Estructura de los átomos: Estructura electrónica

En la Física y Química de 1º de Bachillerato ya has estudiado los aspectos básicos de la estructura atómica, que se establecieron entre finales del siglo XIX y principios del XX. En la tabla siguiente se resumen las características de las partículas fundamentales.

Recordarás que el modelo nuclear de Rutherford (1911) proponía que los electrones giraban alrededor del núcleo en órbitas circulares. En el núcleo central se encontraban los protones (los neutrones no se descubrieron hasta 1932).

Imagen 1 Debianux, GNU Imagen 2 Elaboración propia

También sabes que la partícula que caracteriza a los elementos químicos es el número de protones que hay en el núcleo, magnitud llamada número atómico (que se presenta con la letra Z). Recordarás que hay átomos de un mismo elemento que pueden tener diferente número de neutrones; se habla entonces de isótopos. Por otro lado, también hay átomos de un mismo elemento que pueden diferir en el número de electrones; así se habla de cationes (iones positivos, porque han perdido electrones) o aniones (iones negativos, porque han ganado electrones).

Sin embargo, debes tener presente que el modelo actual se utiliza porque explica adecuadamente las observaciones experimentales, ya que los modelos fueron cambiando conforme se iban descubriendo nuevos hechos que exigían su modificación.

En este tema vas a profundizar en algunos aspectos, sobre todo en la necesidad de la aplicación de la mecánica cuántica ondulatoria a la explicación de los estados posibles de los electrones en los átomos.

Para comenzar, seguro que no te viene mal resolver algunas cuestiones relacionadas con el número de partículas en átomos o iones. Recuerda que en la formación de iones se ganan o pierden electrones, pero no protones, que están en el núcleo.

 

TEORIAS ATOMICAS.

1.1- Teoría atómica de DALTON  (1766  -1844)

- La materia está formada por pequeñas partículas indivisibles (átomos).

- Existen distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus

propiedades.

- Las sustancias que tienen todos sus átomos iguales se llaman elementos.

- Los átomos de los elementos distintos se pueden unir en cantidad fija con otros

para formar compuestos.

- Las partículas formadas por varios átomos se llaman moléculas.

1.2-  Modelo atómico de THOMPSON (1856  -1940)

- El átomo está formado por una esfera con carga positiva en cuyo interior están

los electrones en número suficiente para neutralizar su carga.

 

1.3-  Modelo atómico de RUTHERFORD (1871 -1937)

-La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva están en la zona

central minúscula llamada núcleo.

- En torno al núcleo y a grandes distancias de él están los electrones girando a su

alrededor.

- El número de cargas +  es el mismo que el de -, de manera que el átomo es

neutro. 

 ERRORES: Las cargas en movimiento emiten energía, luego los electrones

caerían al núcleo, cosa que no  ocurre. Los electrones al poder girar a cualquier

distancia podrán tener cualquier energía, cosa que  también es falsa . No habla de

los neutrones, lo cual es lógico ya que no se habían descubierto aún. 

 

1.4- Modelo atómico de Niels Bohr (1885 -1962)  Corrigió los errores de

Rutherford.

El físico danés Niels Bohr  propuso en 1913 un nuevo modelo atómico que

indicaba lo siguiente:

- El átomo consta de una parte central (núcleo) en la que se halla la carga + y la

casi totalidad de su masa y los electrones se mueven a su alrededor en órbitas

circulares situadas en diferentes niveles

- A cada nivel le corresponde una energía que será mayor cuanto más alejada del

núcleo esté 

- La distancia de las órbitas al núcleo, así como su energía, no pueden tomar

valores arbitrarios, sino solo unos definidos.

- Cada nivel admite un número máximo de electrones que es igual a  2n 2  donde n

designa el nivel de energía ( 1 , 2 , 3, … ) 

 

ERRORES: Supone que todas las órbitas son circulares y esto es falso. Para sus

cálculos supone que los electrones tienen una masa infinitamente menor que la de

los  protones cuando solo es 1 830 veces menor.   Supone que el núcleo es

estático cuando se mueve alrededor de su centro de gravedad. 

