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7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Tema 1. Estructura Atmica
1. Partculas fundamentales1.1. Introduccin1.2. Evolucin de la Teora Atmica1.3. Nmero atmico. Neutrones. Nmero msico.1.4. Istopos
2. Estructura electrnica de los tomos2.1. Radiacin electromagntica2.2. Espectros atmicos2.3. Hiptesis de Planck2.4. El Efecto fotoelctrico
2.5. Dualidad Onda-Corpsculo2.6. El tomo de Bohr2.7. Mecnica Cuntica2.8. Nmeros cunticos y orbitales atmicos2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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El hecho de que el Universo seencuentre an en expansin, significa
que en un principio toda la materia
que lo constitua estaba concentrada en
un punto y que, en un momento dado,
se produjo la gran explosin Big Bang, a
partir de la cual comenz su desarrollo.Se sabe que ese momento fue hace unos
15000 millones de aos. Se alcanzaron
temperaturas de 109K generndose
partculas elementales con demasiada
energa cintica para unirse. Con el pasodel tiempo y consiguiente enfriamiento
de stas, se unieron para ir formando,
partculas fundamentales y stas los
tomos.
1. Partculas fundamentales
Tema 1. Estructura Atmica 2
1.1. Introduccin
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Partculas Fundamentales
Son aquellas partculas que constituyen el tomo.
Las hay elementales e) y no elementales p, n)
electrn e) -1,602.10
-19
C, -1
neutrn n) 0, 0
protn p) +1,602.10
-19
C, +1
Tema 1. Estructura Atmica 3
1.1. Introduccin
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1.2. Evolucin Teora Atmica
Dalton (1808): Elementos formados por tomos.
Thomson (1897): Descubri los electrones.
Tema 1. Estructura Atmica4
La imagen del tomo expuesta por Dalton en su teora atmicaes la deminsculas partculas esfricas, indivisibles e inmutables, iguales entre s en
cada elemento qumico.
Un objeto colocado en la trayectoria de los rayos produce sombra
Son desviados por
un campo elctricoy en un campo
magntico
Son capaces de
hacer girar una
pequea rueda de
paletas
Tienen carga
Tienen masa
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Tema 1. Estructura Atmica 5
Thomson determin la relacin
carga masa m/e = -5,685710-9
Gramos/Culombio .
De este descubrimiento dedujo
que el tomo deba de ser una
esfera de materia cargada
positivamente, en cuyo interior
estaban incrustados los electrones.
Los electrones son partculas fundamentales presentes en
todos los tomos
1.2. Evolucin Teora Atmica
PUDIN DE
CIRUELAS
Thomson (1897): Descubri los electrones.
La carga del electrn Experimento de la gota de aceite
de Mullikan (1909)qe= -1,60210
-19 C
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Tema 1. Estructura Atmica 6
Rutherford (1910). El tomo nuclear.
Fuente departculas alfa
Partculas alfa
Lmina de oro
Pantallafluorescente
tomo de oro
Ncleo del tomo de oro
Partculas alfa
1.2. Evolucin Teora Atmica
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Tema 1. Estructura Atmica 7
1.2. Evolucin Teora Atmica
Rutherford (1910). El tomo nuclear.
Fuera del ncleo existen tantoselectrones como unidades de carga
positiva hay en el ncleo. El tomo eselctricamente neutro.
Calcul que el radio atmico, segn losresultados del experimento, era diez mil
veces mayor que el radio del ncleo
mismo, lo que implicaba un gran espacio
vaco en el tomo.
El tomo contiene un ncleo atmico donde se concentra la carga positiva,los protones.
Los electrones estn esparcidos alrededor del ncleo y a cierta distancia de l.
La magnitud de la carga positiva es diferente para los distintos tomos.
Rutherford predijo tambin la existencia de partculas fundamentaleselctricamente neutras. Pero fue Chadwick en 1932 quien demostr la existencia
de los neutrones, partculas neutras con masa, completando el modelo.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Tema 1. Estructura Atmica 8
Bohr (1913):Los electrones describen rbitas circulares en torno al ncleo.
1.2. Evolucin Teora Atmica
No todas las rbitas estn permitidas para el electrn. (Cuantizacin de la Energa).
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Cada elemento qumico tiene un nombre y un smbolo qumico.
El smbolo qumico del elemento E.
El nmero de protones en el ncleo recibe el nombre de nmero
atmico y se denota con la letra Z.
