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CIC JULIO SÁNCHEZ
TEMA 1
Modelos atómicos
1.- ESTRUCTURA DE LA MATERIA: PARTÍCULAS
ELEMENTALES
Desde mediados del siglo XIX se conocía que al aplicar una
elevada diferencia de potencial ( unos miles de voltios)
entre los electrodos de tubo de vacío que contuviera un
gas , se producían luces de color característico según el




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
gas empleado
Pero sí la presión del gas era lo suficientemente baja, el
interior del tubo quedaba completamente oscuro,
mientras aparecía una tenue fluorescencia en la pared del
tubo opuesta al cátodo o electrodo negativo. Se
comprobó que la originaba una radiación invisible de
naturaleza desconocida que procedía del cátodo , a la que




                                                        CIC JULIO SÁNCHEZ
se denominó rayos catódicos




En 1897 Thomson descubrió que esa radiación estaba
formada por materia y que se desviaban en presencia de
campos eléctricos y magnéticos en la dirección que se
esperaba para partículas con carga negativa ( electrones)
Además Thomson determino la
                          relación carga/masa ,
                          Experimento con distintos
                          gases y observó que los
                          electrones están presentes en
                          todas las sustancias y que su




                                                      CIC JULIO SÁNCHEZ
                          masa era unas mil veces menor
                          que la masa del átomo

Millikan midió con el famoso
experimento de la gota de
aceite la carga de esas
partículas a las que llamamos
electrones
CIC JULIO SÁNCHEZ
La experiencia consiste en introducir en un gas, por medio de un
atomizador, gotitas de aceite de un radio del orden de un micrómetro.
Estas gotitas caen muy lentamente, con movimiento uniforme, con su
peso compensado por la viscosidad del medio.
Las gotas se cargan electrostáticamente al salir del atomizador por lo que su
movimiento de caída se altera fuertemente si se hace actuar un campo eléctrico
vertical. Ajustando convenientemente el campo, puede lograrse que la gota
permanezca en suspensión.
Conociendo el valor m de la masa de la gota, la intensidad E del campo eléctrico y
el valor g de la gravedad, puede calcularse la carga q de la gotºa en equilibrio:
mg = qE
Goldstein, en 1886, había descubierto que en los tubos de
descarga se producían rayos en dirección opuesta a los
rayos catódicos.




                                                             CIC JULIO SÁNCHEZ
Los estudió de manera análoga a los anteriores, con ayuda
de un cátodo perforado, y, sometiéndolos a la acción de
campos eléctricos y magnéticos, comprobó que los
llamados entonces rayos canales tenían una relación
masa/carga que dependía de la naturaleza del gas
presente en el tubo de descarga, siendo mínima cuando
dicho gas era el hidrógeno. En este caso, a las partículas
constitutivas de dichos rayos se les denominó protones.
Para el helio, se encontró una relación masa/carga que era
el doble de la anterior, lo que implicaba que, o bien las
partículas positivas eran diferentes, o bien existían otras,
ausentes en el hidrógeno, de carga nula y de masa parecida
a los protones. Esto último se confirmó en 1932 cuando
Chadwick descubrió el neutrón.




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
                         Al estudiar la emisión de partículas
                         por parte de los núcleos de berilio
                         cuando este se irradiaba con rayos
                         alfa
2.- modelos atómicos de Thomson y Rutherford
Thomson realizó experimentos de bombardeo de partículas α
sobre finas láminas de oro y observó que las partículas eran
desviadas cuando atravesaban el metal
Thomson imaginó entonces el átomo como una esfera




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
material de electricidad positiva dentro de la cual como muy
pequeños gránulos se encontrarían los electrones en número
suficiente para que el átomo fuera neutro
El primer modelo precursor de la concepción actual fue
dado por Rutherford en 1911,
                      , para enunciar su modelo, se basó en
                      una observación previa realizada por
                      él mismo, consistente en bombardear
                      láminas finísimas, de unos 400 Ă de




                                                       CIC JULIO SÁNCHEZ
                      espesor, de diversos metales (oro,
                      plata...) con partículas α (He2+).



La mayoría atravesaban las láminas
sin desviarse, unas pocas se
desviaban a diversos ángulos y
solamente una pequeña parte,
aproximadamente una de cada
20000, se reflejaban en la lámina.
De ahí se deduce que estas partículas apenas encuentran
obstáculos en su camino y que, por tanto, la mayor parte del
volumen de un átomo está vacío.
Basándose en las medidas cuantitativas de las desviaciones,
Rutherford postuló el siguiente modelo: El átomo está
constituido por un núcleo en el que se encuentra localizada




                                                             CIC JULIO SÁNCHEZ
la casi totalidad de la masa atómica y toda la carga positiva.

En torno a este núcleo, y a grandes distancias
de él, giran los electrones en la corteza gracias
a la acción de las fuerzas electrostáticas.
Según los resultados de Rutherford, el tamaño
de la corteza es unas cien mil veces mayor que
el del núcleo. Además, con el fin de que el
átomo sea eléctricamente neutro, el número de
cargas positivas del núcleo ha de ser igual al de
electrones.
Cuantitativamente, el radio de las órbitas electrónicas se
puede calcular de un modo aproximado. Consideremos un átomo
con Z cargas positivas y un solo electrón, (como H, He+, Li2+,
Be+3). Puesto que la atracción electrostática y la fuerza
centrípeta vienen dada por:




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
y donde R es el radio de la órbita y m, e y v son,
respectivamente, la masa, la carga y la velocidad del electrón,
se tiene, igualando ambas expresiones y despejando:
Este modelo tiene algunos errores graves.
-De acuerdo con la teoría electromagnética clásica, una
carga eléctrica en movimiento circular debe emitir
radiación y, por ello, perder energía. Según la expresión
anterior, si pierde energía debe disminuir R, por lo que,