 

1.5-  Modelo atómico de orbitales (SCHRÖEDINGER y HEISEMBERG)      

-El electrón se comporta como una onda y como un corpúsculo (dualidad onda -

corpúsculo)

- No es posible predecir la trayectoria del electrón ( principio de incertidumbre de

Heisemberg). Hay que abandonar la idea de órbita y hablar de orbitales que son

las zonas donde es más probable encontrar al electrón.

- En cada orbital no puede haber más de dos electrones.

- Hay varias clases de orbitales que se diferencian en su forma y orientación ( s ,

p , d , f )

- En cada nivel hay un número determinado de orbitales.

 

DISTRIBUCCION ELECTRONICA. 

La distribución electrónica consiste en distribuir los electrones en torno al núcleo en diferentes estados energéticos (niveles, subniveles y orbitales).

Primero se realiza la distribución por subniveles, lo que involucra la distribución por niveles; finalmente analizaremos la distribución electrónica por orbitales, la cual se rige por principios.

Regla de Mollier

Es una forma práctica para realizar la distribución electrónica por subniveles según el principio de Aufbau. También se llama comúnmente “Regla del Serrucho”.

NOMENCLATURA INORGANICA.

NOMENCLATURA OXIDOS.

La fórmula de un óxido es del tipo ExOy donde: E es el símbolo de un elemento. x es el subíndice del elemento, que nos indica el número de átomos del elemento que hay en la molécula de óxido. O es el símbolo del oxígeno. y es el subíndice del oxígeno y nos indica el número de átomos de oxígeno que hay en la molécula del óxido.

Para nombrar a un óxido lo podemos hacer siguiendo dos nomenclaturas distintas:

Nomenclatura Sistemática

El nombre sistemático es del tipo:prefijo+óxido de prefijo+nombre del elemento

donde: el nombre del elemento lo obtendremos del símbolo (E) que aparece en la fórmula. el prefijo del elemento lo obtendremos del subíndice del elemento (x) que aparece en la fórmula el prefijo de la palabra óxido lo obtendremos del subíndice del oxígeno (y) que aparece en la fórmula

subíndices prefijossin subíndice mono (*)2 di3 trietc. etc.(*) el prefijo mono puede omitirse

Ejemplo:

Nomenclatura de Stock

El nombre de Stock es del tipo:óxido de nombre del elemento (valencia)

donde: El nombre del elemento lo obtendremos del símbolo (E) de la fórmula. La valencia, que va entre paréntesis y con numeración romana, lo obtendremos de la siguiente forma:

a) Si el subíndice del elemento es 1, es decir no lleva, multiplicaremos por dos el subíndice del oxígeno.

Ejemplo:

b) Si el subíndice del elemento es distinto de 1 la valencia coincide con el del subíndice del oxígeno.

Ejemplo:

NOMENCLATURA HIDROXIDOS.

a fórmula de un hidróxido es del tipo M(OH)n donde:

M es el símbolo del metal. OH es el ion hidróxido. n es el subíndice del ion hidróxido que nos indica el número de iones hidróxido que acompañan a un ion del metal.

Para nombrar a un hidróxido a partir de su fórmula, lo podemos hacer siguiendo dos nomenclaturas distintas:

Nomenclatura Sistemática

El nombre sistemático es del tipo:prefijo+hidróxido de nombre del metal

donde: el nombre del metal lo obtendremos del símbolo (M) que aparece en la fórmula. El prefijo inicial lo obtendremos del subíndice del ion hidróxido (n) que aparece en la fórmula.

subíndices prefijossin subíndice mono (*)2 di3 trietc. etc.(*) el prefijo mono puede omitirse

Ejemplo:

Nomenclatura de Stock

El nombre de Stock es del tipo:hidróxido de nombre del metal (valencia en nº romano)

donde: El nombre del metal lo obtendremos del símbolo (M) de la fórmula. La valencia es la del metal, que va entre paréntesis y con numeración romana, lo obtendremos del subíndice(n) que aparece en la fórmula.

