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Estructura Atómica
Mecanica Cuántica y Estructura Atómica.
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Modelo atómico de Rutherford
Los átomos son esferas, prácticamente vacías, formadas por un núcleo cargado positivamente alrededor del cual se mueven los electrones
Incompatible con la física clásica: Modelo Inestable!!
Electrones caerían sobre el núcleo emitiendo energía de forma contínua
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Los espectros atómicos
Los átomos emiten (o absorben) luz d¡scontinua ( sólo de algunas )
Los espectros atómicos son discontinuos
El modelo atómico de Rutherford tampoco explica la discontinuidad de los espectros atómicos
NECESARIO NUEVO MODELO ATÓMICO
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Nuevo modelo atómico N. Bohr (1885-1962) sugiere un
modelo para el átomo de H Combina las ideas de Planck y
Einstein sobre la cuantización de la energía y las de la física clásica
Propone un modelo planetario Explica el espectro de emisión del
átomo de H
Planck6
Postulados de Bohr
El átomo de H sólo tiene ciertos estados de energía permitidos (estados estacionarios) asociados a una órbita circular alrededor del núcleo
El átomo no irradia energía mientras se encuentre en algún estado estacionario
El átomo cambia a otro estado estacionario sólo por absorción o emisión de un fotón cuya energía sea igual a la diferencia de energía entre los dos estados
Efotón = EestadoA-EestadoB=h
Explica la discontinuidad de los espectros
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Modelo de Bohr
Núcleo
Electrón
Orbital
Niveles de energía
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Modelo de Bohr: cuantización de r y E
El número cuántico n está asociado con r de la órbita. A menor n, menor radio. También con la energía (mayor n, mayor energía)
n = 1 es el estado basal o fundamental
n > 1 es un estado excitado
Au
men
to d
e
en
erg
ía
Núcleo
n =5
n = 4
n = 3
n = 2
n = 1
9
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Los números cuánticos
El comportamiento de un electrón en un átomo se describe por cuatro números cuánticos:
Número cuántico principal (n): nº entero positivo (1,2,3,...). Define el tamaño del orbital y su energía.
Número cuántico del momento angular (l): nº entero (0, 1, 2,..., n-1). Define la forma del orbita. Los posibles valores de l se designan con una letra:
l 0 1 2 3 4 5Nombre s p d f g horbital
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Niveles y subniveles
Número cuántico del momento magnético (ml): nº entero (-l,...,0,...+l). Define la orientación del orbital en el espacio
Número cuántico del espín (ms): +1/2 o –1/2. Define la orientación del electrón en presencia de un campo magnético
El conjunto de orbitales que tienen el mismo valor de n forman un nivel o capa
Los orbitales que tienen los mismos valores de n y l se conocen como subnivel o subcapa
Los orbitales que tienen la misma energía se denominan degenerados
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Orbitales s
Todos los orbitales con l = 0 son orbitales s y tienen forma esférica
1s 2s 3s19
Orbitales p
Todos los orbitales con l = 1 son orbitales p Comienzan en el segundo nivel de energía (n
= 2) 3 orbitales (ml = -1, 0, +1), 3 orientaciones
distintas
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Orbitales d
Todos los orbitales con l = 2 son orbitales d
Comienzan en el tercer nivel de energía (n = 3)
5 orbitales (ml = -2,-1, 0, +1,+2), 5 orientaciones distintas
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Energía de los orbitales en el H
En el átomo de H la energía de los orbitales depende sólo de n. Al aumentar n aumenta la energía:1s < 2s = 2p < 3s = 3p = 3d < 4s = 4p = 4d = 4f <....