Puesto que el tomo es elctricamente neutro, el nmero atmico o
nmero de protones coincide con el nmero de electrones.
El nmero total de protones y neutrones se denomina nmero
msico y se designa con la letra A.
El nmero de neutrones ser por tanto A-Z.
1.3 Nmero atmico. Neutrones. Nmero de masa.
Z: nmero atmico = p = e
A: nmero msico = p+n
p = Ze = Z
n = A-Z
Tema 1. Estructura Atmica 9
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Carbono
Uranio
1.4. Istopos
Tema 1. Estructura Atmica 10
La mayora de los elementos consisten en
tomos de masas diferentes llamadosistopos.
63 6 3
935 9
38
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Los istopos de un elemento dado contienen el mismo nmero de
protones y electrones, es decir, tienen el mismo nmero atmico Z.
Difieren sin embargo en su masa porque tienen distinto nmero deneutrones.
Hidrgeno o Protio (99,985%)
Deuterio (0,014%)
Tritio (0,001%)
Abundancia natural
Tema 1. Estructura Atmica 11
1.4. Istopos
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Abundancia isotpica
La masa de un tomo individual no puede determinarse sumando las masasde sus partculas fundamentales. Se realiza experimentalmente utilizando un
espectrmetro de masas que mide la relacin carga/masa de partculascargadas.
Forma de determinar la masa de cada uno de los istopos y suabundancia.
Tema 1. Estructura Atmica 12
1.4. Istopos
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Espectro de masas del Cl
Abundancia natural35Cl 75,77 %37Cl 24,23 %
Espectro de masas del Br
Abundancia natural
79Br 50,69%81Br 49,31%
Tema 1. Estructura Atmica 13
1.4. Istopos
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La escala de masas atmicas se basa en la masa del istopo decarbono-12 por convenio internacional. Al que se asigna una masa de
12 unidades de masa atmica (12 u).
Excepto para el carbono, las masas atmicas reales para los tomos(en unidades, u), nunca son nmeros enteros, aunque tienen unnmero prximo a su nmero de masa.
Escala de masas atmicas
Ejemplo: Calcular la masa del istopo oxgeno-16.
A partir de los datos del espectrmetro de masas se calcula la
razn de16O y12C que resulta ser 1,33291 .
Tema 1. Estructura Atmica 14
Muy prximo a 16
1.4. Istopos
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La masa atmica de un elemento es la media de las masas isotpicas,
ponderada de acuerdo a las abundancias en la naturaleza de los istopos delelemento. Se calcula teniendo en cuenta todos los istopos del elemento.
Masa atmica de un elemento
Masa at.
de un =elemento (
masa delistopo 1
Abundanciafraccional 1)
+
( )masa delistopo 2
Abundanciafraccional 2
+
Contribucin istopo 1 Contribucin istopo 2
Abundancia fraccional = porcentaje de abundancia dividido por 100
Tema 1. Estructura Atmica 15
1.4. Istopos
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35Cl: 75% abundancia 37Cl: 25% abundancia
Clculo de Masa Atmica de un elemento
(3575100) + (37
25100 )
Masa at. del Cl =
26,25+
9,25Masa at. del Cl =
35,5
asa at. del Cl =
Masa atmica ponderada del Cloro
Tema 1. Estructura Atmica 16
1.4. Istopos
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RESUMEN
El nmero atmico Z :Es un nmero entero igual al nmero de protones en el ncleo del
tomo.
Tambin es el nmero de electrones en un tomo neutro.
Es el mismo para todos los tomos de un mismo elemento.
El nmero msico A:
Es un nmero entero igual a la suma del nmero de protones y
neutrones del ncleo de un tomo, de un istopo particular de un
elemento.
Es diferente para los distintos istopos de un mismo elemento.
La masa atmica es la media ponderada de las masas de los istopos. Sonpor tanto nmeros fraccionarios, no enteros. (Muchos elementos aparecen
en la naturaleza como mezclas de istopos).
Tema 1. Estructura Atmica 17
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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La longitud ) de onda se define
como la distancia entre dos puntos
idnticos adyacentes en la onda.
La frecuencia ) es el nmero de
crestas de onda que pasan por un
punto dado en la unidad de tiempo.
La amplitud A) es la altura mxima
de la onda por encima de la lneacentral o por debajo.
La radiacin electromagntica es una forma de transmisin de energa quepuede describirse en trminos de ondas.