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
eventualmente, el electrón caerá sobre el núcleo.
- en el modelo hay continuidad geométrica y energética, es
decir, cualquier valor de R y de E son posibles, lo que está
en manifiesta contradicción con los espectros atómicos.
-Por otra parte, en tiempos de Rutherford no se conocían
los neutrones, y no se incluyen en el modelo.
3.- Conceptos previos al modelo de Bohr
3.1 ondas electromagnéticas
Propagan energía a través del espacio mediante la vibración
de un campo eléctrico y uno magnético perpendiculares




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
 Λ= longitud de onda: es la distancia mínima entre dos
 puntos que están en el mismo estado de vibración. Se
 mide en metros
 ν= frecuencia es el número de veces que la onda vibra en
 un segundo. Se mide en s-1 o Hz
T= periodo. Es el tiempo que tarda en realizar una
  vibración. Se mide en segundos
  C= velocidad. En el vacío es 3.108m/s
  Se cumple que c= λ . ν = λ / T




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
  3.2 ESPECTROS ATÓMICOS
  Se denomina espectro a la descomposición de una onda
  compuesta en ondas simples
Cuando a los elementos en
estado gaseoso se les
suministra energía (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.
Igualmente, si una luz continua atraviesa una sustancia, ésta
absorbe unas determinadas radiaciones que aparecen como
rayas negras en el fondo continuo (espectro de absorción).




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
Las diferentes líneas que aparecieron en el espectro del
hidrógeno se podían agrupan en diferentes series cuya
longitud de onda es más parecida:

                    Serie Lyman:        zona
                    ultravioleta del




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
                    espectro.
                    Serie Balmer:       zona
                    visible del espectro.
                    Serie Paschen       zona
                    infrarroja del espectro.
                    Serie Bracket:      zona
                    infrarroja del espectro.
                    Serie Pfund: zona
                    infrarroja del espectro.
La relación entre las longitudes de onda
de las distintas rayas del espectro del
hidrógeno viene dada por la Ley de
Rydberg:

  1       1 1
    = R×  2 − 2 ÷




                                                              CIC JULIO SÁNCHEZ
  λ       n1 n2 
Donde n1 y n2 son números naturales, cumpliéndose siempre
que  n2 > n1, con lo que el paréntesis queda positivo. R es una
constante llamada constante de Rydberg cuyo valor es: R =
1,0968 x 107 m–1.
Si n1 = 1; n2 = 2, 3, 4, 5, ...   Serie Lyman
Si n1 = 2; n2 = 3, 4, 5, 6, ...   Serie Balmer
Si n1 = 3; n2 = 4, 5, 6, 7, ...   Serie Paschen
Si n1 = 4; n2 = 5, 6, 7, 8, ...   Serie Bracket
Si n1 = 5; n2 = 6, 7, 8, 9, ...   Serie Pfund
CIC JULIO SÁNCHEZ
3.3 TEORÍA DE PLANCK
Sabemos que la materia está dividida en unas partículas
mínimas, los átomos, de forma que cualquier cantidad de
materia será siempre un número entero de átomos.
La teoría cuántica de Planck extiende
esta idea a la energía: cuando una




                                                          CIC JULIO SÁNCHEZ
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); de esta forma, 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=hν
h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Julios · segundo




                                                              CIC JULIO SÁNCHEZ
ν: frecuencia de la radiación (es un parámetro que sirve para
diferenciar a unas radiaciones de otras).
                         4.- MODELO DE BOHR
                         Böhr planteó unos postulados que no
                         estaban demostrados en principio,
                         pero que después llevaban a unas
                         conclusiones que sí eran coherentes
                         con los datos experimentales; es decir,
                         la justificación experimental de este
                         modelo es a posteriori.
Primer postulado
   El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares
   estacionarias sin emitir energía radiante.
La idea de que "el electrón gira
alrededor del núcleo en órbitas
circulares" existía ya en el




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
modelo de Rutherford, pero Böhr
supone que, por alguna razón
desconocida por el momento, el
electrón está incumpliendo las
leyes del electromagnetismo y no
emite energía radiante, pese a
que se trata de una carga
eléctrica en movimiento, que
debería emitirla continuamente
Segundo postulado
Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene
un momento angular que es múltiplo entero de h/(2 π )
Puesto que el momento angular se define como L = mvr,
tendremos:
mvr = n · h/(2 π) —> r = a0 · n2                       




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
m: masa del electrón = 9.1 ·10-31 kg
v: velocidad del electrón
r: radio de la órbita que realiza el electrón alrededor del
núcleo
h: constante de Planck n: número cuántico = 1, 2, 3...
a0: constante = 0,529 Å

Así, el Segundo Postulado nos indica que el electrón no puede
estar a cualquier distancia del núcleo, sino que sólo hay unas
pocas órbitas posibles, las cuales vienen definidas por los
valores permitidos para un parámetro que se denomina
Cuando n = 1, r = ao = 5,2917 · 10-11 m, valor que se
corresponde con la distancia del electrón al núcleo en el
átomo de hidrógeno en el estado fundamental. Este valor
deducido teóricamente se corresponde con los datos
experimentales del átomo de hidrógeno y se puede
considerar como un éxito del modelo de Bohr.




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
Las distancias al núcleo de las órbitas superiores
permitidas pueden venir expresadas en función del radio
de Bohr, así: Estado fundamental, n = 1 r = ao = 5,2917 ·
10-11 m
2ª órbita, n = 2    r = ao n2 = 4ao
3ª órbita, n = 3    r = 9ao
4ª órbita, n = 4    r = 16ao
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·f
 




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
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 de absorción (o de emisión).
Aciertos del modelo de Bohr:
a) Permite deducir valores para los radios de las órbitas y
   para sus energías
b) Posibilita la deducción teórica de la fórmula de Balmer y
   Rydberg




                                                          CIC JULIO SÁNCHEZ
c) Proporciona valores de frecuencia y energías muy acordes
   con los hallados experimentalmente


Errores del modelo de bohr
a) Mezcla mecánica cuántica con la física clásica
b) Las órbitas tienden a ser elipticas
c) Sólo aplicable al atomo de hidrógeno y a iones
   hidrogenoides
d) Los avances en espectroscopia mostraron nuevas rayas en
   los espectros que el modelo de Bohr no conseguía explicar
Por ejemplo el desdoble de las rayas en presencia de un campo
  magnético conocido como efecto Zeeman




