nanómetros

Ultravioleta       entre 15 nanómetros y 4.102 nanómetros

                      entre 4.102 nanómetros y 7,8.102
ESPECTRO VISIBLE                nanómetros
                    (4000 Angstroms y 7800 Angstroms)

                       entre 7,8.102 nanómetros y 106
Infrarrojo
                                nanómetros
Región de
                   entre 106 nanómetros y 3.108 nanómetros
Microondas

Ondas de Radio          mayores de 3.108 nanómetros
ALGUNOS ESPECTROS DE EMISIÓN
            (ensayo a la llama)




                                                              cobalto
                          cobre
Cada elemento presenta un espectro de emisión diferente
identificable a simple vista mediante el ensayo a la llama.
TEORÍA CUÁNTICA DE
                    PLANCK
                                      La teoría cuántica se refiere a la energía:

                                       Cuando una sustancia absorbe o emite energía, no
                                       puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de
                                       energía, sino que definimos una unidad mínima de
                                       energía, llamada cuanto (que será el equivalente en
                                       energía a lo que es el átomo para la materia).

                                       O sea cualquier cantidad de energía que se emita o
                                       se absorba deberá ser un número entero de
                                       cuantos.

Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una radiación
similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe el nombre de fotón.
La energía de un fotón viene dada por la ecuación de Planck:

                                      E = h · ν

                    h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Joule · segundo
                    ν: frecuencia de la radiación
MODELO ATÓMICO DE BÖHR. (En qué se basó)

                                  El modelo atómico de Rutherford llevaba a unas
                                  conclusiones que se contradecían claramente con los
                                  datos experimentales.



                                   La teoría de Maxwell echaba por tierra el sencillo
                                   planteamiento matemático del modelo de Rutherford.



                                        El estudio de las rayas de los espectros
                                       atómicos permitió relacionar la emisión de
                                       radiaciones de determinada “λ ” (longitud de
                                       onda) con cambios energéticos asociados a
                                       saltos entre niveles electrónicos.


 La teoría de Planck le hizo ver que la energía no era algo continuo sino que estaba
 cuantizada en cantidades hν.
MODELO ATÓMICO DE BÖHR
Primer postulado
El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas         Segundo postulado
circulares sin emitir energía radiante.
                                                   Sólo son posibles aquellas órbitas en las
 Así, el Segundo Postulado nos indica que el       que el electrón tiene un momento angular
 electrón no puede estar a cualquier               que es múltiplo entero de h /(2 · π)
 distancia del núcleo, sino que sólo hay           ÓRBITAS ESTACIONARIAS
 unas pocas órbitas posibles, las cuales
 vienen definidas por los valores permitidos
 para un parámetro que se denomina
 número cuántico principal n.

Tercer Postulado
La energía liberada al caer el electrón desde
una órbita a otra de menor energía se emite en
forma de fotón, cuya frecuencia viene dada
por la ecuación de Planck:

   Ea - Eb = h · ν

  Así, cuando el átomo absorbe (o emite) una radiación, el electrón pasa a una órbita de
  mayor (o menor) energía, y la diferencia entre ambas órbitas se corresponderá con
  una línea del espectro atómico de absorción (o de emisión).
Niveles permitidos según el modelo de Bohr
                    (para el átomo de hidrógeno)
          n=∞                            E= 0J
          n=5                            E = –0,87 · 10–19 J
          n=4                            E = –1,36 · 10–19 J
Energía




          n=3                            E = –2,42 · 10–19 J


          n=2                            E = –5,43 · 10–19 J




          n=1                            E = –21,76 · 10–19 J
An疝isis energ騁ico
 An疝isis energ騁ico
SERIES ESPECTRALES: y su explicación con el modelo de Bohr

Los espectroscopistas habían
   calculado y estudiado a fondo las
   rayas del espectro atómico más
   sencillo, el del átomo de
   hidrógeno. Cada uno estudió un
   grupo de rayas del espectro:
•    Serie Balmer:
     aparece en la zona
     visible del espectro.
•    Serie Lyman:
     aparece en la zona
     ultravioleta del
     espectro.
•    Serie Paschen
                         Aparecen
•    Serie Bracket en la zona
•    Serie Pfund         infrarroja
                         del
                         espectro
CORRECCIONES AL MODELO DE BÖHR: NÚMEROS
CUÁNTICOS .
En el modelo original de Böhr, se precisa un único parámetro (el número cuántico
principal, n), que se relaciona con el radio de la órbita circular que el electrón realiza
alrededor del núcleo, y también con la energía total del electrón. n indica los
diferentes niveles electrónicos (órbitas estacionarias en el modelo de
Bohr).

Los valores que puede tomar este número cuántico principal son los enteros positivos: 1, 2, 3...