= velocidad de propagacin de la onda
2. Estructura electrnica de los tomos
2.1. Radiacin electromagntica
Tema 1. Estructura Atmica 18
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Tema 1. Estructura Atmica 19
Onda electromagntica
- Es una perturbacin que transmite energa a travs del espacio o un
medio material.
- Se propagan mediante la oscilacin de un campo elctrico y otro
magntico perpendiculares entre s.
2.1 Radiacin electromagntica
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La radiacin electromagntica tiene una velocidad de
propagacin constante en el vaco denominada velocidad de la
luz. c = 2,99.10
8
m/s
c =
El espectro electromagntico recoge los distintos tipos de radiaciones
electromagnticas en funcin de su longitud de onda.
Tema 1. Estructura Atmica 20
2.1 Radiacin electromagntica
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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El espectro electromagntico
La regin visible, que se extiende desde el violeta con la menor longitud
de onda hasta el rojo como longitud de onda ms larga, es nicamente
una pequea regin del espectro.
Tema 1. Estructura Atmica 21
2.1 Radiacin electromagntica
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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2.2 Espectros atmicos
Adems, las ondas electromagnticas de diferente longitud de onda,
aunque tienen la misma velocidad en el vaco, tienen velocidades
ligeramente diferentes en el aire o en otros medios.
Tema 1. Estructura Atmica 22
En un medio como el vidrio la velocidad de la luz es menor que en
el vaco. Como consecuencia la luz es refractada o desviada cuandopasa de un medio a otro.
Espectro continuo
sin = sin
Ley de Snell
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La luz blanca consiste en un nmero elevado de ondas con diferentes .
Cuando un haz de luz blanca pasa a travs de un medio transparente las
diferentes longitudes de onda son refractadas de forma diferente, esdispersada en una banda o espectro de colores. El espectro de la luz
blanca es continuo.
En incandescencia los slidos, lquidos y gases a alta presin dan
espectros continuos.
Tema 1. Estructura Atmica 23
2.2 Espectros atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Sin embargo, cuando a travs de un gas a baja presin en un tubo devaco se pasa una corriente elctrica, la luz que emite el gas se dispersapor un prisma en diferentes lneas (espectro discreto).
Espectro de emisin
De igual forma podemos iluminar un gas con un haz de luz blanca (quecontiene una distribucin continua de longitudes de onda) y analizar el hazque emerge, se observa que solo se han absorbido ciertas longitudes deonda que adems coinciden con las obtenidas en el espectro de emisin.
Espectro de absorcin
Tema 1. Estructura Atmica 24
2.2 Espectros atmicos
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Tema 1. Estructura Atmica 25
Segn Planck la diferencia entre dos de las energas
permitidas de un sistema tiene un valor especfico: cuanto
de energa.
En 1900 Max Planck propuso que la intensidad de la
radiacin emitida por un objeto no aumentaba de
manera indefinida: energa, como la materia, esdiscontinu .
Ecuacin de Planck E =
Hiptesis de Planck: elgrupo de tomos de un objeto caliente debe tener
una energa:: energa
=n h n: nmero entero
: frecuenciah: constante de Planck = 6,62607 x 10-34 J s
2.3. Hiptesis de Planck
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Tema 1. Estructura Atmica 26
El postulado de Planck establece que existe una cantidad discreta de
energa que se pierde o se gana al interactuar una fuente luminosa con los
tomos. La radiacin electromagntica esta cuantizada, solo puede existir
en unidades de tamaollamadas fotones.
2.3. Hiptesis de Planck
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Tema 1. Estructura Atmica 27
2.3. Hiptesis de Planck
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Tema 1. Estructura Atmica 28
En el efecto fotoelctrico se produce un haz deelectrones por accin de la luz sobre la
superficie de algunos metales.
El nmero de electrones emitido depende de laintensidad o brillo de la luz pero no susenergas, que dependen nicamente de lafrecuencia (o color) de la luz.
http://www.einsteinatoz.com/faq.shtml
2.4. El Efecto fotoelctrico
Para explicar este fenmeno Einstein supusoque la radiacin electromagntica tienepropiedades como las partculas y que laspartculas de luz, llamadas fotones tienen unaenerga caracterstica que viene dada por laecuacin de Planck.
=1
2
=
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De Broglie, considerando la naturaleza de la luz, propuso la dualidad onda
corpsculo.Partculas pequeas de materia, como el electrn, pueden mostrar
propiedades de ondas. Es decir, un partcula de masa m y velocidad v tiene
una longitud de onda asociada.
