4. Números cuánticos

De acuerdo a la mecánica cuántica, cada electrón en un átomo es descrito por cuatro números cuánticos:

a) Número cuántico principal. Se representa con la letra n y describe los niveles de energía en que se encuentran los electrones. Toma valores que van desde el 1 al 7, o bien, de la letra K hasta la Q. El átomo de hidrógeno solo presenta un nivel de energía, el 1, debido a que solo posee un electrón.

b) Número cuántico del momento angular. Se representa con la letra l e indica la forma de los orbitales. Describe los subniveles de energía y normalmente son representados por las letras s, p, d, f, etc.

c) Número cuántico magnético. Se representa como ml y describe la orientación del orbital en el espacio. Define el número de orbitales que tiene cada subnivel de energía.

d) Número cuántico del spin. Se representa como ms y representa la forma en que giran los electrones.

4. Números cuánticos

Configuración electrónica.

En cierto sentido, se puede considerar al conjunto de los números cuánticos como el “domicilio” de un electrón en un átomo. Para entender el comportamiento electrónico de los átomos, se debe conocer la configuración electrónica del átomo, es decir, la forma en que están distribuidos los electrones entre los distintos orbitales atómicos. Para ello, hay que tomar en cuenta a los cuatro números cuánticos.

El principio de exclusión de Pauli establece que dos electrones en un mismo átomo no pueden tener los mismos cuatro números cuánticos; en consecuencia, un orbital no podrá tener mas de dos electrones, ya que solo hay dos formas en las que gira el electrón.

La regla de Hund establece que la distribución más estable de electrones en los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espines paralelos.

4. Números cuánticos

Configuración electrónica.

La secuencia de ocupación no es exactamente regular, pero puede resumirse de la siguiente manera:

4. Números cuánticos

Configuración electrónica.

Hay que tomar en cuenta el número de orbitales que posee cada subnivel:

Subnivel orbitales electrones

s 1 2

p 3 6

d 5 10

f 7 14

4. Números cuánticos

Configuración electrónica.

Por ejemplo, la configuracion electrónica del 24Cr es:

Ejercicio: Hacer la configuración electrónica del 87Fr.

4. Tabla periódica

El descubrimiento de elementos químicos es un proceso que se ha llevado a cabo desde tiempos antiguos. Ciertos elementos como el oro y la plata aparecen en la naturaleza en forma elemental y así fueron descubiertos hace miles de años. Sin embargo, la mayor parte de los elementos, aunque estables, solo se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos.

A partir de los trabajos de Lavoisier, los científicos encontraron los métodos necesarios para aislar a los elementos. Así, para el año de 1800 solo se conocían 31 elementos, pero este número creció y se dobló en solo 65 años. Esto es, para 1865 ya se conocían 63 elementos y, con tal diversidad, abundaron las propuestas para poder clasificarlos.

Surgen, pues, las primeras clasificaciones.

4. Tabla periódica

La triada de Döbereiner.

En 1829, este químico alemán notó que algunos elementos tenían propiedades similares y clasificó algunos de estos elementos en grupos de tres, a los que llamó triadas.

Sin embargo, al crecer el número de elementos descubiertos, la clasificación de los mismos se hizo más difícil. De hecho, en aquellos tiempos no se conocían las partículas subatómicas, y solo se contaba con las masas relativas de los elementos. En las triadas de Döbereiner, el elemento de en medio poseía, más o menos, el promedio de la masa atómica de los otros dos.

4. Tabla periódica

La clasificación de Mendeleiev.

En 1869, Mendeleiev en Rusia y Meyer en Alemania publicaron esquemas casí idénticos para la clasificación de los elementos. Ambos se dieron cuenta que las propiedades físicas y químicas de los elementos se repetían en forma ordenada si los organizaban de acuerdo con el aumento de su masa atómica.

Mendeleiev se llevó el mayor crédito debido a que predijo la existencia de elementos desconocidos hasta entonces como el Ga y el Ge. Fue tan acertado su pronóstico que, incluso, se aventuró a predecir algunas propiedades de estos elementos. Se aventuró también a poner primero el Te en lugar del I aún teniendo este último menor masa atómica que el primero.

En sus previsiones dejó muchos espacios en blanco, donde pronto se acomodarían los nuevos elementos descubiertos.

4. Tabla periódica

La Tabla periódica de Mendeleiev.

4. Tabla periódica

La actual tabla periódica.

En 1913, cuando ya se conocían algunas partículas subatómicas, Henry Moseley descubrió una correlación entre lo que el llamó “número atómico” y la frecuencia de los rayos X que se generaban al bombardear un elemento con electrones de alta energía. Hoy en día, el número atómico se define en función del número de electrones o protones, con lo cual es más fácil explicar la repetición de las propiedades físicas y químicas de los elementos.

Por ejemplo, en la tabla de Mendeleiv el Ar iría antes del K y quedaría fuera de los gases nobles, problema que se resuelve al clasificarlo acorde al número atómico.

4. Tabla periódica

Organización de la tabla periódica.

Los elementos se pueden clasificar en cinco grandes categorías de acuerdo a la configuración electrónica de los mismos:

1. Elementos representativos. Todos estos elementos tienen en común subniveles s o p en su máximo número cuántico principal.

2. Gases nobles. Son los elementos del grupo VIII A, los cuales tienen completamente lleno su último nivel de energía en el subnivel correspondiente.

3. Elementos de transición. Son los elementos de los grupos B, a excepción del IIB. Tienen en común que sus electrones de valencia se encuentran en el subnivel d.

4. Elementos del grupo IIB. No tienen similitud con los elementos representativos ni con los elementos de transición. Aún así, no tienen un nombre en especial (Zn, Cd, Hg).

5. Lantánidos y Actínidos. Se les conoce como elementos de transición del bloque f por tener incompleto este subnivel.

4. Tabla periódica

Organización de la tabla periódica.