Sin embargo, pronto fue necesario modificar el modelo para adaptarlo a los nuevos datos
experimentales, aparición de nuevas rayas espectrales con lo que se introdujeron otros tres
números cuánticos para caracterizar al electrón:


              número cuántico secundario o azimutal (l)
              número cuántico magnético (m)
              número cuántico de espín (s)
Número cuántico secundario o azimutal (L):
corrección de Sommerfeld

El desdoblamiento de algunas rayas espectrales observado con las mejoras
técnicas de algunos espectroscopios llevó a la necesidad de justificar estas
nuevas rayas y por tanto de corregir el modelo de Bohr.

En 1916, Sommerfeld modificó el modelo de Böhr considerando que las órbitas del
electrón no eran necesariamente circulares, sino que también eran posibles órbitas
elípticas; esta modificación exige disponer de dos parámetros para caracterizar al electrón.

Una elipse viene definida por dos parámetros, que son los valores de sus semiejes mayor y
menor. En el caso de que ambos semiejes sean iguales, la elipse se convierte en una
circunferencia.




 Así, introducimos el número cuántico secundario o azimutal (l), cuyos valores permitidos
 son: L= 0, 1, 2, ..., n – 1

 Por ejemplo, si n = 3, los valores que puede tomar L serán: 0, 1, 2
Número cuántico magnético
 (m).
 El efecto Zeemann se debe a que cualquier carga eléctrica en movimiento crea un
 campo magnético; por lo tanto, también el electrón lo crea, así que deberá sufrir la
 influencia de cualquier campo magnético externo que se le aplique. Aplicando un campo
 magnético a los espectros atómicos las rayas se desdoblan lo que indica que deben existir
 diferentes orientaciones posibles .



  Indica las posibles orientaciones en el espacio que puede adoptar la órbita del electrón
  cuando éste es sometido a un campo magnético externo (efecto Zeemann). Valores
  permitidos: - L, ..., 0, ..., + L


  Por ejemplo, si el número cuántico secundario vale L= 2, los valores permitidos para m
  serán: -2, -1, 0, 1, 2


Número cuántico de espín (s).

 Indica el sentido de giro del electrón en torno a su propio eje. Puede tomar sólo dos
 valores para el electrón: +1/2, -1/2.
Modelo mecanocuántico
• En 1926 se dispone ya de
  un modelo de átomo
  plenamente cuántico
  (Schrodinger) , donde han
  desaparecido dos
  conceptos básicos del
  modelo anterior:

• Los electrones no son
  considerados como
  partículas sino como ondas

• No existen órbitas
  electrónicas sino orbitales.
Modelo Mecanocuántico
• Basado en las ecuaciones propuestas por W
  Heisenberg y por E. Schrödinger por separado y
  llegando a resultados similares
• Los aspectos más importantes de este modelo
  quedan reflejados en las siguientes teorías:
  –   Dualidad onda partícula
  –   Principio de indeterminación de Heisenberg
  –   Principio de exclusión de Pauli
  –   Regla de la máxima multiplicidad de Hund
  –   Principio de construcción (Aufbau)
El átomo está formado por un núcleo
  MODELO                                  donde se encuentran los neutrones y los
  MECANOCUÁNTIC                           protones y los electrones giran alrededor
                                          en diferentes orbitales.
  O
ORBITAL: ZONA DEL ESPACIO EN TORNO AL NÚCLEO DONDE LA
POSIBILIDAD DE ENCONTRAR AL ELECTRÓN ES MÁXIMA
Los electrones se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para situar dos de ellos:
• 1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–)
• 2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)            s2
• 3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)            p6
             5 orb. “d” (10 e–)
                                                            d 10
• 4ª capa: 1 orb. “s” (2 e ) + 3 orb. “p” (6 e )
                          –                    –

             5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–)        f 14
• Y así sucesivamente…