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
4.1 modelo atómico de Bohr-Sommerfeld

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),




                                                              CIC JULIO SÁNCHEZ
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

 5.- Antecedentes a la teoría mecanocuántica
 5.1 Efecto fotoeléctrico
 La emisión de electrones por metales
 iluminados con luz de determinada frecuencia
 fue observada a finales del siglo XIX por
 Hertz y Hallwachs.
El proceso por el cual se liberan electrones de un material
por la acción de la radiación se denomina efecto
fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características
esenciales son:
-Para cada sustancia hay una
frecuencia mínima o umbral de
la radiación electromagnética




                                                              CIC JULIO SÁNCHEZ
por debajo de la cual no se
producen fotoelectrones por
más intensa que sea la
radiación.
- La emisión electrónica
aumenta cuando se incrementa
la intensidad de la radiación
que incide sobre la superficie
del metal, ya que hay más
energía disponible para liberar
electrones.
Einstein explicó las características del
efecto fotoeléctrico, suponiendo que
cada electrón absorbía un cuanto de
radiación o fotón. La energía de un fotón
se obtiene multiplicando la constante h
de Planck por la frecuencia f de la




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
radiación electromagnética.
E=hf

Si la energía del fotón E, es menor que la energía de arranque
W , no hay emisión fotoeléctrica. En caso contrario, si hay
emisión y el electrón sale del metal con una energía cinética
Ec igual a E-W. o lo que es lo mismo: h.f= W+ 1/2me.v2
   Como cada electrón emitido toma la energía de un
   único fotón, concluimos que el número de electrones
   emitidos en la unidad de tiempo es proporcional a
   la intensidad de la luz que ilumina la placa
5.2.- Dualidad onda-corpúsculo de De Broglie

               En 1924 De Broglie unifica la dos teorías
               existentes sobre la luz, la clásica que
               consideraba a la luz como una onda
               ( interferencias, expansion de la luz…) y la




                                                          CIC JULIO SÁNCHEZ
               corpuscular de Einstein.



Además no solo lo aplico a los fotones de luz sino a
cualquier tipo de partícula incluida el electrón “Cada
partícula lleva asociada una onda” cuya longitud es:

                          h
                      λ=
                         m ×v
En 1927 Davisson y Germer
                       consiguieron la difracción de los
                       electrones que es un fenómeno
                       típico de las ondas confirmando la
                       teoría de de Broglie




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
5.3 Principio de incertidumbre
(Heisenberg/1927).

Esta doble condición electrónica de
onda y corpúsculo ocasionó un problema
sobre la posición del mismo, ya que no
tiene demasiado sentido hablar de la
posición de una onda. “
Es imposible conocer simultáneamente la posición y la
  cantidad de movimiento de una partícula”.


                                 h
                      ∆x · ∆p ≥
                                4π




                                                             CIC JULIO SÁNCHEZ
siendo ∆x la incertidumbre en la posición y ∆p la
incertidumbre en la cantidad de movimiento.
De esta manera, la idea de órbita perfectamente definida
se sustituye por la idea de orbital que sería la zona del
espacio alrededor del núcleo atómico en donde existiría la
máxima probabilidad de encontrar un electrón.
6.- MODELO MECANOCANTICO DEL ÁTOMO
Puesto que el electrón tiene una naturaleza ondulatoria y el
principio de incertidumbre de Heisenberg impide conocer
su posición y velocidad, no puede hablarse de órbitas del
electrón.




                                                          CIC JULIO SÁNCHEZ
Para explicarlo surgen dos nuevos modelos basados en la
mecánica cuántica y que llegan a los mismos resultados

La mecánica matricial de Heisenberg
explica los niveles energéticos del
electrón en términos puramente
numéricos. Utilizando matrices para su
resolución
La mecánica ondulatoria de Schrodinger
describe al electrón como una onda
En 1926 Schrödinger propuso una ecuación, la ecuación
  de Schrödinger, que permite obtener toda la información
  que es posible saber del electrón:




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
La resolución de la ecuación de Schrödinger permite obtener la
energía del electrón, E y la función de onda que lo describe, Ψ
tanto una como otra dependen de tres números, los números
cuánticos, que ya aparecían en el modelo de Bohr -
Sommerfeld, aunque de forma arbitraria.
La función de ondas de un electrón, Ψ, obtenida al resolver
la ecuación de Schrödinger, es una función compleja. Los
valores que se obtienen son valores con una parte real y
otra imaginaria, no tiene, por lo tanto, sentido físico.
El cuadrado del módulo de la función de onda, que se




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
obtiene multiplicando la función por su conjugada, es la
probabilidad de encontrar en un determinado lugar el
electrón
Se puede, sin embargo, representar en el espacio los
lugares en los que es más probable encontrar al electrón,
los lugares en los que Ψ2 tiene mayor valor, obteniéndose
un volumen de espacio en torno al núcleo atómico que se
conoce como orbital.
Los orbitales atómicos, los lugares donde es más probable
hallar al electrón, vienen determinados por tres números
cuánticos, números que definen la forma y tamaño del
orbital y los valores de algunas propiedades físicas.