El electrón en n = 1 está en su estado fundamental (menor energía)
El electrón n > 1 estará en un estado excitado
¡¡¡ En el átomo de H los orbitales de la capa n = 2 (2s y 2p) son degenerados. Las subcapas 3s, 3p y 3d también son degeneradas en energía !!!. No sucede lo mismo en un átomo polielectrónico
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Configuración electrónica
Cada combinación de 4 números cuánticos (n, l, ml, ms)
identifican a cada electrón en un orbital. Ejemplo: ¿cuáles son los números cuánticos que identifican
a un electrón en el orbital 1s?n = 1; l = 0; ml = 0; ms = ± ½ 2 posibles combinaciones: (1,0,0,+1/2) y (1,0,0,-1/2)
Configuración electrónica: distribución de los electrones entre los distintos orbitales atómicos, siguiendo el orden de energía creciente.
Átomo de H- sistema más simple:
H: 1s1
Nº cuánticoprincipal
Nº cuánticodel momento angular
Nº electronesEn el orbital
tambiénDiagramaOrbital
H:1s
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Principio de exclusión de Pauli Necesario para determinar configuraciones electrónicas
de átomos polielectrónicos: “dos electrones de un átomo no pueden tener los 4 números cuánticos iguales”
Ejemplo: configuración electrónica del He (Z = 2)Existen 3 formas de distribuir los dos electrones en el orbital 1s:
He:
1s2
(a) (b) (c)
Prohibidas por elP. de Exclusión de Pauli
He: 1s2 “ uno s dos”
1s2 1s2
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Regla de Hund
Regla de Hund: “la distribución electrónica más estable es aquella que tiene el mayor número de electrones con espines paralelos”
Configuraciones electrónicas de Be (Z = 4) y B (Z = 5): Be: 1s2 2s2 Be:
B: 1s2 2s2 2p1
Configuración electrónica del C (Z = 6): C: 1s2 2s2 2p2 Tres posibilidades de colocar el 6º
electrón:
1s2 2s2
1s2 2s2 2p1B:
2px py pz 2px py pz 2px py pzProhibidas por Regla de Hund
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Regla de Hund
Configuraciones electrónicas de N (Z = 7), O (Z = 8), F (Z = 9) y Ne (Z = 10):
N: 1s2 2s2 2p3
O: 1s2 2s2 2p4
F: 1s2 2s2 2p5
Ne: 1s2 2s2 2p6
N:
1s2 2s2 2p4
1s2 2s2 2p3
O:
Ne:
1s2 2s2 2p5
1s2 2s2 2p6
F:
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El principio de construcción
La configuración electrónica de cualquier elemento puede obtenerse aplicando el principio de construcción (aufbau): “ cuando los protones se incorporan al núcleo de uno en uno para construir los elementos, los electrones se suman de la misma manera a los orbitales atómicos
Obtenemos configuraciones en el estado fundamental Aplicamos las siguientes reglas:
Empezamos llenando los orbitales de menor a mayor valor de n
Cada orbital se ocupará con un máximo de dos electrones con sus espines apareados (Pauli)
Para orbitales degenerados, cada electrón ocupará un orbital diferente antes de aparearse (regla de Hund)
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El principio de construcción
Llenado de orbitales en un átomo polielectrónico siguiendo el principio de construcción o aufbau
1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f6s 6p 6d 6f7s 7p 7d 7f
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Configuraciones electrónicas
Configuraciones electrónicas condensadas: El neón completa la capa 2p (Ne :1s2 2s22p6) Tiene configuración de capa cerrada (gas noble) El Na (Z = 11) comienza una nueva capa. Expresamos su configuraciónelectrónica como:
[Ne] representa la configuración del Ne Electrones internos [configuración del gas noble] Electrones de valencia: electrones fuera [gas noble]
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Configuraciones electrónicas y la tabla periódica
La Tabla Periódica puede utilizarse como guía para las configuraciones electrónicas
El número del periodo coincide con el valor de n
Los grupos 1 y 2 llenan los orbitales de tipo s Los grupos 13 al 18 llenan los orbitales de tipo
p Los grupos 3 al 12 llenan los orbitales de tipo d Lantánidos y Actínidos llenan los orbitales f
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Configuraciones electrónicas y la tabla periódica
Elementos del
Bloque s
Elementos de Transición
Elementos del Bloque pElementos del Bloque f
SIGUIENTE MODULO 35