Transcript ESTRUCTURA DE LA MATERIA John Dalton Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos de un mismo elemento debían tener.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA
1
John Dalton
Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos
de un mismo elemento debían tener la misma masa.
Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría Atómica
que podemos resumir:
La materia está formada por partículas muy
pequeñas, llamadas átomos, que son indivisibles e
indestructibles.
Todos los átomos de un mismo elemento tienen la
misma masa atómica.
Los átomos se combinan entre si en relaciones
sencillas para formar compuestos.
Los cuerpos compuestos están formados por
átomos diferentes. Las propiedades del
compuesto dependen del número y de la clase de
átomos que tenga.
2
Joseph John Thomson (1856-1940)
Físico Británico estudió las propiedades eléctricas de la materia,
especialmente la de los gases.
Descubrió que los rayos catódicos
estaban formados por partículas
cargadas negativamente (hoy en día
llamadas electrones), de las que
determinó la relación entre su carga y
masa. En 1906 le fue concedido el
premio Nóbel por sus trabajos.
Millikan calculó experimentalmente el
valor de la carga eléctrica negativa de un
electrón mediante su experimento con
gotas de aceite entre placas de un
condensador. Dió como valor de dicha
carga e = 1.610−19 Coulombs.
La medida directa del cociente carga-masa, e/m, de los electrones por J.J.
Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el principio para la
compresión actual de la estructura atómica.
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El clásico experimento de Thomson se desarrolló a partir del estudio de las
descargas eléctricas en gases.
Tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson
Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien definido
sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctricos o
magnéticos.
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Thomson define así su modelo de átomo:
Considera el átomo como una gran esfera
con carga eléctrica positiva, en la cual se
distribuyen los electrones como
pequeños granitos (de forma similar a
las semillas en una sandía)
Modelo atómico de Thomson
Concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en
la cual están incrustados los electrones.
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ERNEST RUTHERFORD, (1871-1937)
Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester y director del
laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge. Premio Nobel de
Química en 1908. Sus brillantes investigaciones sobre la estructura atómica
y sobre la radioactividad iniciaron el camino a los descubrimientos más
notables del siglo. Estudió experimentalmente la naturaleza de las
radiaciones emitidas por los elementos radiactivos.
Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la
dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas
metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo atómico
de Thomson, que realizó Rutherford entre 1909-1911.
Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el
átomo, un estudio riguroso de la naturaleza de la
desviación debe proporcionar cierta luz sobre la
constitución de átomo, capaz de producir los efectos
observados.
Las investigaciones se produjeron tras el descubrimiento de la
radioactividad y la identificación de las partículas emitidas en un proceso
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radiactivo.
Experimento para determinar la constitución del átomo
La mayoría de los rayos alfa atravesaba la
lámina sin desviarse, porque la mayor parte
del espacio de un átomo es espacio vacío.
Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy
cerca de centros con carga eléctrica del mismo
tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA).
Muy pocos rebotan, porque chocan
frontalmente contra esos centros de carga
positiva.
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El Modelo Atómico de Rutherford quedó así:
- Todo átomo está formado por un núcleo y
corteza.
- El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño
tamaño, formado por un número de protones
igual al NÚMERO ATÓMICO, donde se
concentra toda la masa atómica.
- Existiendo un gran espacio vacío entre el
núcleo y la corteza donde se mueven los
electrones.
El modelo del átomo de RUTHERFORD: con los
protones en el núcleo y los electrones girando
alrededor.
NÚMERO ATÓMICO, Z, es el número de
protones del núcleo que coincide con el
número de electrones si el átomo es neutro.8
El Modelo Atómico de Rutherford quedó así:
- Todo átomo está
núcleo y la corteza.
formado
por
un
- El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño
tamaño, formado por un número de protones,
donde se concentra toda la masa atómica.
- Existiendo un gran espacio vacío entre el
núcleo y la corteza donde se mueven los
electrones.
El modelo del átomo de RUTHERFORD: con
los protones en el núcleo y los electrones
girando alrededor.
NÚMERO ATÓMICO, Z, número de protones del núcleo que
coincide con el número de electrones si el átomo es neutro.
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En 1932 el inglés Chadwik al bombardear átomos con
partículas observó que se emitía una nueva partícula sin
carga y de masa similar al protón, acababa de descubrir
el NEUTRÓN
En el núcleo se encuentran los neutrones y los protones.