Número cuántico principal “n”




                                                           CIC JULIO SÁNCHEZ
Toma valores enteros: 1,2,3...
A mayor n más lejos se encuentra del núcleo la región de
mayor densidad electrónica.
A mayor n el electrón tiene mayor energía y se encuentra
menos “atado” al núcleo.
Número cuántico del momento angular ó azimutal ó
secundario  : "l  "
Depende de “n” y toma valores enteros  de 0 a (n-1) . Así
para n=1 sólo hay un valor posible 0. Para n=2 hay dos
valores de l: 0 y 1. Para n=3 hay tres valores posibles: 0, 1
y 2.
Generalmente el valor de l se representa por una letra en
vez de por su valor numérico:
l=0 s l=1 p l=2  d l=3 f

Define la forma del orbital y el subnivel energético




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
El número cuántico magnético “ml”
El valor del número cuántico magnético depende de l    .
Toma valores enteros entre -l y l , incluyendo el 0. Para
cierto valor l hay (2 l +1) valores de ml

Describe la orientación del orbital en el espacio.  
Al incorporar la teoría de la relatividad a la mecánica
ondulatoria surge un nuevo número cuántico:

El número cuántico de spin “s” determina el sentido de
giro del electrón y sólo puede tomar dos valores +1/2 y –
1/2




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
6.2 forma y tamaño de los orbitales
La probabilidad de encontrar al electrón en una zona del
espacio del 99% es lo que denominamos orbital cuyo
tamaño depende del número cuántico n y su forma
depende de l


Los orbitales s ( l=o)
tienen forma esférica
Los orbitales p (l=1) están formados por dos lóbulos que
  se proyectan en cada eje y la unión de ambos lóbulos
  coincide con el núcleo




                                                             CIC JULIO SÁNCHEZ
Los orbitales d (l=2) también
están formados por lóbulos.
Hay cinco tipos de orbitales d
(que corresponden a m=-2, -1,
0, 1, 2) 
Los orbitales f (l=3) también tienen un aspecto multilobular.
Existen siete tipos de orbitales f (que corresponden a m=-3,
-2, -1, 0, +1, +2, +3).




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
Nº CUÁNTICO                        SIGNIFICADO/S                    VALORES

                              - Distancia promedio al núcleo
 n: nº cuántico principal     - Nivel o capa de Energía            Números naturales
                                                                   del 1 al 7




l: nº cuántico secundario o   - Forma del orbital                  Números naturales
                              - Subnivel o subcapa de Energía      desde (n-1)




                                                                                       CIC JULIO SÁNCHEZ
          azimutal




m: nº cuántico magnético      - Orientación espacial del orbital   Números enteros
                              - Energía en presencia de un campo   desde 
                              magnético                            – l a + l




  s: nº cuántico de spin      - Sentido de rotación del electrón         + ½ ó – ½
7.-CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

Escribir la configuración electrónica de un átomo consiste
en indicar cómo se distribuyen sus electrones entre los
diferentes orbitales en las capas principales y las
subcapas. Muchas de las propiedades físicas y químicas de




                                                         CIC JULIO SÁNCHEZ
los elementos pueden relacionarse con las configuraciones
electrónicas.
Esta distribución se realiza apoyándonos en tres reglas:
energía de los orbitales, principio de exclusión de Pauli y
regla de Hund.

1.-Los electrones no se distribuyen al azar en los
diferentes orbitales atómicos, sino que lo hacen de forma
que la energía del átomo sea la menor posible, siguiendo el
principio de mínima energía.
Existe una regla mnemotécnica que permite saber el oren de
energía de los orbitales. Esta regla se conoce como REGLA
DE MADELUNG
La energía de un orbital es proporcional a la suma de los
números cuánticos principal y azimutal: n + l
Si la suma anterior es igual, tendrá menor energía el orbital




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
de menor valor de número cuántico principal.
2.  Principio de exclusión de Pauli.
En un átomo no puede haber dos electrones con los cuatro
número cuánticos iguales.

Los tres primeros número cuánticos, n, l y ml determinan un
orbital específico. Dos electrones, en un átomo, pueden tener




                                                            CIC JULIO SÁNCHEZ
estos tres números cuánticos iguales, pero si es así, deben
tener valores diferentes del número cuántico de espín.

Podríamos expresar esto diciendo lo siguiente: en un orbital
solamente puede estar ocupado por dos electrones y estos
electrones deben tener espines opuestos.

3.  Regla de Hund.
Al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los
cincoi orbitales d, o los siete orbitales f) los electrones se
distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos,
es decir, desapareados.
PARTÍCULAS
 PARTÍCULAS                                                                   NÚCLEO = Zona
                                                                               NÚCLEO = Zona
 FUNDAMENTALES 
 FUNDAMENTALES
  
                                                                              central del átomo donde
                                                                               central del átomo donde
  Partícula              Carga                  Masa                          se encuentran protones yy
                                                                               se encuentran protones
                                                                              neutrones
                                                                               neutrones
                       +1
                        unidad              1unidad atómica de
      PROTÓN        electrostática de      masa                      1
  p+                carga = 1,6. 10-19 C   (u.m.a.) =1,66 10-27kg    1   p    CORTEZA =Zona que
                                                                               CORTEZA =Zona que
                                            
                                                                              envuelve al núcleo donde
                                                                               envuelve al núcleo donde
                                            1unidad atómica de                se encuentran
                                                                               se encuentran




                                                                                                    CIC JULIO SÁNCHEZ
   
                      0no tiene carga                                1
      NEUTRON
      n             eléctrica, es neutro
                                           masa
                                           (u.m.a.) =1,66 10-27 kg   0   n    moviéndose los
                                                                               moviéndose los
                                            
                                                                              electrones
                                                                               electrones
                                           Muy pequeña y por
                      -1
                       unidad              tanto despreciable         0
  ELECTRÓN          electrostática de      comparada con la de p+    −1   e
  e-                carga =-1,6. 10-19C    y n 1/1840 umas
                                            
                                            

Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los
 Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los
electrones son los responsables de las propiedades químicas.
 electrones son los responsables de las propiedades químicas.

NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo.
 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
 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
 un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo tanto, tienen el
mismo número atómico.
 mismo número atómico.
NÚMERO MÁSICO (A) aala suma de los protones yylos neutrones que tiene un átomo.
 NÚMERO MÁSICO (A) la suma de los protones los neutrones que tiene un átomo.
Es el número entero más próximo aala masa del átomo medida en unidades de masa
 Es el número entero más próximo la masa del átomo medida en unidades de masa
atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada).
 atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada).
ISÓTOPOS aa átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de
 ISÓTOPOS átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de
neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número
 neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número
másico(A).
 másico(A).
                                                    Cuando un elemento está formado
                    35                    37




                                                                                  CIC JULIO SÁNCHEZ
 Por ejemplo:
                    17   Cl               17   Cl   por varios isótopos, su masa
                                                    atómica se establece como una
                                                    media ponderada de las masas de
                                                    sus isótopos
Un átomo se representa por:
                                                                          A
Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera mayúscula que
derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He....
                                                                          Z   E
Su número atómico (Z) que se escribe abajo a la izquierda.
Su número másico (A) que se escribe arriba a la izquierda.
IONES aa átomos oo grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han
 IONES átomos grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han
ganado ooperdido electrones. Pueden ser:
 ganado perdido electrones. Pueden ser:
CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
 CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
ANIONES si poseen carga negativa yy, ,por tanto, se han ganado electrones.
 ANIONES si poseen carga negativa      por tanto, se han ganado electrones.