= h/p = h/mv
p = momento de la partcula
h = constante de Planck
Tema 1. Estructura Atmica 29
2.5. Dualidad Onda Corpsculo
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Tema 1. Estructura Atmica 30
Bohr avanz en el modelo atmico utilizando la
hiptesis cuntica de Planck.
2.6. El tomo de Bohr
El electrn se mueve en rbitas circulares alrededordel ncleo.
El electrn solo tiene un conjunto de rbitas
permitidas, llamadosestados estacionarios.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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El espectro del gas hidrgeno ha sido uno de los ms estudiados.Presenta 4 longitudes de onda en el espectro visible.
Rydberg estableci a finales del siglo XIX una ecuacin que relacionaba
las distintas longitudes de onda
1/
= R 1/n
1
2
-1/n
2
2
)
R = 1,097.10
7
m
-1
Constante de
Rydberg
n1y n2nmeros enteros positivos,
donde n2
> n
1
Espectro del tomo de H
Tema 1. Estructura Atmica 31
2.6 El tomo de Bohr
2.6 El tomo de Bohr
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Puesto que la energa esta cuantizada, esdecir, solo son posibles ciertos valores deenerga electrnica, los electrones solo sepueden encontrar en ciertas rbitas.
Cada rbita corresponde a un nivel deenerga definido para el electrn, demodo que cuando un electrn sepromueve de un nivel de energa inferiora un nivel de energa superior absorbeuna cantidad de energa definida o
cuantizada.
Cuando el electrn vuelve a caer al nivelde energa original, emite exactamente lamisma cantidad de energa que absorbi.
Bohr postul que para un tomo dehidrgeno su electrn se encuentra enmovimiento en torno al ncleo enrbitas circulares.
Tema 1. Estructura Atmica 32
2.6 El tomo de Bohr
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Diagrama de niveles de energa para el tomo de hidrgeno
Cuando el electrn cae de las orbitas de nmero ms alto a la
orbitan= 1 emite energa en forma de luz ultravioleta que
produce una serie espectral llamada serie de Lynman.
Si el electrn adquiere
2,179 10-18 J de
energa, se desplaza a laorbita n= , y tiene
lugar la ionizacin del
tomo H.
Las transiciones hastan= 3 dan lugar a lneas espectrales en el
infrarrojo.
Las transiciones electrnicas hasta la orbita n= 2 dan lugar a lneas en la serie
Balmer.
Tema 1. Estructura Atmica 33
2.6 El tomo de Bohr
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Segn Bohr el radio de la rbita circular responda a la frmula:
r = n
2
o
n es un nmero entero positivo (1,2,3..)que describe la rbita
a
o
es el radio de Bohr
La energa potencial del electrn en la rbita (su estabilidad):
E = -1/n
2
[h
2
/8ma
o
]
A mayor valor de n, ms alejada del ncleo se encuentra la rbita y el
radio aumenta a medida que aumenta el cuadrado de n.
2n
1E
2
nr
h constante de Planck;
m
masa del electrn
Tema 1. Estructura Atmica 34
2.6 El tomo de Bohr
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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La energa electrnica aumenta (se hace menos
negativa y menor en magnitud) cuando n aumenta,
es decir, para rbitas alejadas del ncleo, de modo
que en estos niveles el electrn se encuentra en unestado menos estable.
Cuando n = 1, el electrn se encuentra a la distancia ms pequea
posible del ncleo y en su energa ms baja (ms negativa).
Para valores de n muy grandes, cuando n se aproxima a infinito, el
electrn est mucho ms alejado del ncleo, la energa es altaacercndose a 0.
Aunque la teora de Bohr explico satisfactoriamente los espectros delhidrgeno y otras especies con un nico electrn no pudo calcular las
longitudes de onda de los espectros observados para especies ms
complejas.
2n
1E
Tema 1. Estructura Atmica 35
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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2.7. Mecnica cuntica
2.7.1. Necesidad de la Teora Cuntica
2.7.2 . Principios Fundamentales
2.7.3. Descripcin Mecanocuntica del tomo: Ecuacinde Schrdinger
Tema 1. Estructura Atmica 36
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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La fsica clsica no es suficiente para explicar los fenmenos a nivel
atmico y molecular.
