MODELO MECANO-CUÁNTICO

Introducción

El modelo atómico de Bohr,explica satisfactoriamente el átomode hidrogeno y otras especieshidrogenoides como que poseensolo un electrón.

Los otros átomos resultaron sermas complejos e incluyenmultiplicidad de líneas que elmodelo de Bohr no pudo explicar.

MODELO MECANO-CUÁNTICO

Cuando a los elementos en estado gaseoso se les suministraenergía (descarga eléctrica, calentamiento...) éstos emitenradiaciones de determinadas longitudes de onda.

Estas radiaciones dispersadas en un prisma de unespectroscopio se ven como una serie de rayas, y el conjuntode las mismas es lo que se conoce como espectro deemisión.

Igualmente, si una luz continua atraviesa una sustancia, éstaabsorbe unas determinadas radiaciones que aparecencomo rayas negras en el fondo continuo (espectro deabsorción).

Espectro Atómicos

Potasio

Litio

Algunos Espectros de Emisión

Principales postuladosTeoría cuántica de Max

Plank

Según ésta, un cuerpo absorbe oemite energía en formadiscontinua, vale decir, enpaquetes de energía ocantidades definidas que denominó “cuantos”. Duramentecriticada en su época, hoy seasume con propiedad laveracidad de esta teoría.

Ecuación de Plank: Cuantizaciónde la energía

¿Cómo lo comprobó? A través de el experimento de difracción de Rayos X

Si tú fueras un electrón, ¿dónde es más probable que te encuentres por la noche?

Los números cuánticos nos permiten saber donde se encuentra el electrón en un determinado lugar.

•Las ecuaciones del modelo mecano-cuántico describen elcomportamiento de los electrones dentro del átomo, y recogen sucarácter ondulatorio y la imposibilidad de predecir sus trayectoriasexactas.•Así establecieron el concepto de orbital, es la región del espacio delátomo donde la probabilidad de encontrar un electrón es muy grande.

Características de los orbitales:

•La energía está cuantizada.•Lo que marca la diferencia con el modelo de Böhr es que este modelono determina la posición exacta del electrón, sino la mayor o menorprobabilidad.•Dentro del átomo, el electrón se interpreta como una nube de carganegativa, y dentro de esta nube, en el lugar en el que la densidad seamayor, la probabilidad de encontrar un electrón también será mayor.

Nube Electrónica

Números Cuánticos

• Los números cuánticos determinan la región delespacio-energía de mayor probabilidad paraencontrar a un electrón. Finalmente describen laEnergía y el Nivel Energético

• Desde un punto de vista mecano-cuántico, losnúmeros cuánticos caracterizan las solucionesestacionarias de la Ecuación de Schrödinger.

• n = Numero Cuántico Principal: Determina el tamaño de los orbítales, es decir, de la nube electrónica.

• Su valor puede ser cualquier número natural mayor que 0 (1, 2, 3…)

• l = Número Cuántico Azimutal: determina laexcentricidad de la órbita, y los subnivelesenergéticos, cuanto mayor sea, más excéntrica será,es decir, más aplanada será la elipse que recorre elelectrón. Su valor depende del número cuánticoprincipal n; pudiendo variar desde 0 hasta n-1.

• m = Número Cuántico Magnético: Determina laorientación espacial de las órbitas, de las elipses.Su valor varía desde -l hasta +l, pasando por elvalor 0.

• s = Número Cuántico de Spin:(Uhlenbeck y Goudsmit)

• Cada electrón en un orbital, gira sobre si mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o en sentido contrario. (s), que puede tomar dos valores: (+ ½) o (- ½).

Algunos Orbitales

Número Cuántico Símbolo Descripción

Principal n Representa el nivel de energía y su volumen

Secundario o Azimutal ℓ Describe la forma del orbital atómico

Magnético m o mℓ Describe la orientación espacial del orbital

Spin del electrón s Se refiere al giro del electrón

Números Cuánticos

E

La forma en que los electrones se distribuyen entre losdiversos orbitales de un átomo se conoce como laconfiguración electrónica del átomo. La configuraciónelectrónica más estable de un átomo, el estado basal, esaquella en la que los electrones se encuentran en losestados de menor energía posible.

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Configuración electrónicaPrincipio de AUFBAUCada átomo se “construye”1)Aufbau es una palabra alemana que significa“construcción progresiva”2)Los electrones se agregan al átomo partiendodel orbital de menor energía, hasta que todos loselectrones están ubicados en un orbital apropiado.