- Puesto que la materia es neutra el núcleo deberá tener un número de
cargas positivas protones (Z = número atómico) igual al de electrones
corticales. En el núcleo es donde están también los neutrones.
- Girando alrededor en órbitas circulares, un número de electrones igual a
de protones.
- Los electrones giran a grandes distancias del núcleo de modo que su
fuerza centrífuga es igual a la atracción electrostática, pero de sentido
contrario. Al compensar con la fuerza electrostática la atracción del núcleo
evita caer contra él y se mantiene girando alrededor.
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PARTÍCULAS FUNDAMENTALES
Partícula
PROTÓN p+
1
1
p
NEUTRON
1
0
n
ELECTRÓN
0
1
e
Carga
Masa
+1 unidad
electrostática de
carga = 1.610−19 C
1 unidad de masa
atómica (u.m.a.)
1 uma = 1.6610−27 kg
0 no tiene carga
eléctrica, es neutro
1 unidad de masa
atómica (u.m.a.)
1 uma = 1.6610−27 kg
−1 unidad
electrostática de
carga = −1.610−19C
Muy pequeña y por tanto
despreciable comparada
con la de p+ y n, 1/1840
umas
NÚCLEO: Zona
central del átomo
donde se encuentran
protones y neutrones
CORTEZA: Zona que
envuelve al núcleo
donde se encuentran
moviéndose los
electrones
Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los
electrones son los responsables de las propiedades químicas.
NÚMERO ATÓMICO, Z, es igual al número de protones que tiene un
átomo. Coincide con el número de electrones si el átomo está neutro. Todos
los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo
tanto, tienen el mismo número atómico.
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NÚMERO MÁSICO (A) es la suma de los protones y los neutrones que tiene
un átomo. Es el número entero más próximo a la masa del átomo medida en
unidades de masa atómica (masa atómica de la Tabla periódica redondeada).
ISÓTOPOS a átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número
de neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente
número másico (A).
Por ejemplo:
35
17
Cl
37
17
Cl
Cuando un elemento está formado por
varios isótopos, su masa atómica se
establece como una media ponderada
de las masas de sus isótopos
Un átomo se representa por:
Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera
mayúscula que derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He....
El número atómico, Z, se escribe como subíndice a la izquierda
A
Z
E
El número másico, A, se escribe como superíndice a la izquierda
IONES a átomos o grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque
han ganado o perdido electrones. Pueden ser:
CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
ANIONES si poseen carga negativa y , por tanto, se han ganado electrones.
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Crítica del modelo de Rutherford:
Fue fundamental la demostración de la discontinuidad de la materia y de los
grandes vacíos del átomo. Por lo demás, presenta deficiencias y puntos poco
claros:
- Según la ya probada teoría electromagnética de Maxwell, al ser el electrón
una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante ya que
crea un campo magnético y por tanto, perder energía.
Esto debe hacer que disminuya el radio de su órbita y el electrón terminaría por
caer en el núcleo; el átomo sería inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar
el problema planteando, para un electrón, que la fuerza electrostática es igual a
la centrífuga debe haber algo más.
-Era conocida en el momento de diseñar su teoría la hipótesis de Planck que no
se tuvo en cuenta.
-Tampoco es coherente con los resultados de los espectros atómicos.
Los experimentos de Rutherford eran definitivos, pero el planteamiento
era incompleto y lógicamente, también los cálculos.
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LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
•
Una onda electromagnética consiste en la oscilación de un campo eléctrico y
otro magnético en direcciones perpendiculares, entre sí, y a su vez,
perpendiculares ambos a la dirección de propagación.
•
Viene determinada por su frecuencia ( ) y por su longitud de onda ( )
relacionadas entre sí por:
 = LONGITUD DE ONDA:
distancia entre dos puntos
consecutivos de la onda
con igual estado de
vibración
 
c

c = velocidad de propagación
de la luz = 3108 m/s
 = FRECUENCIA: número
de oscilaciones por unidad
de tiempo

Propagación
ondulatoria
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Espectro continuo de la luz es la descomposición de la luz en todas su longitudes
de onda mediante un prisma óptico.


ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO: Es el conjunto de todas las
radiaciones electromagnéticas, desde muy bajas longitudes de ondas
(rayos  10–12 m) hasta kilómetros de longitud (ondas de radio)
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Espectro atómico de absorción
Espectro de absorción: se obtiene
cuando un haz de luz blanca
atraviesa una muestra de un
elemento y, posteriormente, la luz
emergente se hace pasar por un
prisma (que separa la luz en las
distintas
frecuencias
que
la
componen)
Espectro de absorción
Cuando la radiación atraviesa un
gas, este absorbe una parte, el
resultado es el espectro continuo
pero con rayas negras donde falta
la radiación absorbida.
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ESPECTRO DE EMISIÓN
Espectro de emisión: se obtiene cuando una muestra gaseosa de un
elemento se calienta hasta altas temperaturas y se hace pasar la luz emitida a
través de un prisma
Cuando a los elementos en estado
gaseoso se les suministra energía
(descarga eléctrica,
calentamiento...) éstos emiten
radiaciones de determinadas
longitudes de onda.
Estas radiaciones dispersadas en
un prisma de un espectroscopio se
ven como una serie de rayas, y el
conjunto de las mismas es lo que se
conoce como espectro de emisión.
Espectro de emisión
17
El espectro de emisión de un elemento es el negativo del espectro de absorción:
a la frecuencia a la que en el espectro de absorción hay una línea negra, en el de
emisión hay una línea emitida ,de un color, y viceversa
Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un modelo atómico
debería ser capaz de justificar el espectro de cada elemento.
18
19
20
TIPO DE
RADIACION
Rayos Gamma
Rayos X
Ultravioleta
ESPECTRO VISIBLE
Infrarrojo
Intervalos de las longitudes de onda
inferiores a 10-2 nanómetros
entre 10-2 nanómetros y 15 nanómetros
entre 15 nanómetros y 4102 nanómetros
entre 4102 nanómetros y 7.8102
nanómetros
(4000 Angstroms y 7800 Angstroms)
entre 7.8102 nanómetros y 106
nanómetros
Región de
Microondas
entre 106 nanómetros y 3108
nanómetros
Ondas de Radio
mayores de 3108 nanómetros
21
Espectro Electromagnético


22
ALGUNOS ESPECTROS DE EMISIÓN
(ensayo a la llama)
cobalto
cobre
Cada elemento presenta un espectro de emisión diferente
identificable a simple vista mediante el ensayo a la llama.
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TEORÍA CUÁNTICA DE PLANCK
La teoría cuántica se refiere a la energía:
Cuando una sustancia absorbe o emite energía, no
puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de
energía, sino que definimos una unidad mínima de
energía, llamada cuanto (que será el equivalente en
energía a lo que es el átomo para la materia).
O sea cualquier cantidad de energía que se emita o
se absorba deberá ser un número entero de
cuantos.
Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una
radiación similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe
el nombre de fotón. La energía de un fotón viene dada por la ecuación de
Planck:
E = h.
h: constante de Planck = 6.6210−34 Joule·segundo
: frecuencia de la radiación
La materia y la energía son discontínuas
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EL EFECTO FOTOELÉCTRICO
Cátodo
Ánodo
 Consiste en la emisión de electrones por la superficie de
un metal cuando sobre él incide luz de frecuencia
suficientemente elevada
Electrones
 La luz incide sobre el cátodo (metálico) produciendo la
emisión de e que llegan al ánodo y establecen una
corriente que es detectada por el amperímetro
 La física clásica no explica que la energía cinética
máxima de los e emitidos dependa de la frecuencia de
la radiación incidente, y que por debajo de una
frecuencia llamada frecuencia umbral, no exista
emisión electrónica
 Einstein interpretó el fenómeno aplicando el principio de conservación de la energía y
la teoría de Planck:
h = ho + Ec
h es la energía luminosa que llega al metal, Ec es la energía cinética
máxima del electrón emitido y ho es la energía mínima, energía umbral
(trabajo de extracción) para desalojar al electrón de la superficie metálica
25
MODELO ATÓMICO DE BÖHR. (¿En qué se basó?)
El modelo atómico de Rutherford llevaba a unas
conclusiones que se contradecían claramente con
los datos experimentales.
La teoría de Maxwell echaba por tierra el sencillo
planteamiento matemático del modelo de
Rutherford.
El estudio de las rayas de los espectros
atómicos permitió relacionar la emisión de
radiaciones de determinada “” (longitud de
onda) con cambios energéticos asociados a
saltos entre niveles electrónicos.
La teoría de Planck le hizo ver que la energía no era algo continuo sino que
estaba cuantizada en cantidades h.