Primero se indica el nivel que es el número cuántico principal n
Los valores del número cuántico L (subnivel) indican la letra del orbital que
corresponde: (L=0 es s ; L=1 es p ; L=2 es d ; L=3 es f)
Los valores de m indican los diferentes orbitales que caben en cada subnivel.
En cada orbital solo caben dos electrones uno girando de un lado y otro del
otro+1/2 y –1/2 número de spin
DUALIDAD ONDA PARTÍCULA
• Según la hipótesis de De Broglie, cada partícula en movimiento lleva
  asociada una onda, de manera que la dualidad onda-partícula
  puede enunciarse de la siguiente forma: una partícula de masa m
  que se mueva a una velocidad v puede, en condiciones
  experimentales adecuadas, presentarse y comportarse como una
  onda de longitud de onda, λ. La relación entre estas magnitudes fue
  establecida por el físico francés Louis de Broglie en 1924.
                                                     h
                                                 λ=
                                                    m·v
• cuanto mayor sea la cantidad de movimiento (mv) de la partícula
  menor será la longitud de onda (λ), y mayor la frecuencia (ν) de la
  onda asociada.
• En la siguiente dirección puedes encontrar un experimento que te
  ayude a comprender la dualidad onda-partícula:
• http://www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit2.html
• http://www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit3.html
Principio de indeterminación de
              Heisenberg
•   W. Heisenberg (Premio Nobel de Física 1932) enunció el llamado principio de
    incertidumbre o principio de indeterminación, según el cual es imposible medir
    simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la posición y la cantidad de
    movimiento de una partícula.
•   Esto significa, que la precisión con que se pueden medir las cosas es limitada, y el
    límite viene fijado por la constante de Planck.
                                                                       h
                                                            ∆x·∆p x ≥
•
•
    Δx : indeterminación en la posición
    Δpx : indeterminación en la cantidad de movimiento
                                                                      4π
•   h: constante de Planck (h=6,626 · 10-34 J · s)
•   Es importante insistir en que la incertidumbre no se deriva de los instrumentos de
    medida, sino del propio hecho de medir. Con los aparatos más precisos imaginables,
    la incertidumbre en la medida continúa existiendo. Así, cuanto mayor sea la precisión
    en la medida de una de estas magnitudes mayor será la incertidumbre en la medida
    de la otra variable complementaria.
•   La posición y la cantidad de movimiento de una partícula, respecto de uno de los ejes
    de coordenadas, son magnitudes complementarias sujetas a las restricciones del
    principio de incertidumbre de Heisenberg. También lo son las variaciones de energía (
    E) medidas en un sistema y el tiempo, t empleado en la medición.
Números cuánticos.
Al resolver las ecuaciones de la mecánica cuántica para un átomo, aparecen como
una consecuencia matemática, los números cuánticos. Estos describen el
comportamiento de los electrones dentro del átomo.
Los   valores de éstos son los siguientes:


  n = 1, 2, 3, 4, ...                         (nº de capa o nivel)
  l = 0, 1, 2, ... (n – 1)                    (forma del orbital o subnivel)
  m = – l, ... , 0, ... L                     (orientación orbital o orbital)
  s=–½,+½                                     (spín rotación del electrón )
Significado de los
         Números cuánticos.
• n, principal, se refiere a la energía de las
  órbitas, o los niveles energéticos y al
  tamaño do órbita
• l , orbital, se refiere a un subnivel
  energético, cuando hablamos de una órbita
  especifica
• ml, magnético, se refiere a la orientación
  del orbital
• ms, spin, se refiere al movimiento de
  rotación del electrón o su orientación en un
  campo magnético externo.
Ejemplo:
    a) Establezca cuáles de las siguientes series de números cuánticos
    serían posibles y cuáles imposibles para especificar el estado de un
    electrón;
    b) diga en que tipo de orbital atómico estarían situados los que son
    posibles


   Series      n    l    m    s
     I        0    0     0   +½     •   Imposible. (n < 1)
    II        1    1     0   +½     •   Imposible. (l = n)
    III       1    0     0   –½     •   Posible. Orbital “1 s”
    IV        2    1    –2   +½     •   Imposible (m ≠ -1,0,1)
     V        2    1    –1   +½     •   Posible. Orbital “2 p”
EL ORBITAL ATÓMICO
• El concepto de orbital es básico
  para entender el
  comportamiento de los átomos.
  El siguiente enlace le permite
  ver los diferentes orbitales del
  átomo de hidrógeno:
  •Para observar los ORBITALES     DEL
  HIDRÓGENO pulsa en este enlace: http://
  www.falstad.com/qmatom/
Geometría de los
ORBITALES ATÓMICOS
COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN
  DIAGRAMA DE ENERGÍA
Se siguen los siguientes principios:
• Principio de mínima energía (aufbau)
• Principio de máxima multiplicidad (regla de Hund)
• Una vez colocados se cumple el principio de exclusión de Pauli.

                               •    Se rellenan primero los niveles con menor energía.
   Principio de mínima         •    No se rellenan niveles superiores hasta que no
     energía (aufbau)               estén completos los niveles inferiores.

                           •       Cuando un nivel electrónico tenga varios orbitales con
                                   la misma energía, los electrones se van colocando lo
                                   más desapareados posible en ese nivel electrónico.
  Principio de máxima
  multiplicidad (regla     •       No se coloca un segundo electrón en uno de dichos
        de Hund)                   orbitales hasta que todos los orbitales de dicho nivel
                                   de igual energía están semiocupados (desapareados).