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Tema 2 completo

  • 1. CIC JULIO SÁNCHEZ TEMA 1 Modelos atómicos
  • 2. 1.- ESTRUCTURA DE LA MATERIA: PARTÍCULAS ELEMENTALES Desde mediados del siglo XIX se conocía que al aplicar una elevada diferencia de potencial ( unos miles de voltios) entre los electrodos de tubo de vacío que contuviera un gas , se producían luces de color característico según el CIC JULIO SÁNCHEZ gas empleado
  • 3. Pero sí la presión del gas era lo suficientemente baja, el interior del tubo quedaba completamente oscuro, mientras aparecía una tenue fluorescencia en la pared del tubo opuesta al cátodo o electrodo negativo. Se comprobó que la originaba una radiación invisible de naturaleza desconocida que procedía del cátodo , a la que CIC JULIO SÁNCHEZ se denominó rayos catódicos En 1897 Thomson descubrió que esa radiación estaba formada por materia y que se desviaban en presencia de campos eléctricos y magnéticos en la dirección que se esperaba para partículas con carga negativa ( electrones)
  • 4. Además Thomson determino la relación carga/masa , Experimento con distintos gases y observó que los electrones están presentes en todas las sustancias y que su CIC JULIO SÁNCHEZ masa era unas mil veces menor que la masa del átomo Millikan midió con el famoso experimento de la gota de aceite la carga de esas partículas a las que llamamos electrones
  • 5. CIC JULIO SÁNCHEZ La experiencia consiste en introducir en un gas, por medio de un atomizador, gotitas de aceite de un radio del orden de un micrómetro. Estas gotitas caen muy lentamente, con movimiento uniforme, con su peso compensado por la viscosidad del medio. Las gotas se cargan electrostáticamente al salir del atomizador por lo que su movimiento de caída se altera fuertemente si se hace actuar un campo eléctrico vertical. Ajustando convenientemente el campo, puede lograrse que la gota permanezca en suspensión. Conociendo el valor m de la masa de la gota, la intensidad E del campo eléctrico y el valor g de la gravedad, puede calcularse la carga q de la gotºa en equilibrio: mg = qE
  • 6. Goldstein, en 1886, había descubierto que en los tubos de descarga se producían rayos en dirección opuesta a los rayos catódicos. CIC JULIO SÁNCHEZ Los estudió de manera análoga a los anteriores, con ayuda de un cátodo perforado, y, sometiéndolos a la acción de campos eléctricos y magnéticos, comprobó que los llamados entonces rayos canales tenían una relación masa/carga que dependía de la naturaleza del gas presente en el tubo de descarga, siendo mínima cuando dicho gas era el hidrógeno. En este caso, a las partículas constitutivas de dichos rayos se les denominó protones.
  • 7. Para el helio, se encontró una relación masa/carga que era el doble de la anterior, lo que implicaba que, o bien las partículas positivas eran diferentes, o bien existían otras, ausentes en el hidrógeno, de carga nula y de masa parecida a los protones. Esto último se confirmó en 1932 cuando Chadwick descubrió el neutrón. CIC JULIO SÁNCHEZ Al estudiar la emisión de partículas por parte de los núcleos de berilio cuando este se irradiaba con rayos alfa
  • 8. 2.- modelos atómicos de Thomson y Rutherford Thomson realizó experimentos de bombardeo de partículas α sobre finas láminas de oro y observó que las partículas eran desviadas cuando atravesaban el metal Thomson imaginó entonces el átomo como una esfera CIC JULIO SÁNCHEZ material de electricidad positiva dentro de la cual como muy pequeños gránulos se encontrarían los electrones en número suficiente para que el átomo fuera neutro
  • 9. El primer modelo precursor de la concepción actual fue dado por Rutherford en 1911, , para enunciar su modelo, se basó en una observación previa realizada por él mismo, consistente en bombardear láminas finísimas, de unos 400 Ă de CIC JULIO SÁNCHEZ espesor, de diversos metales (oro, plata...) con partículas α (He2+). La mayoría atravesaban las láminas sin desviarse, unas pocas se desviaban a diversos ángulos y solamente una pequeña parte, aproximadamente una de cada 20000, se reflejaban en la lámina.
  • 10. De ahí se deduce que estas partículas apenas encuentran obstáculos en su camino y que, por tanto, la mayor parte del volumen de un átomo está vacío. Basándose en las medidas cuantitativas de las desviaciones, Rutherford postuló el siguiente modelo: El átomo está constituido por un núcleo en el que se encuentra localizada CIC JULIO SÁNCHEZ la casi totalidad de la masa atómica y toda la carga positiva. En torno a este núcleo, y a grandes distancias de él, giran los electrones en la corteza gracias a la acción de las fuerzas electrostáticas. Según los resultados de Rutherford, el tamaño de la corteza es unas cien mil veces mayor que el del núcleo. Además, con el fin de que el átomo sea eléctricamente neutro, el número de cargas positivas del núcleo ha de ser igual al de electrones.
  • 11. Cuantitativamente, el radio de las órbitas electrónicas se puede calcular de un modo aproximado. Consideremos un átomo con Z cargas positivas y un solo electrón, (como H, He+, Li2+, Be+3). Puesto que la atracción electrostática y la fuerza centrípeta vienen dada por: CIC JULIO SÁNCHEZ y donde R es el radio de la órbita y m, e y v son, respectivamente, la masa, la carga y la velocidad del electrón, se tiene, igualando ambas expresiones y despejando:
  • 12. Este modelo tiene algunos errores graves. -De acuerdo con la teoría electromagnética clásica, una carga eléctrica en movimiento circular debe emitir radiación y, por ello, perder energía. Según la expresión anterior, si pierde energía debe disminuir R, por lo que, CIC JULIO SÁNCHEZ eventualmente, el electrón caerá sobre el núcleo. - en el modelo hay continuidad geométrica y energética, es decir, cualquier valor de R y de E son posibles, lo que está en manifiesta contradicción con los espectros atómicos. -Por otra parte, en tiempos de Rutherford no se conocían los neutrones, y no se incluyen en el modelo.
  • 13. 3.- Conceptos previos al modelo de Bohr 3.1 ondas electromagnéticas Propagan energía a través del espacio mediante la vibración de un campo eléctrico y uno magnético perpendiculares CIC JULIO SÁNCHEZ Λ= longitud de onda: es la distancia mínima entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración. Se mide en metros ν= frecuencia es el número de veces que la onda vibra en un segundo. Se mide en s-1 o Hz
  • 14. T= periodo. Es el tiempo que tarda en realizar una vibración. Se mide en segundos C= velocidad. En el vacío es 3.108m/s Se cumple que c= λ . ν = λ / T CIC JULIO SÁNCHEZ 3.2 ESPECTROS ATÓMICOS Se denomina espectro a la descomposición de una onda compuesta en ondas simples Cuando a los elementos en estado gaseoso se les suministra energía (descarga eléctrica, calentamiento...) éstos emiten radiaciones de determinadas longitudes de onda.
  • 15. 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. Igualmente, si una luz continua atraviesa una sustancia, ésta absorbe unas determinadas radiaciones que aparecen como rayas negras en el fondo continuo (espectro de absorción). CIC JULIO SÁNCHEZ
  • 16. Las diferentes líneas que aparecieron en el espectro del hidrógeno se podían agrupan en diferentes series cuya longitud de onda es más parecida: Serie Lyman: zona ultravioleta del CIC JULIO SÁNCHEZ espectro. Serie Balmer: zona visible del espectro. Serie Paschen zona infrarroja del espectro. Serie Bracket: zona infrarroja del espectro. Serie Pfund: zona infrarroja del espectro.