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MODELO ATÓMICO DE BÖHR
Primer postulado:
El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía radiante
llamadas ÓRBITAS ESTACIONARIAS. Cuando el átomo se encuentra en ésta
situación se dice que está en ESTADO ESTACIONARIO y si ocupa el nivel de
energía más bajo se dice que está en ESTADO FUNDAMENTAL.
Así, el primer postulado nos indica que el
electrón no puede estar a cualquier distancia
del núcleo, sino que sólo hay unas pocas
órbitas posibles, las cuales vienen definidas
por los valores permitidos para un
parámetro que se denomina número
cuántico principal n.
Segundo postulado:
Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el
electrón tiene un momento angular que es
múltiplo entero de (h/2)
Momento angular: L = r.m.v
r:radio de la órbita; m: masa del electrón y v: velocidad que lleva el electrón
27
nh
r.m.v 
2
nh
rn 
2.m.v
m.v 2
Fc 
r
k.q2
Fe  2
r
2
2
m.v
k.q
 2
r
r
n = número cuántico principal
r = radio de la órbita
h = cte de Planck = 6.6210−34 J.s
k = Cte de Coulomb
m = masa del e−
q = carga del e−
v=velocidad del electrón en la órbita
• En las órbitas ESTACIONARIAS los electrones se mueven sin perder energía
Los radios de las órbitas están cuantizados ( su valor depende de n)
28
R
E = - 2H
n
Rh = cte Rydberg = 2.18010−18 J
n = número cuántico principal, número entero (1,2,3....)
Tercer Postulado:
La energía liberada al caer el electrón desde una órbita a otra de menor energía
se emite en forma de fotón, cuya frecuencia viene dada por la ecuación de
Planck:
Ea − Eb = h.
Un electrón podrá saltar de una órbita a otra absorbiendo o emitiendo la
energía necesaria, que corresponde a la diferencia energética de las
órbitas.
Así, cuando el átomo absorbe (o emite) una radiación, el electrón pasa a una
órbita de mayor (o menor) energía, y la diferencia entre ambas órbitas se
corresponderá con una línea del espectro atómico de absorción (o de emisión).
29
Energía
Niveles permitidos según el modelo de Bohr
(calculados para el átomo de hidrógeno)
n=
n=5
n=4
E= 0J
E = −0.8710–19 J
E = −1.3610–19 J
n=3
E = −2.4210–19 J
n=2
E = −5.4310–19 J
n=1
E = −21.7610–19 J
30
•Si un electrón asciende desde una órbita ni a otra de mayor energía nj debe absorber
E = Enj – Eni
una cantidad de energía igual a:
•Si un electrón desciende desde una órbita nj a otra de menor energía ni, la
diferencia de energía E = Enj – Eni
se emite en el salto
La energía intercambiada por un electrón en un salto puede adoptar la forma de
radiación electromagnética, que puede considerarse una onda o un chorro de
partículas llamadas fotones cuya energía es proporcional a la frecuencia de
radiación ():
E  h.  h.c

Según el valor de su
longitud de onda, las
radiaciones
electromagnéticas
se dividen en: rayos
gamma, rayos X,
ultravioleta,
visible,
infrarrojo,
microondas, ondas de
radio
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•Si un electrón asciende desde una órbita ni a otra de mayor energía nj debe absorber
una cantidad de energía igual a: E = E(nj) – E(ni)
•Si un electrón desciende desde una órbita nj a otra de menor energía ni, la
diferencia de energía E = E(nj) – E(ni) se emite en el salto
La energía intercambiada por un electrón en un salto puede adoptar la forma de radiación
electromagnética, que puede considerarse una onda o un chorro de partículas llamadas
fotones cuya energía es proporcional a la frecuencia de radiación ():
El modelo atómico de Bohr explica satisfactoriamente el espectro del
átomo de hidrógeno
Los espectros de
absorción
se
originan cuando los
electrones absorben
la energía de los
fotones y ascienden
desde un nivel (ni)
hasta otro de mayor
energía (nj)
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Los espectros de emisión se deben a las radiaciones emitidas cuando un
electrón “excitado” en un nivel alto (nj) desciende a otro nivel de energía
inferior (ni)
•La conservación de la energía exige que la energía del fotón absorbido o
emitido sea igual a la diferencia de energía de las órbitas entre las que se
produce el salto del electrón
E  En j  En i  h.