De acuerdo con la fsica clsica los electrones estacionarioscargados negativamente deberan ser atrados por el ncleocargado positivamente, lo que sugiere que los electronesdeben tener un movimiento en rbitas determinados.
2.7.1 Necesidad de la Teora Cuntica
El modelo atmico de Rutherford no indica como se ordenanlos electrones alrededor del ncleo.
Tema 1. Estructura Atmica 37
El modelo atmico propuesto por Niels Bohr tambin presentaba graves
limitaciones:
No logra explicar los espectros de tomos polielectrnicos.
Adems, su manera de presentar al electrn como una
simple partcula que gira alrededor del ncleo supone un
problema. El modelo de Bohr no fue ms que un paso
fundamental en el camino del desarrollo de un modelo
mucho ms completo.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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2.7.2. Principios Fundamentales de la Teora Cuntica
Tema 1. Estructura Atmica 38
i. Hiptesis de Planck: Cuantizacin de la Energa
ii. Dualidad Onda-Corpsculoiii. Principio de Incertidumbre de Heisenberg
Las leyes de la fsica clsica permiten, por
ejemplo, determinar el punto exacto en elque aterrizar un cohete despus de lanzarlo,
de modo que cuanto mayor es la precisin
con la que medimos las variables que afectan
a la trayectoria del cohete ms exacto ser el
clculo.
En lo que a partculas subatmicas se refiere las dos variables que
deben medirse son posicin y velocidad.
iii. Principio de Incertidumbre de Heisenberg
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Heinsenberg lleg a la conclusin de que siempre existe incertidumbre enla medida, de modo que es imposible determinar simultneamente elmomento y la posicin de un electrn (o cualquier otra partculasubatmica) con exactitud.
Tema 1. Estructura Atmica 39
2
Imprecisin en la posicin (m)
Imprecisin en el momento = meve(Kgm/s)
De un electrn que
circula en una orbital
de radio rSi medimos
Velocidad v(m/s)
Posicin x(m)
iii. Principio de Incertidumbre de Heisenberg
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Tema 1. Estructura Atmica 40
Ejemplo 1.Suponga que el radio de la rbita que describe el electrn en el tomo H, se hadeterminado con un alto grado de precisin, 1%, encontrando que el radio de larbita es 0,050 nm ( 0,50 ) Qu se sabe respecto a la velocidad?
Ejemplo 2Suponga ahora el caso de una pelota de Tenis, con masa m=200 g que, siendomacroscpica, su posicin la podemos conocer con una precisin x = 0,0001 m ynos interesa saber sobre el error en su velocidad.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Schrdinger, en 1927 obtuvo un gran xito altratar los electrones como una onda material,es decir, como onda y como materia.
2.7.3. Descripcin Mecanocuntica del tomo. Ecuacin de
Schrdinger.
Punto de partida: Mecnica Clsica
Tema 1. Estructura Atmica 41
Schrdinger modifico una ecuacin ya existente de una
onda estacionaria tridimensional imponindole las
restricciones de longitud de onda de De Broglie.
La ecuacin le permiti calcular los niveles de energa para
el tomo de hidrgeno.
2.7.3. Descripcin Mecanocuntica del tomo.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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EV
zyxm
h
2
2
2
2
2
2
2
2
8
H
=E
Las funciones de onda describen los estados disponibles para
el electrn.
Las funciones de onda se denominan orbitales.
Tema 1. Estructura Atmica 42
Las ondas permitidas para los electrones estn descritas por
determinadas ecuaciones cuyas soluciones aceptables se
llaman funciones de onda.
Condiciones que debe cumplir: Continua, Unvoca y estar
normalizada.
2.7.3. Descripcin Mecanocuntica del tomo.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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(psi) funcin de onda, es una funcin matemtica sinsentido fsico. La densidad de probabilidad electrnicao la probabilidad de encontrar a un electrn en un
punto del tomo viene dada por el cuadrado de lafuncin de onda y es proporcional a r22, donde r esla distancia al ncleo.
El procedimiento matemtico para obtener funciones
de onda aceptables requiere el uso de determinados
parmetros denominados nmeros cunticos.
Un orbital atmico es la regin del espacio en la quela probabilidad de encontrar al electrn es alta, en untomo los orbitales atmicos tomados conjuntamentepueden representarse como una nube difusa deelectrones.
Tema 1. Estructura Atmica 43
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Los nmeros cunticos se usan para designar las configuraciones
electrnicas de los tomos.