  • 17. La relación entre las longitudes de onda de las distintas rayas del espectro del hidrógeno viene dada por la Ley de Rydberg: 1  1 1 = R×  2 − 2 ÷ CIC JULIO SÁNCHEZ λ  n1 n2  Donde n1 y n2 son números naturales, cumpliéndose siempre que  n2 > n1, con lo que el paréntesis queda positivo. R es una constante llamada constante de Rydberg cuyo valor es: R = 1,0968 x 107 m–1. Si n1 = 1; n2 = 2, 3, 4, 5, ... Serie Lyman Si n1 = 2; n2 = 3, 4, 5, 6, ... Serie Balmer Si n1 = 3; n2 = 4, 5, 6, 7, ... Serie Paschen Si n1 = 4; n2 = 5, 6, 7, 8, ... Serie Bracket Si n1 = 5; n2 = 6, 7, 8, 9, ... Serie Pfund
  • 19. 3.3 TEORÍA DE PLANCK Sabemos que la materia está dividida en unas partículas mínimas, los átomos, de forma que cualquier cantidad de materia será siempre un número entero de átomos. La teoría cuántica de Planck extiende esta idea a la energía: cuando una CIC JULIO SÁNCHEZ 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); de esta forma, cualquier cantidad de energía que se emita o se absorba deberá ser un número entero de cuantos.
  • 20. 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=hν h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Julios · segundo CIC JULIO SÁNCHEZ ν: frecuencia de la radiación (es un parámetro que sirve para diferenciar a unas radiaciones de otras). 4.- MODELO DE BOHR Böhr planteó unos postulados que no estaban demostrados en principio, pero que después llevaban a unas conclusiones que sí eran coherentes con los datos experimentales; es decir, la justificación experimental de este modelo es a posteriori.
  • 21. Primer postulado El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares estacionarias sin emitir energía radiante. La idea de que "el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares" existía ya en el CIC JULIO SÁNCHEZ modelo de Rutherford, pero Böhr supone que, por alguna razón desconocida por el momento, el electrón está incumpliendo las leyes del electromagnetismo y no emite energía radiante, pese a que se trata de una carga eléctrica en movimiento, que debería emitirla continuamente
  • 22. Segundo postulado Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero de h/(2 π ) Puesto que el momento angular se define como L = mvr, tendremos: mvr = n · h/(2 π) —> r = a0 · n2                        CIC JULIO SÁNCHEZ m: masa del electrón = 9.1 ·10-31 kg v: velocidad del electrón r: radio de la órbita que realiza el electrón alrededor del núcleo h: constante de Planck n: número cuántico = 1, 2, 3... a0: constante = 0,529 Å Así, el Segundo Postulado nos indica que el electrón no puede estar a cualquier distancia del núcleo, sino que sólo hay unas pocas órbitas posibles, las cuales vienen definidas por los valores permitidos para un parámetro que se denomina
  • 23. Cuando n = 1, r = ao = 5,2917 · 10-11 m, valor que se corresponde con la distancia del electrón al núcleo en el átomo de hidrógeno en el estado fundamental. Este valor deducido teóricamente se corresponde con los datos experimentales del átomo de hidrógeno y se puede considerar como un éxito del modelo de Bohr. CIC JULIO SÁNCHEZ Las distancias al núcleo de las órbitas superiores permitidas pueden venir expresadas en función del radio de Bohr, así: Estado fundamental, n = 1 r = ao = 5,2917 · 10-11 m 2ª órbita, n = 2 r = ao n2 = 4ao 3ª órbita, n = 3 r = 9ao 4ª órbita, n = 4 r = 16ao
  • 24. 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·f   CIC JULIO SÁNCHEZ 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 de absorción (o de emisión).
  • 25. Aciertos del modelo de Bohr: a) Permite deducir valores para los radios de las órbitas y para sus energías b) Posibilita la deducción teórica de la fórmula de Balmer y Rydberg CIC JULIO SÁNCHEZ c) Proporciona valores de frecuencia y energías muy acordes con los hallados experimentalmente Errores del modelo de bohr a) Mezcla mecánica cuántica con la física clásica b) Las órbitas tienden a ser elipticas c) Sólo aplicable al atomo de hidrógeno y a iones hidrogenoides
  • 26. d) Los avances en espectroscopia mostraron nuevas rayas en los espectros que el modelo de Bohr no conseguía explicar Por ejemplo el desdoble de las rayas en presencia de un campo magnético conocido como efecto Zeeman CIC JULIO SÁNCHEZ 4.1 modelo atómico de Bohr-Sommerfeld 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.      
  • 27.  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), CIC JULIO SÁNCHEZ 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 5.- Antecedentes a la teoría mecanocuántica 5.1 Efecto fotoeléctrico La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs.
  • 28. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son: -Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética CIC JULIO SÁNCHEZ por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación. - La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.
  • 29. Einstein explicó las características del efecto fotoeléctrico, suponiendo que cada electrón absorbía un cuanto de radiación o fotón. La energía de un fotón se obtiene multiplicando la constante h de Planck por la frecuencia f de la CIC JULIO SÁNCHEZ radiación electromagnética. E=hf Si la energía del fotón E, es menor que la energía de arranque W , no hay emisión fotoeléctrica. En caso contrario, si hay emisión y el electrón sale del metal con una energía cinética Ec igual a E-W. o lo que es lo mismo: h.f= W+ 1/2me.v2 Como cada electrón emitido toma la energía de un único fotón, concluimos que el número de electrones emitidos en la unidad de tiempo es proporcional a la intensidad de la luz que ilumina la placa
  • 30. 5.2.- Dualidad onda-corpúsculo de De Broglie En 1924 De Broglie unifica la dos teorías existentes sobre la luz, la clásica que consideraba a la luz como una onda ( interferencias, expansion de la luz…) y la CIC JULIO SÁNCHEZ corpuscular de Einstein. Además no solo lo aplico a los fotones de luz sino a cualquier tipo de partícula incluida el electrón “Cada partícula lleva asociada una onda” cuya longitud es: h λ= m ×v
  • 31. En 1927 Davisson y Germer consiguieron la difracción de los electrones que es un fenómeno típico de las ondas confirmando la teoría de de Broglie CIC JULIO SÁNCHEZ 5.3 Principio de incertidumbre (Heisenberg/1927). Esta doble condición electrónica de onda y corpúsculo ocasionó un problema sobre la posición del mismo, ya que no tiene demasiado sentido hablar de la posición de una onda. “
  • 32. Es imposible conocer simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula”. h ∆x · ∆p ≥ 4π CIC JULIO SÁNCHEZ siendo ∆x la incertidumbre en la posición y ∆p la incertidumbre en la cantidad de movimiento. De esta manera, la idea de órbita perfectamente definida se sustituye por la idea de orbital que sería la zona del espacio alrededor del núcleo atómico en donde existiría la máxima probabilidad de encontrar un electrón.
  • 33. 6.- MODELO MECANOCANTICO DEL ÁTOMO Puesto que el electrón tiene una naturaleza ondulatoria y el principio de incertidumbre de Heisenberg impide conocer su posición y velocidad, no puede hablarse de órbitas del electrón. CIC JULIO SÁNCHEZ Para explicarlo surgen dos nuevos modelos basados en la mecánica cuántica y que llegan a los mismos resultados La mecánica matricial de Heisenberg explica los niveles energéticos del electrón en términos puramente numéricos. Utilizando matrices para su resolución La mecánica ondulatoria de Schrodinger describe al electrón como una onda
  • 34. En 1926 Schrödinger propuso una ecuación, la ecuación de Schrödinger, que permite obtener toda la información que es posible saber del electrón: CIC JULIO SÁNCHEZ La resolución de la ecuación de Schrödinger permite obtener la energía del electrón, E y la función de onda que lo describe, Ψ tanto una como otra dependen de tres números, los números cuánticos, que ya aparecían en el modelo de Bohr - Sommerfeld, aunque de forma arbitraria.
  • 35. La función de ondas de un electrón, Ψ, obtenida al resolver la ecuación de Schrödinger, es una función compleja. Los valores que se obtienen son valores con una parte real y otra imaginaria, no tiene, por lo tanto, sentido físico. El cuadrado del módulo de la función de onda, que se CIC JULIO SÁNCHEZ obtiene multiplicando la función por su conjugada, es la probabilidad de encontrar en un determinado lugar el electrón Se puede, sin embargo, representar en el espacio los lugares en los que es más probable encontrar al electrón, los lugares en los que Ψ2 tiene mayor valor, obteniéndose un volumen de espacio en torno al núcleo atómico que se conoce como orbital.
  • 36. Los orbitales atómicos, los lugares donde es más probable hallar al electrón, vienen determinados por tres números cuánticos, números que definen la forma y tamaño del orbital y los valores de algunas propiedades físicas. Número cuántico principal “n” CIC JULIO SÁNCHEZ Toma valores enteros: 1,2,3... A mayor n más lejos se encuentra del núcleo la región de mayor densidad electrónica. A mayor n el electrón tiene mayor energía y se encuentra menos “atado” al núcleo. Número cuántico del momento angular ó azimutal ó secundario  : "l  " Depende de “n” y toma valores enteros  de 0 a (n-1) . Así para n=1 sólo hay un valor posible 0. Para n=2 hay dos valores de l: 0 y 1. Para n=3 hay tres valores posibles: 0, 1 y 2.
  • 37. Generalmente el valor de l se representa por una letra en vez de por su valor numérico: l=0 s l=1 p l=2  d l=3 f Define la forma del orbital y el subnivel energético CIC JULIO SÁNCHEZ El número cuántico magnético “ml” El valor del número cuántico magnético depende de l    . Toma valores enteros entre -l y l , incluyendo el 0. Para cierto valor l hay (2 l +1) valores de ml Describe la orientación del orbital en el espacio.  
  • 38. Al incorporar la teoría de la relatividad a la mecánica ondulatoria surge un nuevo número cuántico: El número cuántico de spin “s” determina el sentido de giro del electrón y sólo puede tomar dos valores +1/2 y – 1/2 CIC JULIO SÁNCHEZ 6.2 forma y tamaño de los orbitales La probabilidad de encontrar al electrón en una zona del espacio del 99% es lo que denominamos orbital cuyo tamaño depende del número cuántico n y su forma depende de l Los orbitales s ( l=o) tienen forma esférica
  • 39. Los orbitales p (l=1) están formados por dos lóbulos que se proyectan en cada eje y la unión de ambos lóbulos coincide con el núcleo CIC JULIO SÁNCHEZ Los orbitales d (l=2) también están formados por lóbulos. Hay cinco tipos de orbitales d (que corresponden a m=-2, -1, 0, 1, 2) 
  • 40. Los orbitales f (l=3) también tienen un aspecto multilobular. Existen siete tipos de orbitales f (que corresponden a m=-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3). CIC JULIO SÁNCHEZ
  • 41. Nº CUÁNTICO SIGNIFICADO/S VALORES - Distancia promedio al núcleo n: nº cuántico principal - Nivel o capa de Energía Números naturales del 1 al 7 l: nº cuántico secundario o - Forma del orbital Números naturales - Subnivel o subcapa de Energía desde (n-1) CIC JULIO SÁNCHEZ azimutal m: nº cuántico magnético - Orientación espacial del orbital Números enteros - Energía en presencia de un campo desde  magnético – l a + l s: nº cuántico de spin - Sentido de rotación del electrón + ½ ó – ½
  • 42. 7.-CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS Escribir la configuración electrónica de un átomo consiste en indicar cómo se distribuyen sus electrones entre los diferentes orbitales en las capas principales y las subcapas. Muchas de las propiedades físicas y químicas de CIC JULIO SÁNCHEZ los elementos pueden relacionarse con las configuraciones electrónicas. Esta distribución se realiza apoyándonos en tres reglas: energía de los orbitales, principio de exclusión de Pauli y regla de Hund. 1.-Los electrones no se distribuyen al azar en los diferentes orbitales atómicos, sino que lo hacen de forma que la energía del átomo sea la menor posible, siguiendo el principio de mínima energía.
  • 43. Existe una regla mnemotécnica que permite saber el oren de energía de los orbitales. Esta regla se conoce como REGLA DE MADELUNG La energía de un orbital es proporcional a la suma de los números cuánticos principal y azimutal: n + l Si la suma anterior es igual, tendrá menor energía el orbital CIC JULIO SÁNCHEZ de menor valor de número cuántico principal.
  • 44. 2.  Principio de exclusión de Pauli. En un átomo no puede haber dos electrones con los cuatro número cuánticos iguales. Los tres primeros número cuánticos, n, l y ml determinan un orbital específico. Dos electrones, en un átomo, pueden tener CIC JULIO SÁNCHEZ estos tres números cuánticos iguales, pero si es así, deben tener valores diferentes del número cuántico de espín. Podríamos expresar esto diciendo lo siguiente: en un orbital solamente puede estar ocupado por dos electrones y estos electrones deben tener espines opuestos. 3.  Regla de Hund. Al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cincoi orbitales d, o los siete orbitales f) los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, desapareados.
  • 45. PARTÍCULAS PARTÍCULAS NÚCLEO = Zona NÚCLEO = Zona FUNDAMENTALES  FUNDAMENTALES         central del átomo donde central del átomo donde Partícula    Carga    Masa se encuentran protones yy se encuentran protones neutrones neutrones      +1 unidad  1unidad atómica de     PROTÓN electrostática de masa 1 p+ carga = 1,6. 10-19 C (u.m.a.) =1,66 10-27kg 1 p CORTEZA =Zona que CORTEZA =Zona que   envuelve al núcleo donde envuelve al núcleo donde    1unidad atómica de se encuentran se encuentran CIC JULIO SÁNCHEZ     0no tiene carga 1     NEUTRON n eléctrica, es neutro masa (u.m.a.) =1,66 10-27 kg 0 n moviéndose los moviéndose los   electrones electrones     Muy pequeña y por       -1 unidad tanto despreciable 0 ELECTRÓN electrostática de comparada con la de p+ −1 e e- carga =-1,6. 10-19C y n 1/1840 umas     Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los electrones son los responsables de las propiedades químicas. electrones son los responsables de las propiedades químicas. NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo. 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 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 un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo tanto, tienen el mismo número atómico. mismo número atómico.
  • 46. NÚMERO MÁSICO (A) aala suma de los protones yylos neutrones que tiene un átomo. NÚMERO MÁSICO (A) la suma de los protones los neutrones que tiene un átomo. Es el número entero más próximo aala masa del átomo medida en unidades de masa Es el número entero más próximo la masa del átomo medida en unidades de masa atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada). atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada). ISÓTOPOS aa átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de ISÓTOPOS átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número másico(A). másico(A). Cuando un elemento está formado 35 37 CIC JULIO SÁNCHEZ Por ejemplo: 17 Cl 17 Cl por varios isótopos, su masa atómica se establece como una media ponderada de las masas de sus isótopos Un átomo se representa por: A Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera mayúscula que derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He.... Z E Su número atómico (Z) que se escribe abajo a la izquierda. Su número másico (A) que se escribe arriba a la izquierda. IONES aa átomos oo grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han IONES átomos grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han ganado ooperdido electrones. Pueden ser: ganado perdido electrones. Pueden ser: CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones. CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones. ANIONES si poseen carga negativa yy, ,por tanto, se han ganado electrones. ANIONES si poseen carga negativa por tanto, se han ganado electrones.