•Sólo se emiten fotones cuya energía coincide con la diferencia de energía entre
dos niveles permitidos: por ello, el espectro consta solo de determinadas
frecuencias,, que verifican:


En j  En i
h
33
De acuerdo con el modelo de Bohr, la energía de las diferentes órbitas viene
dada por:
En 
RH
n2
Por tanto, las frecuencias de las líneas del espectro satisfacen la
ecuación:
RH  1 1 

 2
2

h  ni n j 
Que coincide con la fórmula obtenida experimentalmente por los
espectroscopistas para el espectro del hidrógeno
Los espectroscopistas habían calculado y estudiado a fondo las
rayas del espectro atómico más sencillo, el del átomo de hidrógeno.
Cada uno estudió un grupo de rayas del espectro.
34
Series espectrales
•
•
•
•
•
Serie Lyman hasta
n=1: aparece en la
zona ultravioleta del
espectro.
Serie Balmer hasta
n=2: aparece en la
zona visible del
espectro.
Serie Paschen Aparecen
en la
n=3
zona
Serie Bracket
infrarroja
n=4
del
Serie Pfund
espectro
n=5
n=
n=6
n=5
n=4
Pfund
Bracket
n=3
Paschen
n=2
Balmer
E = h.
n=1
Lyman
SERIES: Lyman Balmer
Paschen Bracket Pfund
Espectro
UV Visible
Infrarrojo
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MECÁNICA CUÁNTICA.
La mecánica cuántica surge ante la imposibilidad de dar una explicación satisfactoria,
con el modelo de Bohr, a los espectros de átomos con más de un electrón
Se fundamenta en dos hipótesis
 La dualidad onda corpúsculo
De Broglie sugirió que un electrón
puede mostrar propiedades de onda.
La longitud de onda asociada a una
partícula de masa m y velocidad v,
viene dada por

h
mv
donde h es la constante de Planck
 Principio de incertidumbre de Heisenberg
Heisenberg propuso la imposibilidad de
conocer con precisión, y a la vez, la
posición y la velocidad de una partícula.
Se trata al electrón como una onda y se
intenta determinar la probabilidad de
encontrarlo en un punto determinado del
espacio
Cada electrón tenía
una órbita fijada.
La probabilidad de
encontrarlo en una
órbita de radio ro es
del 100%
La probabilidad
de encontrar al
electrón en una
órbita de radio r
es máxima
cuando r = ro
36
Modelo de Bohr
Modelo cuántico
ORBITAL
Un orbital es una solución de la ecuación de ondas aplicada a un átomo.
Determina la región del espacio en el átomo donde hay una probabilidad
muy alta de encontrar a los electrones
La función de onda no permite saber en qué punto del espacio se encuentra el
electrón en cada momento, pero sí la probabilidad de encontrarlo en una región
determinada
La probabilidad de encontrar al
electrón dentro de la región dibujada
es del 90%
Mientras que en el modelo de Bohr cada
nivel corresponde a una única órbita,
ahora puede haber varios orbitales
correspondientes a un mismo nivel
energético
En el átomo de hidrógeno hay n2 orbitales en el nivel de energía n-ésimo. Al
valor n se le denomina número cuántico principal
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CORRECCIONES AL MODELO DE BÖHR: NÚMEROS
CUÁNTICOS
En el modelo original de Böhr, se precisa un único parámetro (el número
cuántico principal, n), que se relaciona con el radio de la órbita circular que
el electrón realiza alrededor del núcleo, y también con la energía total del
electrón. n indica los diferentes niveles electrónicos (órbitas estacionarias
en el modelo de Bohr).
Los valores que puede tomar este número cuántico principal son los
enteros positivos: 1, 2, 3...