Describe el nivel de energa que ocupa el electrn, puede sercualquier nmero entero positivo.
n = 1, 2, 3, 4, ...
Tema 1. Estructura Atmica 44
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
Nmero cuntico principal
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
45/64
El valor de l designa un subnivel, cada valor se denota poruna letra.
l = 0, 1, 2, 3, ... n-1)
s, p, d, f, ...
Nmero cuntico
secundario o azimutal
Designa la regin del espacio que ocupa el electrn. Es la
forma del orbital.
En cada nivel de energa definido por el valor de n, (el
nmero cuntico principal) l puede tomar valores enteros
desde 0 hasta n-1.
Tema 1. Estructura Atmica 45
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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Existen tres regiones en el espacio distintas asociadas a unsubnivel p, se denominan orbitales p
x,
p
y
and p
z
.
Nmero cuntico
magntico
En cada subnivel m
puede tomar cualquier valor enterodesde l hasta +l, ambos incluidos.
Por ejemplo, cuando l = 1 que designa el subnivel p haytres valores de m
permitidos 1, 0 and +1,
Tema 1. Estructura Atmica 46
Designa la orientacin espacial de un orbital.
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
47/64
El nmero cuntico de
spin
Tema 1. Estructura Atmica47
Est relacionado con el sentido de giro del electrn sobresu propio eje.Puede tomar dos valores +
Orbitales Atmicos
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
48/64
En la grafica se observan la distribuciones de densidad electrnica asociadas a
orbitales s, la curva de densidad de probabilidad es la misma independientementede la direccin en el tomo, se trata de un orbital esfrico y simtrico, las nubeselectrnicas son tridimensionales.
Para un orbital 1s la mxima probabilidad o mximadensidad de carga se encuentra cerca del ncleo r = 0.
Para el orbital 2s la densidad es ms alta cerca del ncleoa r = 0, cae hasta 0 a una determinada distancia delncleo y vuelve a ascender hasta alcanzar un nuevomximo.
Tema 1. Estructura Atmica48
Orbitaless
(l=0)
O b l (l )2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
49/64
Para un orbital 2p la probabilidad es cero en el ncleo y aumenta hastaun mximo por cada uno de los lados y luego cae con la distancia sobre
una lnea que pasa a travs del ncleo, es decir, a lo largo de los ejesx,y,z.
Tema 1. Estructura Atmica49
Orbitalesp
(l=1)
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
50/64
El nivel de energa de cada orbital atmico en un tomo est
indicado por el nmero cuntico principal n.
El valor n = 1 describe el primer nivel de energa, el ms bajo, estos
niveles se denominan capas electrnicas.
La capacidad electrnica para un nivel dado viene dado por 2n2.
Cada nivel de energa tiene un subnivel s definido por l = 0,
distinguimos, por tanto, entre orbitales en diferentes capas
electrnicas.El orbital 1s indica el orbital s del primer nivel de energa, 2s el orbital
s del segundo nivel, 3s, 4s, etc.
A partir del segundo nivel de energa n = 2 cada nivel contiene
adems un subnivel p, definido por l = 1. 2p, 3p, 4pCada subnivel p consiste en un conjunto de 3 orbitales atmicos p
diferentes , los permitidos por el nmero m
, denominados px, py, pzindicando los ejes a lo largo de los que se dirige cada uno de los tres
orbitales.
Tema 1. Estructura Atmica 50
O b l (l )2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
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En el tercer nivel de energa,
cada nivel contiene un tercersubnivel l = 2, compuesto
por 5 orbitales atmicos d.
m
l
=-2, -1, 0, +1, +2
3d, 4d, 5d
Tema 1. Estructura Atmica51
Orbitalesd
(l=2)
O b l (l )2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
52/64
En el nivel 4 y siguientes hay un cuarto subnivel
l = 3 que contiene un conjunto de siete orbitales atmicos f.
Tema 1. Estructura Atmica52
Orbitalesf
(l=3)
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
53/64
Tema 1. Estructura Atmica53
RESUMEN
Nivel de Energa
n
Nmero de
subniveles por
nivel de energa
Nmero de
orbitales
atmicos n
Nmero mximo
de electrones n
1 1 1 (1s) 2
2 24 (2s, 2px, 2py,
2pz)
8
3 39 (3s, 3px, 3py,
3pz,y 5 orbitales
3d)18
4 4
16 (4s,
4px,4py,4pz, 5orbitales 4dy 7
orbitales 4f)
32
5 5 25 50
2.8. Nmeros Cunticos y Orbitales Atmicos
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
54/64
Los electrones actan como si girasen alrededor de un eje que
pasa por sus centros. Puesto que hay dos posibilidades de giro, el nmero cuntico
tiene dos valores.