                           “No puede haber dos electrones con los cuatro
Principio de exclusión
                             números cuánticos iguales en un mismo átomo”
       de Pauli.
Principio de exclusión de Pauli
    L A CONFIGURACIÓN
        ELECTRÓNICA
• En un determinado sistema cuántico (átomo o
  molécula) no pueden existir dos electrones con los
  cuatro números cuánticos idénticos
• Por tanto, en un orbital sólo caben dos electrones
  que compartirían tres números cuánticos y se
  diferenciarían en el número cuántico de spin (s)
Regla de la máxima multiplicidad de
Hund: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
• Cuando una serie de orbitales de igual
  energía (p, d , f) se están llenando con
  electrones,     éstos      permanecerán
  desapareados mientras sea posible,
  manteniendo los espines paralelos
DISTRIBUCIÓN DE ORBITALES                Y
ELECTRONES POR NIVELES
      n   l          m             s
 1s   1   0           0           ±1/2
 2s   2   0           0           ±1/2
 2p   2   1        –1,0,1         ±1/2
 3s   3   0           0           ±1/2
 3p   3   1        –1,0,1         ±1/2
 3d   3   2     –2, –1,0,1,2      ±1/2
 4s   4   0           0           ±1/2
 4p   4   1        –1,0,1         ±1/2
 4d   4   2     –2, –1,0,1,2      ±1/2
 4f   4   3   –3,–2, –1,0,1,2,3   ±1/2
DISTRIBUCIÓN DE ORBITALES
Y ELECTRONES POR NIVELES
Principio de construcción
       (Aufbau): CONFIGURACIÓN
                 ELECTRÓNICA
• En su estado fundamental
  la distribución electrónica
  de    un     elemento    se
  construye a partir del
  inmediato          anterior,
  adicionándole un electrón
  de modo que le confiera la
  máxima estabilidad (menor
  energía)
6p
                       5d
          6s                        4 f
Energía
               5p
                       4d
          5s
                                    ORDEN EN QUE
                                    SE RELLENAN
               4p                   LOS ORBITALES
          4s           3d



               3p
          3s




          2s   2p


                n = 1; l = 0; m = 0;1; = = ½½
                    4;
                    3;
                    2;
                     ;     2;
                           1;
                            ;     + ;s =+ +
                                  – 2; s – –
                                      s
          1s
El átomo y las partículas elementales
LA TABLA PERIÓDICA SE ORDENA SEGÚN EL NÚMERO ATÓMICO, como es el
número de protones pero coincide con el de electrones cuando el átomo es
neutro, la tabla periódica queda ordenada según las configuraciones electrónicas
de los diferentes elementos. http://center.acs.org/periodic/tools/
PT.html

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Estructuraatomica

  • 1. ESTRUCTURA ATÓMICA Química 1º Bachillerato
  • 2. John Dalton Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos de un mismo elemento debían tener la misma masa. Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría Atómica que podemos resumir: La materia está formada por partículas muy pequeñas, llamadas átomos , que son indivisibles e indestructibles. Todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa atómica. Los átomos se combinan entre si en relaciones sencillas para formar compuestos. Los cuerpos compuestos están formados por átomos diferentes. Las propiedades del compuesto dependen del número y de la clase de átomos que tenga.
  • 3. Joseph John Thomson (1856-1940) Físico Británico estudió las propiedades eléctricas de la materia, especialmente la de los gases. Descubrió que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas negativamente (hoy en día llamadas electrones), de las que determinó la relación entre su carga y masa. En 1906 le fue concedido el premio Nóbel por sus trabajos. Millikan calculó experimentalmente el valor de la carga eléctrica negativa de un electrón mediante su experimento con gotas de aceite entre placas de un condensador. Dió como valor de dicha carga e = 1,6 * 10 -19 culombios. La medida directa del cociente carga-masa, e/m, de los electrones por J.J.Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el principio para la compresión actual de la estructura atómica.
  • 4. El clásico experimento de Thomson se desarrolló a partir del estudio de las descargas eléctricas en gases. Tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien definido sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctricos o magnéticos.
  • 5. Thomson define así su modelo de átomo : Considera el átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones como pequeños granitos (de forma si-milar a las semillas en una sandía) Modelo atómico de Thomson Concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual están incrustados los electrones.
  • 6. Ernest Rutherford , (1871-1937) Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester y director del laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge. Premio Nobel de Química en 1908. Sus brillantes investigaciones sobre la estructura atómica y sobre la radioactividad iniciaron el camino a los descubrimientos más notables del siglo. Estudió experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos. Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo atómico de Thomson, que realizó Rutherford entre 1909-1911. Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el átomo, un estudio riguroso de la naturaleza de la desviación debe proporcionar cierta luz sobre la constitución de átomo, capaz de producir los efectos observados. Las investigaciones se produjeron tras el descubrimiento de la radioactividad y la identificación de las partículas emitidas en un proceso radiactivo.
  • 7. Experimento para determinar la constitución del átomo La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin desviarse, porque la mayor parte del espacio de un átomo es espacio vacío. Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA). Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva.
  • 8. El Modelo Atómico de Rutherford quedó así: - Todo átomo está formado por un núcleo y corteza. - El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño tamaño, formado por un número de protones igual al NÚMERO ATÓMICO, donde se concentra toda la masa atómica. - Existiendo un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza donde se mueven los electrones. El modelo del átomo de RUTHERFORD: con los protones en el núcleo y los electrones girando alrededor. NÚMERO ATÓMICO= número de protones del núcleo que coincide con el número de electrones si el átomo es neutro.
  • 9. En 1932 el inglés Chadwik al bombardear átomos con partículas observó que se emitía una nueva partícula sin carga y de masa similar al protón, acababa de descubrir el NEUTRÓN En el núcleo se encuentran los neutrones y los protones.  - Puesto que la materia es neutra el núcleo deberá tener un número de cargas positivas protones ( número atómico=Z ) igual al de electrones corticales. En el núcleo es donde están también los neutrones - Girando alrededor en órbitas circulares, un número de electrones igual a de protones. - Los electrones giran a grandes distancias del núcleo de modo que su fuerza centrífuga es igual a la atracción electrostática, pero de sentido contrario. Al compensar con la fuerza electrostática la atracción del núcleo evita caer contra él y se mantiene girando alrededor.
  • 10. PARTÍCULAS FUNDAMENTALES           Partícula    Carga    Masa NÚCLEO = Zona central del átomo donde se      +1 unidad  1unidad atómica de encuentran protones y     PROTÓN electrostática de masa 1 neutrones p+ carga = 1,6. 10-19 C (u.m.a.) =1,66 10-27kg 0 n   CORTEZA =Zona que      1unidad atómica de envuelve al núcleo donde     NEUTRON   0no tiene carga masa 1 se encuentran n eléctrica, es neutro (u.m.a.) =1,66 10-27 kg 1 p moviéndose los electrones       Muy pequeña y por       -1 unidad tanto despreciable 0 ELECTRÓN e- electrostática de carga =-1,6. 10-19C comparada con la de p+ −1 e yn     Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los electrones son los responsables de las propiedades químicas.
  • 11. NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo. Coincide con el número de electrones si el átomo está neutro. Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo tanto, tienen el mismo número atómico. NÚMERO MÁSICO (A) a la suma de los protones y los neutrones que tiene un átomo. ISÓTOPOS a átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número másico(A). Un átomo se representa por: • Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera mayúscula A que derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He.... • Su número atómico (Z) que se escribe abajo a la izquierda. Su número másico (A) que se escribe arriba a la izquierda. Z E IONES a átomos o grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han ganado o perdido electrones. Pueden ser: CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones. ANIONES si poseen carga negativa y , por tanto, se han ganado electrones.