Sin embargo, pronto fue necesario modificar el modelo para adaptarlo a los
nuevos datos experimentales, aparición de nuevas rayas espectrales con lo
que se introdujeron otros tres números cuánticos para caracterizar al electrón:
número cuántico secundario o azimutal (ℓ)
número cuántico magnético (mℓ)
número cuántico de espín (ms)
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ORBITALES Y NÚMEROS CUÁNTICOS
En átomos polielectrónicos, los n2 orbitales del nivel n dejan de tener todos
la misma energía y se separan en diferentes subniveles
 El número de subniveles que hay en un nivel depende del valor de n
para n=1 (primer nivel de energía principal)  un subnivel
para n=2 (segundo nivel de energía principal)  dos subniveles
para n=n (n-ésimo nivel de energía principal)  n subniveles
 Los distintos subniveles se diferencian por medio de un parámetro, denominado número
cuántico secundario, l, y se nombran mediante una letra
para n = 1  l=0  orbital s
para n = 2 
l=0  letra s
l=1  letra p
l=0  orbital s
para n = 3  l=1  orbital p
l=2  orbital d
Al pasar de Z=1 a Z>1, el nivel de energía n se separa en n subniveles. El número de
orbitales en un subnivel dado es igual a (2l + 1)
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Nomenclatura de los subniveles
Valor de l
0
1
2
3
Letras
s
p
d
f
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Número cuántico secundario o azimutal (l): corrección de
Sommerfeld
El desdoblamiento de algunas rayas espectrales observado con las mejoras técnicas de
algunos espectroscopios llevó a la necesidad de justificar estas nuevas rayas y por tanto de
corregir el modelo de Bohr.
En 1916, Sommerfeld modificó el modelo de Böhr considerando que las órbitas del electrón
no eran necesariamente circulares, sino que también eran posibles órbitas elípticas; esta
modificación exige disponer de dos parámetros para caracterizar al electrón.
Una elipse viene definida por dos parámetros, que son los valores de sus semiejes mayor y
menor. En el caso de que ambos semiejes sean iguales, la elipse se convierte en una
circunferencia.
Así, introducimos el número cuántico secundario o azimutal (l), cuyos valores permitidos
son: l= 0, 1, 2, ..., n – 1
Por ejemplo, si n = 3, los valores que puede tomar l serán: 0, 1, 2
41
Número cuántico magnético (mℓ).
El efecto Zeemann se debe a que cualquier carga eléctrica en movimiento crea un campo
magnético; por lo tanto, también el electrón lo crea, así que deberá sufrir la influencia de
cualquier campo magnético externo que se le aplique. Aplicando un campo magnético a los
espectros atómicos las rayas se desdoblan lo que indica que deben existir diferentes
orientaciones posibles .
Indica las posibles orientaciones en el espacio que puede adoptar la órbita del electrón
cuando éste es sometido a un campo magnético externo (efecto Zeemann). Valores
permitidos: - l, ..., 0, ..., + l
Por ejemplo, si el número cuántico secundario vale l = 2, los valores permitidos para ml
serán: -2, -1, 0, 1, 2
Número cuántico de espín (ms).
Indica el sentido de giro del electrón en torno a su propio eje. Puede tomar sólo dos
valores para el electrón: +1/2, -1/2.
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número cuántico secundario o azimutal (l)
número cuántico magnético (ml)
número cuántico de espín (ms)
Cada
electrón viene determinado por 4 números cuánticos: n, L, m y s (los
tres primeros determinan cada orbital, y el cuarto “s” sirve para diferenciar a
cada uno de los dos e– que componen el mismo).
Los
valores de éstos son los siguientes:
n = 1, 2, 3, 4, ...
(nº de capa o nivel)
l = 0, 1, 2, ... (n – 1)
(forma del orbital o subnivel)
ml = – l, ... , 0, ... +l
(orientación orbital o orbital)
ms = – ½ , + ½
(spín rotación del electrón )
43
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
n
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4
l
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
m
0
0
–1,0,1
0
–1,0,1
–2, –1,0,1,2
0
–1,0,1
–2, –1,0,1,2
–3,–2, –1,0,1,2,3
s
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
1/2
44
MODELO ACTUAL
El átomo está formado por un núcleo donde se
encuentran los neutrones y los protones y los
electrones giran alrededor en diferentes orbitales.
ORBITAL: ZONA DEL ESPACIO EN TORNO AL NÚCLEO DONDE LA POSIBILIDAD DE
ENCONTRAR AL ELECTRÓN ES MÁXIMA
Los electrones se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para situar dos de ellos:
• 1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–)
s2
• 2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)
• 3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)
p6
5 orb. “d” (10 e–)
d10
–
–
• 4ª capa: 1 orb. “s” (2 e ) + 3 orb. “p” (6 e )
f14
5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–)
• Y así sucesivamente…
Primero se indica el nivel que es el número cuántico principal n
Los valores del número cuántico L (subnivel) indican la letra del orbital que corresponde:
(L=0 es s ; L=1 es p ; L=2 es d ; L=3 es f)
Los valores de m indican los diferentes orbitales que caben en cada subnivel.
