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Teoría cuántica y la estructura
electrónica de los átomos
• Átomos polielectrónicos
Elaborado por RV y MV
Niveles de energía de los orbitales de un átomo con un único electrón
Energía depende sólo del número cuántico principal n
En = -RH ( ) 1 n2
n=1
n=2
n=3
Ene
rgía
Orbitales degenerados
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
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Átomo neutro con número atómico Z:
Z protones (Z cargas positivas) e igual número de electrones (cargas negativas)
Ejemplos:
Be Z=4 4 protones y 4 electrones
Al Z=13 13 protones y 13 electrones
¿Cómo se distribuyen estos electrones en los orbitales atómicos?
Elaborado por RV y MV
Niveles de energía de los orbitales de un átomo polielectrónico
n=1 l = 0
n=2 l = 0 n=2 l = 1
n=3 l = 0 n=3 l = 1
n=3 l = 2
Ene
rgía
Energía depende de n y l
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
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Orden de llenado de los subniveles atómicos en un átomo polielectrónico
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
La existencia (y energía) de un electrón en un átomo se describe por su función de onda única, Ψ.
Principio de exclusión de Pauli - no es posible que dos electrones de un átomo tenga los mismos cuatro números cuánticos.
Ecuación de onda de Schrödinger
Ψ = Ψ(n, l, ml, ms)
¿Cuántos electrones puede contener un orbital?
Si n, l y ml son fijos, entonces ms = ½ ó - ½
Ψ = (n, l, ml, ½) ó Ψ = (n, l, ml, -½) Un orbital puede contener 2 electrones
Elaborado por RV y MV
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¿Cuántos electrones pueden colocarse en el subnivel 3d?
3d
n=3
l = 2
Si l = 2, entonces ml = -2, -1, 0, +1 ó +2
5 orbitales (cada orbital puede tener dos electrones) los cuales pueden contener en total 10 e-
Elaborado por RV y MV
Capas (n) y subcapas (l) • En la estructura electrónica de los átomos, hablamos de
capas y subcapas. • La capa, contiene a los orbitales con el mismo número
cuántico principal n • Los orbitales en una capa se agrupan en subcapas
identificadas por una letra: – s, un orbital (subcapa s) – p, tres orbitales (subcapa p) – d, 5 orbitales – f, 7 orbitales…
Nivel o capa – electrones con el mismo valor de n
Subnivel – electrones con los mismos valores de n y l
Elaborado por RV y MV
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Niveles de energía de los orbitales de un átomo polielectrónico
n=1 l = 0
n=2 l = 0 n=2 l = 1
n=3 l = 0 n=3 l = 1
n=3 l = 2 E
nerg
ía
Energía depende de n y l
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
“Llenado” de electrones en los orbitales de energía más bajos (Principio de Aufbau)
H 1 electron
H 1s1
He 2 electrons
He 1s2
Li 3 electrons Li 1s22s1
Be 4 electrons Be 1s22s2
B 5 electrons B 1s22s22p1 C 6 electrons
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Ene
rgía
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
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C 6 electrons
La distribución electrónica mas estable en los subniveles es la que tiene el mayor número de espines paralelos (Regla de Hund).
C 1s22s22p2 N 7 electrons N 1s22s22p3 O 8 electrons O 1s22s22p4 F 9 electrons F 1s22s22p5 Ne 10 electrones Ne 1s22s22p6
Ene
rgía
Configuración electrónica del estado basal
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
Tipo de subnivel externo que se llena con electrones
Elaborado por RV y MV
Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
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Escribe la configuración electrónica de Mg Mg 12 electrones
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrones
Forma abreviada [Ne]3s2 ; [Ne] 1s22s22p6
Escribe el conjunto completo de números cuánticos del electrón más externo en Cl Cl 17 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electrones El último electrón agregado es el del orbital 3p
n = 3 l = 1 ml = -1, 0 ó +1 ms = ½ ó -½
Elaborado por RV y MV
Paramagnético electrones desapareados
2p
Diamagnético electrones apareados
2p
¿cómo reaccionan los átomos a un campo magnético?
Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.
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• Resumen:
• En los átomos polielectrónicos (de más de un electrón) la energía depende de n y l.
• A la distribución de los electrones en los orbitales atómicos se le llama configuración electrónica.
• Para construir la configuración electrónica de un átomo se siguen: El principio de exclusión de Pauli, el principio de aufbau (construcción) y la regla de Hund.
• La tabla periodica se divide en bloques de acuerdo a las subcapas que ocupan los últimos electrones de cada átomo.
• Si el átomo tiene electrones desapareados será paramagnético y si no, diamagnético