  • 12. Crítica del modelo de Rutherford: Fue fundamental la demostración de la discontinuidad de la materia y de los grandes vacíos del átomo. Por lo demás, presenta deficiencias y puntos poco claros:   - Según la ya probada teoría electromagnética de Maxwell, al ser el electrón una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante y por tanto, perder energía. Esto debe hacer que disminuya el radio de su órbita y el electrón terminaría por caer en el núcleo; el átomo sería inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar el problema planteando, para un electrón , que la fuerza electrostática es igual a la centrífuga debe haber algo más -Era conocida en el momento de diseñar su teoría la hipótesis de Planck que no la tuvo en cuenta. -Tampoco es coherente con los resultados de los espectros atómicos. Los experimentos de Rutherford eran definitivos, pero el planteamiento era incompleto y lógicamente, también los cálculos.
  • 13. ORÍGENES DE LA TEORÍA CUÁNTICA • A mediados del siglo XIX James Clerk Maxwell elaboró una teoría sobre la luz que explicaba todo lo que se conocía de ella hasta ese momento. • Sin embargo, a principios del siglo XX, una serie de descubrimientos experimentales obligó a elaborar nuevas teorías sobre la luz. • Según la teoría de Maxwell, la luz es una onda electromagnética.
  • 14. LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA . • Una onda electromagnética consiste en la oscilación de un campo eléctrico y otro magnético en direcciones perpendiculares, entre sí, y a su vez, perpendiculares ambos a la dirección de propagación. • Viene determinada por su frecuencia “ν” o por su longitud de onda “λ”, relacionadas entre sí por: c ν = λ C= velocidad de la luz =3.10 8 m/s ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:Es el conjunto de todas las radiaciones electro-magnéticas desde muy bajas longitudes de ondas (rayos γ 10–12 m) hasta kilómetros (ondas de radio) Espectro continuo de la luz es la descomposición de la luz en todas su longitudes de onda mediante un prisma óptico.
  • 16. Espectro atómico de absorción Cuando la radiación atraviesa un gas, este absorbe una parte, el resultado es el espectro continuo pero con rayas negras donde falta la radiación absorbida. ESPECTRO DE ABSORCIÓN Espectro de absorción
  • 17. Cuando a los elementos en estado ESPECTRO DE gaseoso se les suministra energía EMISIÓN (descarga eléctrica, calentamiento...) éstos emiten radiaciones de determinadas longitudes de onda. Estas radiaciones dispersadas en un prisma de un espectroscopio se ven como una serie de rayas, y el conjunto de las mismas es lo que se conoce como espectro de emisión. Espectro de emisión
  • 18. Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de cada elemento.
  • 19.
  • 20.
  • 21. TIPO DE Intervalos de las longitudes de onda RADIACION Rayos Gamma inferiores a 10-2 nanómetros Rayos X entre 10-2 nanómetros y 15 nanómetros Ultravioleta entre 15 nanómetros y 4.102 nanómetros entre 4.102 nanómetros y 7,8.102 ESPECTRO VISIBLE nanómetros (4000 Angstroms y 7800 Angstroms) entre 7,8.102 nanómetros y 106 Infrarrojo nanómetros Región de entre 106 nanómetros y 3.108 nanómetros Microondas Ondas de Radio mayores de 3.108 nanómetros
  • 22. ALGUNOS ESPECTROS DE EMISIÓN (ensayo a la llama) cobalto cobre Cada elemento presenta un espectro de emisión diferente identificable a simple vista mediante el ensayo a la llama.
  • 23. TEORÍA CUÁNTICA DE PLANCK La teoría cuántica se refiere a la energía: Cuando una sustancia absorbe o emite energía, no puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de energía, sino que definimos una unidad mínima de energía, llamada cuanto (que será el equivalente en energía a lo que es el átomo para la materia). O sea cualquier cantidad de energía que se emita o se absorba deberá ser un número entero de cuantos. Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una radiación similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe el nombre de fotón. La energía de un fotón viene dada por la ecuación de Planck: E = h · ν h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Joule · segundo ν: frecuencia de la radiación
  • 24. MODELO ATÓMICO DE BÖHR. (En qué se basó) El modelo atómico de Rutherford llevaba a unas conclusiones que se contradecían claramente con los datos experimentales. La teoría de Maxwell echaba por tierra el sencillo planteamiento matemático del modelo de Rutherford. El estudio de las rayas de los espectros atómicos permitió relacionar la emisión de radiaciones de determinada “λ ” (longitud de onda) con cambios energéticos asociados a saltos entre niveles electrónicos. La teoría de Planck le hizo ver que la energía no era algo continuo sino que estaba cuantizada en cantidades hν.
  • 25. MODELO ATÓMICO DE BÖHR Primer postulado El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas Segundo postulado circulares sin emitir energía radiante. Sólo son posibles aquellas órbitas en las Así, el Segundo Postulado nos indica que el que el electrón tiene un momento angular electrón no puede estar a cualquier que es múltiplo entero de h /(2 · π) distancia del núcleo, sino que sólo hay ÓRBITAS ESTACIONARIAS unas pocas órbitas posibles, las cuales vienen definidas por los valores permitidos para un parámetro que se denomina número cuántico principal n. Tercer Postulado La energía liberada al caer el electrón desde una órbita a otra de menor energía se emite en forma de fotón, cuya frecuencia viene dada por la ecuación de Planck: Ea - Eb = h · ν Así, cuando el átomo absorbe (o emite) una radiación, el electrón pasa a una órbita de mayor (o menor) energía, y la diferencia entre ambas órbitas se corresponderá con una línea del espectro atómico de absorción (o de emisión).
  • 26. Niveles permitidos según el modelo de Bohr (para el átomo de hidrógeno) n=∞ E= 0J n=5 E = –0,87 · 10–19 J n=4 E = –1,36 · 10–19 J Energía n=3 E = –2,42 · 10–19 J n=2 E = –5,43 · 10–19 J n=1 E = –21,76 · 10–19 J
  • 28. SERIES ESPECTRALES: y su explicación con el modelo de Bohr Los espectroscopistas habían calculado y estudiado a fondo las rayas del espectro atómico más sencillo, el del átomo de hidrógeno. Cada uno estudió un grupo de rayas del espectro: • Serie Balmer: aparece en la zona visible del espectro. • Serie Lyman: aparece en la zona ultravioleta del espectro. • Serie Paschen Aparecen • Serie Bracket en la zona • Serie Pfund infrarroja del espectro
  • 29. CORRECCIONES AL MODELO DE BÖHR: NÚMEROS CUÁNTICOS . En el modelo original de Böhr, se precisa un único parámetro (el número cuántico principal, n), que se relaciona con el radio de la órbita circular que el electrón realiza alrededor del núcleo, y también con la energía total del electrón. n indica los diferentes niveles electrónicos (órbitas estacionarias en el modelo de Bohr). Los valores que puede tomar este número cuántico principal son los enteros positivos: 1, 2, 3... Sin embargo, pronto fue necesario modificar el modelo para adaptarlo a los nuevos datos experimentales, aparición de nuevas rayas espectrales con lo que se introdujeron otros tres números cuánticos para caracterizar al electrón: número cuántico secundario o azimutal (l) número cuántico magnético (m) número cuántico de espín (s)
  • 30. Número cuántico secundario o azimutal (L): corrección de Sommerfeld El desdoblamiento de algunas rayas espectrales observado con las mejoras técnicas de algunos espectroscopios llevó a la necesidad de justificar estas nuevas rayas y por tanto de corregir el modelo de Bohr. En 1916, Sommerfeld modificó el modelo de Böhr considerando que las órbitas del electrón no eran necesariamente circulares, sino que también eran posibles órbitas elípticas; esta modificación exige disponer de dos parámetros para caracterizar al electrón. Una elipse viene definida por dos parámetros, que son los valores de sus semiejes mayor y menor. En el caso de que ambos semiejes sean iguales, la elipse se convierte en una circunferencia. Así, introducimos el número cuántico secundario o azimutal (l), cuyos valores permitidos son: L= 0, 1, 2, ..., n – 1 Por ejemplo, si n = 3, los valores que puede tomar L serán: 0, 1, 2
  • 31. Número cuántico magnético (m). El efecto Zeemann se debe a que cualquier carga eléctrica en movimiento crea un campo magnético; por lo tanto, también el electrón lo crea, así que deberá sufrir la influencia de cualquier campo magnético externo que se le aplique. Aplicando un campo magnético a los espectros atómicos las rayas se desdoblan lo que indica que deben existir diferentes orientaciones posibles . Indica las posibles orientaciones en el espacio que puede adoptar la órbita del electrón cuando éste es sometido a un campo magnético externo (efecto Zeemann). Valores permitidos: - L, ..., 0, ..., + L Por ejemplo, si el número cuántico secundario vale L= 2, los valores permitidos para m serán: -2, -1, 0, 1, 2 Número cuántico de espín (s). Indica el sentido de giro del electrón en torno a su propio eje. Puede tomar sólo dos valores para el electrón: +1/2, -1/2.
  • 32. Modelo mecanocuántico • En 1926 se dispone ya de un modelo de átomo plenamente cuántico (Schrodinger) , donde han desaparecido dos conceptos básicos del modelo anterior: • Los electrones no son considerados como partículas sino como ondas • No existen órbitas electrónicas sino orbitales.
  • 33. Modelo Mecanocuántico • Basado en las ecuaciones propuestas por W Heisenberg y por E. Schrödinger por separado y llegando a resultados similares • Los aspectos más importantes de este modelo quedan reflejados en las siguientes teorías: – Dualidad onda partícula – Principio de indeterminación de Heisenberg – Principio de exclusión de Pauli – Regla de la máxima multiplicidad de Hund – Principio de construcción (Aufbau)
  • 34. El átomo está formado por un núcleo MODELO donde se encuentran los neutrones y los MECANOCUÁNTIC protones y los electrones giran alrededor en diferentes orbitales. O ORBITAL: ZONA DEL ESPACIO EN TORNO AL NÚCLEO DONDE LA POSIBILIDAD DE ENCONTRAR AL ELECTRÓN ES MÁXIMA Los electrones se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para situar dos de ellos: • 1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) • 2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) s2 • 3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) p6 5 orb. “d” (10 e–) d 10 • 4ª capa: 1 orb. “s” (2 e ) + 3 orb. “p” (6 e ) – – 5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–) f 14 • Y así sucesivamente… Primero se indica el nivel que es el número cuántico principal n Los valores del número cuántico L (subnivel) indican la letra del orbital que corresponde: (L=0 es s ; L=1 es p ; L=2 es d ; L=3 es f) Los valores de m indican los diferentes orbitales que caben en cada subnivel. En cada orbital solo caben dos electrones uno girando de un lado y otro del otro+1/2 y –1/2 número de spin
  • 35. DUALIDAD ONDA PARTÍCULA • Según la hipótesis de De Broglie, cada partícula en movimiento lleva asociada una onda, de manera que la dualidad onda-partícula puede enunciarse de la siguiente forma: una partícula de masa m que se mueva a una velocidad v puede, en condiciones experimentales adecuadas, presentarse y comportarse como una onda de longitud de onda, λ. La relación entre estas magnitudes fue establecida por el físico francés Louis de Broglie en 1924. h λ= m·v • cuanto mayor sea la cantidad de movimiento (mv) de la partícula menor será la longitud de onda (λ), y mayor la frecuencia (ν) de la onda asociada. • En la siguiente dirección puedes encontrar un experimento que te ayude a comprender la dualidad onda-partícula: • http://www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit2.html • http://www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit3.html