En cada orbital solo caben dos electrones uno girando de un lado y otro del otro+1/2 y –1/2
número de spin
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LA FORMA DE LOS ORBITALES
 Orbitales s (l=0)
- tienen forma esférica
- la probabilidad de encontrar al
electrón es la misma en todas las
direcciones radiales
- la distancia media del electrón al
núcleo sigue el orden 3s > 2s > 1s
 Orbitales p (l=1)
- tienen forma de elipsoides de revolución y se diferencian sólo en la orientación en el
espacio
- un electrón que se encuentre en un orbital px pasa la mayor parte del tiempo en las
proximidades del eje X. Análogamente ocurren con py y pz
- los tres orbitales np tienen igual forma y tamaño
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 Orbitales d (l=2)
- tienen forma de elipsoides de revolución
- tienen direcciones y tamaños distintos a los p
El valor de n afecta al tamaño del orbital, pero no a su
forma. Cuanto mayor sea el valor de n, más grande es
el orbital
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LA ENERGÍA DE LOS ORBITALES.
La energía de un orbital depende de los valores de los números cuánticos
principal y secundario pero no del magnético, por tanto todos los orbitales de un
mismo subnivel tienen la misma energía
Los orbitales vacíos tienen unos niveles energéticos definidos primeramente
por el número cuántico principal y luego por el secundario
Conforme se van llenando de electrones, la repulsión entre estos modifica la
energía de los orbitales y todos disminuyen su energía (se estabilizan) al
aumentar Z, pero unos más que otros, y esto origina que su orden energético no
sea constante
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La energía de un orbital perteneciente a un átomo polielectrónico no es única.
Sin embargo, en referencia a su sucesivo llenado, el orden de energía a utilizar
es el siguiente:
Regla de llenado de Hund: la energía de un orbital en orden a su
llenado es tanto menor cuanto más pequeña sea la suma (n+l).
Cuando hay varios orbitales con igual valor de n+l, tiene mayor
energía aquel que tenga menor valor de n
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COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN DIAGRAMA DE ENERGÍA
Se siguen los siguientes principios:
• Principio de mínima energía (aufbau)
• Principio de máxima multiplicidad (regla de Hund)
• Una vez colocados se cumple el principio de exclusión de Pauli.
•
•
Principio de mínima
energía (aufbau)
•
Principio de máxima
multiplicidad (regla
de Hund)
Principio de exclusión
de Pauli.
•
Se rellenan primero los niveles con menor energía.
No se rellenan niveles superiores hasta que no
estén completos los niveles inferiores.
Cuando un nivel electrónico tenga varios orbitales con
la misma energía, los electrones se van colocando lo
más desapareados posible en ese nivel electrónico.
No se coloca un segundo electrón en uno de dichos
orbitales hasta que todos los orbitales de dicho nivel
de igual energía están semiocupados (desapareados).
“No puede haber dos electrones con los cuatro
números cuánticos iguales en un mismo átomo”
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Orbitales
Elemento
Configuración electrónica
1s 2s 2px 2py 2pz 3s
H
1s1
He
1s2
Li
1s2 2s1
Be
1s2 2s2
B
1s2 2s2 2p1
C
1s2 2s2 2p2
N
1s2 2s2 2p3
O
1s2 2s2 2p4
F
1s2 2s2 2p5
Ne
1s2 2s2 2p6
Na
1s2 2s2 2p6 3s1
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Energía
6p
5d
6s
4 f
5p
4d
5s
4s
4p
3d
ORDEN EN QUE SE
RELLENAN LOS
ORBITALES
3p
3s
2s
2p
n = 4;
1;; lℓ==1;
2;
3;
0; ;mm==+
2;
0;
– 1;
2;
s; s=
s =+
=
–+
–½
½
1s
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Se llama CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA de un átomo a la distribución
de sus electrones en los diferentes orbitales , teniendo en cuenta que se
van llenando en orden creciente de energía y situando 2 electrones como
máximo en cada orbital.
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4d 4p 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p
LA TABLA PERIÓDICA SE ORDENA SEGÚN EL NÚMERO ATÓMICO, como es el
número de protones pero coincide con el de electrones cuando el átomo es
neutro, la tabla periódica queda ordenada según las configuraciones
electrónicas de los diferentes elementos.
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