7p

1s

2s 2p

3p3s 3d

4d

5d

6d6s 6p

5p

4p

5s

4s

7s

5f

4f

REGLA DE LAS DIAGONALES

8s

Regla de Hund• Cuando un nivel electrónico

tenga varios orbitales con lamisma energía, los electronesse van colocando lo másdesapareados posible en esenivel electrónico.

• No se coloca un segundoelectrón en uno de dichosorbitales hasta que todos losorbitales de dicho nivel de igualenergía están semiocupados(desapareados).

Principio de Exclusión de W. Pauli (1925)

• “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones, que deben tener distinto número cuántico de spin”.

•El Número máximo de electrones por nivel es 2 n 2

La regla de Hund establece quelos electrones van ocupando losorbitales, de a uno por orbital y con elmismo spin, una vez completado elsemillenado de un orbital reciéncomienza su apareamiento con otroelectrón pero con spin contrario.

•¿Cuál serian los números cuánticos?

n= 3l= 1m= -1s= +1/2

NIVEL DE VALENCIACorresponde al último nivel de energía, donde se ubican loselectrones.

Electrones de valencia: son todos aquellos que se ubican en el nivelde valencia.

ELECTRÓN DIFERENCIAL

Es el último electrón de la configuración electrónica, elmás energético.

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ABREVIADA

Se debe elegir el gas noble más cercano pero

que posea menos electrones que el elemento

a configurar.

Luego se agregan los electrones faltantes, en el

nivel de energía correspondiente.

Configuración abreviada a partir del gas noble más cercano

CASOS ESPECIALES

Con el cromo surge una anomalía en su configuraciónelectrónica, ya que si se sigue su llenado “normal”, el nivel3d queda con un orbital d vacío y el nivel 4 completo. Loanterior viola el principio de mínima energía, por lo tanto locorrecto sería:

CASOS ESPECIALESCASOS ESPECIALES

E

E

B

BA

C

C

Elementos Químicos

• Sólo los primeros 92 elementos de la Tabla Periódica se encuentran de manera natural, pues los demás elementos son hechos sintéticamente.

• Estos elementos son los ingredientes usados para todo lo que encontramos sobre el planeta Tierra.

Elementos y Compuestos

• Por ejemplo, el agua (H2O) no es un elemento pues puede ser dividida en hidrogeno (H) y oxígeno (O).

¿Qué es una Molécula?• Todo lo que hay a nuestro alrededor está

formado por grupos de átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas.

• Los átomos que se encuentra en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones.

Masa Atómico (mA)•El peso atómico de un elemento es el peso en gramos de un MOL de átomos.•¿Qué es un mol?

La palabra mol, como las palabras docena, veintena, etc., indica un número fijo de cosas. Corresponde a:

6.022 x 1023 unidades químicas

Un mol de mercurio son 200.6 g. porque 6.02 x 1023

átomos de mercurio pesan 200.6 g.

Masa AtómicaEl peso atómico es calculado como la suma del peso de los Protones, los Neutrones y los Electrones aunque como estos últimos son tan livianos, su peso no se considera en la suma total.

Número Másico (A) = Protones + Neutrones

Número Atómico (Z) = número de Protones

Número Atómico (NA o Z)• Observe como cada uno de los elementos de la tabla

tienen su propio número. Este número se llama Número Atómico, y dice cuántos Protones existen en el núcleo del átomo de un elemento.

Masa Molecular (PM o MM)Peso molecular del agua (H2O) =

= (2 x Peso Atómico de H) + (Peso Atómico del O)

= (2 x 1.01) g + (16.00) g =

18.02 g

Relación entre Mol, Masa Molecular y Número de Partículas

Moléculas e IonesEl cambio en el número de electrones de los átomos es fundamental en la química.Si a un átomo neutro se le agrega o remueve electrones, se forma una partícula con carga eléctrica llamada ión. Los iones, al encontrase disueltos en agua, hacen que ésta conduzca la corriente eléctrica.Hay dos tipos de iones: •Catión: ión con carga positiva•Anión: ión con carga negativa•Átomo neutro: “protones = electrones”

La masa atómica de los elementos se calcula, como la masa atómica promedio de todos sus isótopos.

Masa atómica = masa isótopo 1 + masa isótopo 2100

Masa atómica del cloro = (35 x 75,4) + (37 x 24,6)100

= 34,49%