Cada espn produce un campo magntico.
Cuando dos electrones tienen espines opuestos la atraccin
debida a sus campos magnticos opuestos ayuda a vencer la
repulsin de sus cargas iguales, lo que permite que dos electrones
ocupen la misma regin del espacio, el mismo orbital.
Tema 1. Estructura Atmica54
El cuarto nmero cuntico, el
espn, puede tomar dos
valores + o - por tanto,
cada orbital atmico tienecapacidad para dos
electrones.
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
55/64
2.9. Configuraciones electrnicas
Cada electrn se describe por un conjunto de nmeroscunticos.
La distribucin electrnica de un tomo se denomina
configuracin electrnica y corresponde al tomo aislado en su
estado de energa ms bajo o menos excitado.
La construccin de las configuraciones electrnicas del estado
fundamental se rige por 3 principios o reglas:
Principio de Aufbau Principio de exclusin de Pauli
Regla de Hund
Tema 1. Estructura Atmica55
P d A fb
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
56/64
Tema 1. Estructura Atmica56
Principio de Aufbau
Los electrones
ocuparn en primer
lugar los diferentes
orbitales en orden
creciente de energas.
Es decir, primero se
ocuparn los orbitalesde menor energa, y as
sucesivamente.
Los orbitales de ms
baja energa son los demenor (n+l) y a igual
valor de (n+l) los de
menor n.
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
57/64
Tema 1. Estructura Atmica57
Principio Aufbau construccin progresiva)
P i i i d l i d P li
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
58/64
En un tomo polielectrnico no puede haber dos
electrones con los 4 nmeros cunticos iguales
El principio de exclusin de Pauli interviene de forma directa en la
construccin de las configuraciones electrnicas.
Tema 1. Estructura Atmica58
Principio de exclusin de Pauli
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
59/64
Tema 1. Estructura Atmica59
Regla de mxima multiplicidad de Hund
La regla de Hund nos dice que los electrones deben ocupar
todos los orbitales de un subnivel dado antes de empezar aaparearse. Se dice que estos electrones desapareados tienen
espines paralelos.
Cuando hay orbitales con la misma
energa (degenerados), los electronesocupan inicialmente estos orbitales
de forma individual (desapareados).
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
60/64
s p
s p
s p s p
s p s p
s p s p
Tema 1. Estructura Atmica60
Cl [N ]3 23 5 17El t C fi i N
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
61/64
17Cl [Ne]3s23p5 17
18Ar [Ne]3s23p6 18
19K [Ar]4s1 19
20Ca [Ar]4s2 20
21Sc [Ar]4s2
3d1
2122Ti [Ar]4s
23d2 22
23V [Ar]4s23d3 23
24Cr [Ar]4s13d5 24
25Mn [Ar]4s23d5 25
26Fe [Ar]4s23d6 26
27Co [Ar]4s23d7 27
28Ni [Ar]4s23d8 28
29Cu [Ar]4s13d10 29
30Zn [Ar]4s23d10 30
31Ga [Ar]4s23d104p1 31
32Ge [Ar]4s2
3d10
4p2
3233As [Ar]4s
23d104p3 33
34Se [Ar]4s23d104p4 34
35Br [Ar]4s23d104p5 35
36Kr [Ar]4s23d104p6 36
Elemento Configuracin.
Notacin
Simplificada
Nmero
atmico
Z
1H 1s1 1
2He 1s2
23Li [He]2s
1 3
4Be [He]2s2 4
5B [He]2s22p1 5
6C [He]2s22p2 6
7N [He]2s22p3 7
8O [He]2s22p4 8
9F [He]2s22p5 9
10Ne [He]2s22p6 10
11Na [Ne]3s1 11
12Mg [Ne]3s2 12
13Al [Ne]3s
2
3p
1
1314Si [Ne]3s
23p2 14
15P [Ne]3s23p3 15
16S [Ne]3s23p4 16
Tema 1. Estructura Atmica61
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
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37Rb [Kr]5s1 37
38Sr [Kr]5s2 38
39Y [Kr]5s24d1 39
40Zr [Kr]5s2
4d2
4041Nb [Kr]5s
24d3 41
42Mo [Kr]5s14d5 42
43Tc [Kr]5s24d5 43
44Ru [Kr]5s14d7 44
45Rh [Kr]5s14d8 45
46Pd [Kr]5s04d10 46
47Ag [Kr]5s14d10 47
48Cd [Kr]5s24d10 48
49In [Kr]5s24d105p1 49
50Sn [Kr]5s24d105p2 50
51Sb [Kr]5s2
4d10
5p3
5152Te [Kr]5s
24d105p4 52
53I [Kr]5s24d105p5 53
54Xe [Kr]5s24d105p6 54
55Cs [Xe]6s1 55
56Ba [Xe]6s2 56
57La [Xe]6s25d1 57
58Ce [Xe]6s2
4f2
5d0
5859Pr [Xe]6s
24f35d0 59
60Nd [Xe]6s24f45d0 60
61Pm [Xe]6s24f55d0 61
62Sm [Xe]6s24f65d0 62
63Eu [Xe]6s24f75d0 63
64Gd [Xe]6s24f85d0 64
65Tb [Xe]6s24f95d0 65
66Dy [Xe]6s24f105d0 66
67Ho [Xe]6s24f115d0 67
68Er [Xe]6s24f125d0 68
69Tm [Xe]6s2
4f13
5d0
6970Yb [Xe]6s
24f145d0 70
71Lu [Xe]6s24f145d1 71
72Hf [Xe]6s24f145d2 72
Tema 1. Estructura Atmica62
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
63/64
91Pa [Rn]7s26d15f2 91
92U [Rn]7s26d15f3 92
93Np [Rn]7s26d15f4 93
94Pu [Rn]7s
2
6d
0
5f
6
9495Am [Rn]7s
25f7 95
96Cm [Rn]7s26d15f7 96
97Bk [Rn]7s25f9 97
98Cf [Rn]7s25f10 98
99Es [Rn]7s25f11 99
100Fm [Rn]7s25f12 100
101Md [Rn]7s25f13 101
102No [Rn]7s25f14 102
103Lr [Rn]7s26d15f14 103
104 [Rn]7s26d25f14 104
105 [Rn]7s
2
6d
3
5f
14
105106 [Rn]7s
26d45f14 106
73Ta [Xe]6s24f145d3 73
74W [Xe]6s24f145d4 74
75Re [Xe]6s24f145d5 75
76Os [Xe]6s
2
4f
14
5d
6
7677Ir [Xe]6s
24f145d7 77
78Pt [Xe]6s14f145d9 78
79Au [Xe]6s14f145d10 79
80Hg [Xe]6s24f145d10 80
81Tl [Xe]6s24f145d26p1 81
82Pb [Xe]6s24f145d26p2 82
83Bi [Xe]6s24f145d26p3 83
84Po [Xe]6s24f145d26p4 84
85At [Xe]6s24f145d26p5 85
86Rn [Xe]6s24f145d26p6 86
87Fr [Rn]7s
1
8788Ra [Rn]7s
2 88
89Ac [Rn]7s26d1 89
90Th [Rn]7s26d25f0 90
Tema 1. Estructura Atmica63
2.9. Configuraciones electrnicas
7/24/2019 Tema1 Estructura Atmica
64/64
Excepciones de metales de transicin a las configuraciones
electrnicas
Pequeas diferencias de energa entre orbitales n-1)d y ns
Rh [Kr]5s
1
4d
8
Ru [Kr]5s
1
4d
7
Pt [Xe]6s
2
5d
9
4f
1
El trasvase de electrones del orbital ns a orbitales n-1)d puede versefavorecido por la estabilidad de las configuraciones esfricas, es decir,subniveles llenos, semillenos o vacos.
Cr [Ar]4s
1
3d
5
Cu [Ar]4s
1
3d
10
Mo [Kr]5s
1
4d
5
Pd [Kr]5s
0
4d
10
Ag [Kr]5s
1
4d
10
Au [Xe]6s
1
5d
10
4f
14
Razonamientos similares pueden hacerse para lantnidos y actnidospara excepciones anlogas con orbitales n-2)f and n-1)d
La [Xe]6s
2
5d
1
Ac [Rn]7s
2
6d
1
Np [Rn]7s
2
6d
1
5f
4
U [Rn] 7s
2
6d
1
5f
3
Al formar cationes los electrones se sacan primero de los orbitales np,luego ns y finalmente n-1)d.
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