  • 36. Principio de indeterminación de Heisenberg • W. Heisenberg (Premio Nobel de Física 1932) enunció el llamado principio de incertidumbre o principio de indeterminación, según el cual es imposible medir simultáneamente, y con precisión absoluta, el valor de la posición y la cantidad de movimiento de una partícula. • Esto significa, que la precisión con que se pueden medir las cosas es limitada, y el límite viene fijado por la constante de Planck. h ∆x·∆p x ≥ • • Δx : indeterminación en la posición Δpx : indeterminación en la cantidad de movimiento 4π • h: constante de Planck (h=6,626 · 10-34 J · s) • Es importante insistir en que la incertidumbre no se deriva de los instrumentos de medida, sino del propio hecho de medir. Con los aparatos más precisos imaginables, la incertidumbre en la medida continúa existiendo. Así, cuanto mayor sea la precisión en la medida de una de estas magnitudes mayor será la incertidumbre en la medida de la otra variable complementaria. • La posición y la cantidad de movimiento de una partícula, respecto de uno de los ejes de coordenadas, son magnitudes complementarias sujetas a las restricciones del principio de incertidumbre de Heisenberg. También lo son las variaciones de energía ( E) medidas en un sistema y el tiempo, t empleado en la medición.
  • 37. Números cuánticos. Al resolver las ecuaciones de la mecánica cuántica para un átomo, aparecen como una consecuencia matemática, los números cuánticos. Estos describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo. Los valores de éstos son los siguientes: n = 1, 2, 3, 4, ... (nº de capa o nivel) l = 0, 1, 2, ... (n – 1) (forma del orbital o subnivel) m = – l, ... , 0, ... L (orientación orbital o orbital) s=–½,+½ (spín rotación del electrón )
  • 38. Significado de los Números cuánticos. • n, principal, se refiere a la energía de las órbitas, o los niveles energéticos y al tamaño do órbita • l , orbital, se refiere a un subnivel energético, cuando hablamos de una órbita especifica • ml, magnético, se refiere a la orientación del orbital • ms, spin, se refiere al movimiento de rotación del electrón o su orientación en un campo magnético externo.
  • 39. Ejemplo: a) Establezca cuáles de las siguientes series de números cuánticos serían posibles y cuáles imposibles para especificar el estado de un electrón; b) diga en que tipo de orbital atómico estarían situados los que son posibles  Series n l m s  I 0 0 0 +½ • Imposible. (n < 1)  II 1 1 0 +½ • Imposible. (l = n)  III 1 0 0 –½ • Posible. Orbital “1 s”  IV 2 1 –2 +½ • Imposible (m ≠ -1,0,1)  V 2 1 –1 +½ • Posible. Orbital “2 p”
  • 40. EL ORBITAL ATÓMICO • El concepto de orbital es básico para entender el comportamiento de los átomos. El siguiente enlace le permite ver los diferentes orbitales del átomo de hidrógeno: •Para observar los ORBITALES DEL HIDRÓGENO pulsa en este enlace: http:// www.falstad.com/qmatom/
  • 42. COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN DIAGRAMA DE ENERGÍA Se siguen los siguientes principios: • Principio de mínima energía (aufbau) • Principio de máxima multiplicidad (regla de Hund) • Una vez colocados se cumple el principio de exclusión de Pauli. • Se rellenan primero los niveles con menor energía. Principio de mínima • No se rellenan niveles superiores hasta que no energía (aufbau) estén completos los niveles inferiores. • Cuando un nivel electrónico tenga varios orbitales con la misma energía, los electrones se van colocando lo más desapareados posible en ese nivel electrónico. Principio de máxima multiplicidad (regla • No se coloca un segundo electrón en uno de dichos de Hund) orbitales hasta que todos los orbitales de dicho nivel de igual energía están semiocupados (desapareados). “No puede haber dos electrones con los cuatro Principio de exclusión números cuánticos iguales en un mismo átomo” de Pauli.
  • 43. Principio de exclusión de Pauli L A CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA • En un determinado sistema cuántico (átomo o molécula) no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos • Por tanto, en un orbital sólo caben dos electrones que compartirían tres números cuánticos y se diferenciarían en el número cuántico de spin (s)
  • 44. Regla de la máxima multiplicidad de Hund: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA • Cuando una serie de orbitales de igual energía (p, d , f) se están llenando con electrones, éstos permanecerán desapareados mientras sea posible, manteniendo los espines paralelos
  • 45. DISTRIBUCIÓN DE ORBITALES Y ELECTRONES POR NIVELES n l m s 1s 1 0 0 ±1/2 2s 2 0 0 ±1/2 2p 2 1 –1,0,1 ±1/2 3s 3 0 0 ±1/2 3p 3 1 –1,0,1 ±1/2 3d 3 2 –2, –1,0,1,2 ±1/2 4s 4 0 0 ±1/2 4p 4 1 –1,0,1 ±1/2 4d 4 2 –2, –1,0,1,2 ±1/2 4f 4 3 –3,–2, –1,0,1,2,3 ±1/2
  • 46. DISTRIBUCIÓN DE ORBITALES Y ELECTRONES POR NIVELES
  • 47. Principio de construcción (Aufbau): CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA • En su estado fundamental la distribución electrónica de un elemento se construye a partir del inmediato anterior, adicionándole un electrón de modo que le confiera la máxima estabilidad (menor energía)
  • 48. 6p 5d 6s 4 f Energía 5p 4d 5s ORDEN EN QUE SE RELLENAN 4p LOS ORBITALES 4s 3d 3p 3s 2s 2p n = 1; l = 0; m = 0;1; = = ½½ 4; 3; 2; ; 2; 1; ; + ;s =+ + – 2; s – – s 1s
  • 49. El átomo y las partículas elementales
  • 50. LA TABLA PERIÓDICA SE ORDENA SEGÚN EL NÚMERO ATÓMICO, como es el número de protones pero coincide con el de electrones cuando el átomo es neutro, la tabla periódica queda ordenada según las configuraciones electrónicas de los diferentes elementos. http://center.acs.org/periodic/tools/ PT.html