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

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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

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