Ejemplo:

NOMENCLATURA ACIDOS.

OXACIDOS:

La fórmula de un oxoácido es del tipo HnExOy

Los oxoácidos se disocian: HnExOy     —>     ExOyn- + n H+ 

y el nombre de estos ácidos está relacionado con el del oxoanión que producen al disociarse.

NOMENCLATURA SISTEMÁTICAEl nombre sistemático es del tipo:

nombre oxoanión de hidrógenoPara hacer el nombre del oxoácido, habrá que nombrar el oxoanión que produce al disociarse y añadirle de hidrógeno.

NOMENCLATURA TRADICIONALEl nombre tradicional es del tipo:

ácido de nombre oxoanión con terminación OSO/ICOPara hacer el nombre de los oxoácidos, se escribe las palabras "ácido de" y a continuación el nombre del oxoaniónproducido en la disociación pero cambiando las terminaciones: 

Terminaciones Anión   —>  ÁcidoITO   —> OSOATO   —> ICO

HIDRACIDOS.

La fórmula de un hidrácido es del tipo HnX X es el símbolo de un elemento de los grupos XVI o XVII.

H es el símbolo del hidrógeno. n es el subíndice del hidrógeno

Para nombrar a un hidrácido a partir de su fórmula, lo podemos hacer siguiendo dos nomenclaturas distintas:

Nomenclatura Sistemática

El nombre sistemático es del tipo:

nombre del elemento+uro de hidrógeno

donde el nombre del elemento lo obtendremos del símbolo (X) que aparece en la fórmula. Ejemplo:

Nomenclatura Tradicional

El nombre clásico es del tipo:Ácido de nombre del elemento + hídrico

Ejemplo:

SALES.

La fórmula de una sal binaria es del tipo MaXb donde: X es el símbolo de un elemento no metálico. M es el símbolo de un elemento metálico. a es el subíndice del metal b es el subíndice del no metal

Para nombrar una sal binaria a partir de su fórmula, lo podemos hacer siguiendo dos nomenclaturas distintas:

Nomenclatura Sistemática

El nombre sistemático es del tipo:

prefijo+nombre del no metal+uro de prefijo+nombre del metal.

El nombre del elemento metálico lo obtendremos del símbolo (M) que aparece en la fórmula. El prefijo del elemento metálico lo obtendremos del subíndice (a) de éste que aparece en la fórmula. El nombre del elemento no metálico lo obtendremos del símbolo (X) que aparece en la fórmula. El prefijo del elemento no metálico lo obtendremos de su subíndice (b) que aparece en la fórmula.

subíndices prefijossin subíndice mono (*)2 di3 trietc. etc.(*) el prefijo mono puede omitirse

Ejemplo:

Nomenclatura de Stock

El nombre de Stock es del tipo:nombre del no metal+uro de nombre del metal

(valencia)donde:

El nombre del metal lo obtendremos

del símbolo (M) de la fórmula. El nombre del no metal lo obtendremos del símbolo (X) de la fórmula. La valencia, que va entre paréntesis y con numeración romana, la obtendremos de la siguiente forma:a) Si el no metal es del grupo XVII, su estado de oxidación es -1, la valencia del metal coincide con el subíndice del no metal. Ejemplo:

b) Si el no metal es del grupo XVI, su valencia es -2, se nos presentan dos tipos de fórmulas por lo que para determinar la valencia del metal tendremos dos opciones:

b1) cuando el metal tiene subíndice 2 la valencia del metal coincide con el subíndice del no metal. Ejemplo:

b2) cuando el metal no tiene subíndice la valencia del metal será el subíndice del no metal multiplicado por 2. Ejemplo: