estructura de los modelos atómicos
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ESTRUCTURA Y MODELOS ATOMICOS
SEGUNDA PARCIAL QUIMICA I
ING. ARMIDA FIGUEROA CHAVEZ
ESTRUCTURA Y MODELOS ATOMICOS
LOS CIMIENTOS DE LA TEORIA ATOMICA SE REMONTAN, POR LO MENOS, AL TIEMPO DE LOS ANTIGUOS GRIEGOS.
ESTOS PLANTEARON AL PARECER UNA PREGUNTA: ¿ PUEDE LA MATERIA SER DIVIDIDA EN PORCIONES PEQUEÑAS Y LUEGO EN OTRAS MAS PEQUEÑAS, O ESTA COMPUESTA POR ALGUN TIPO DE PARTICULA QUE YA NO PUEDE SER DIVIDIDA?
LEUCIPO Y DEMOCRITO Y POSTERIORMENTE EPICURO, CONCIBIERON Y ADMITIERON QUE LA MATERIA NO ERA CONTINUA Y ESTABA CONSTITUIDA POR PARTICULAS PEQUEÑISIMAS, INVISIBLES E INDIVISIBLES, A LAS CUALES LLAMARON ATOMOS, QUE SE ENCUENTRAN SEPARADOS UNOS DE OTROS POR CONSIDERABLES ESPACIOS VACIOS Y DOTADOS DE CONSTANTE MOVIMIENTO.
ROBERT BOYLE LO ESTABLECE EN UNO DE LOS PRIMEROS LIBROS IMPORTANTES SOBRE LA QUIMICA “ LA MATERIA QUE CONSTITUYE EL UNIVERSO ESTA EN REALIDAD DIVIDIDA EN PEQUEÑAS PARTICULAS DE TAMAÑOS Y FORMAS DIFERENTES.
LAVOISIER Y JOSEPH PROUST RETOMARON LAS IDEAS FILOSOFICAS GRIEGAS Y EXPLICAN CON HECHOS EXPERIMENTALES, LA CONSTITUCION DE LA MATERIA, LLEGANDO A ESTABLECER DOS LEYES FUNDAMENTALES LA LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA Y LAS LEY DE LAS PROPORCIONES CONSTANTES.
LA PRIMERA ESTABLECE QUE LA MATERIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE SOLO SE TRANSFORMA. LA SEGUNDA ENUNCIA QUE MUESTRAS DIFERENTES DE UNA MISMA SUSTANCIA CONTIENEN LOS MISMOS ELEMENTOS EN PROPORCIONES IGUALES.
JOHN DALTON EN 1803 OBSERVA QUE VARIOS TIPOS DE MATERIA, POR EJEMPLO AGUA, PODRIA SEPARARSE EN SUSTANCIAS MAS SIMPLES; EN ESTE CASO EN HIDROGENO Y OXIGENO, A LOS QUE LLAMO SUSTANCIAS ELEMENTALES O ELEMENTOS, PUESTO QUE YA NO SE PODIAN SEPARAR EN OTRAS MAS SIMPLES.
ESTABLECE LA PRIMERA TEORIA DEL ATOMO BAJO LOS SIGUIENETS POSTULADOS.
1. TODO ELEMENTO ESTA CONSTITUIDO DE PARTICULAS PEQUEÑISIMAS LLAMADAS ATOMOS.
2. LOS ATOMOS DE UN MISMO ELEMENTO SON IGUALES EN MASA Y TAMAÑO.
3. LOS ATOMOS DE DIFERENTES ELEMENTOS TIENEN MASA Y TAMAÑO DISTINTOS.
4. EL ATOMO NO SE PUEDE CREAR NI DESTRUIR EN UNA REACCION QUIMICA,
5. LOS ATOMOS DE DIFERENTES ELEMENTOS SE COMBINAN PARA FORMAR COMPUESTOS Y LO HACEN EN RELACIONES NUMERICAS SENCILLAS DE UNO Y OTRO ATOMO.
6. DOS O MAS ATOMOS DE DIFERENTES ELEMENTOS PUEDEN COMBINARSE EN RELACIONES DISTINTAS PARA FORMAR MAS DE UN TIPO DE COMPUESTOS.
ESTA TEORIA FUE ACEPTADA EN SU EPOCA, CON LAS INVESTIGACIONES LLEVADAS A CABO DESPUES DE ESA EPOCA SE HA DEMOSTRADO QUE:
1. NO TODOS LOS ATOMOS DE ELEMENTOS IGUALES TIENEN LA MISMA MASA, COMO SUCEDE CON LOS ISOTOPOS.
2. EL ATOMO ESTA CONSTITUIDO DE PARTICULAS SUBATOMICAS (ELECTRONES, PROTONES Y NEUTRONES).
3. BAJO CIERTAS CONDICIONES, UN ATOMO DE UN ELEMENTO SE PUEDE CONVERTIR EN OTRO ATOMO DE UN ELEMENTO DIFERENTE, COMO SUCEDE CON LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS.
EN 1897 JOHN THOMSON DESCUBRIO EN LOS TUBOS DE RAYOS CATODICOS PARTICULAS DE ELECTRICIDAD NEGATIVAS A LOS QUE LLAMO ELECTRONES. PARA TAL EFECTO UTILIZO UN TUBO DE CROOKES, BAJO LAS SIGUIENTES CONDICIONES:
DENTRO DE UN TUBO COMPLETAMENTE CERRADO Y CASI AL VACIO SE ENCONTRABAN DOS ELECTRODOS, EL ANODO (+) Y EL CATODO (-), AMBOS CONECTADOS A UNA FUENTE DE ALTO VOLTAJE.
AL PASO DE LA CORRIENTE DE ALTO VOLTAJE SE LIBERA UN FLUJO DE ELETCRONES EN LINEA RECTA DEL POLO NEGATIVO O CATODO AL POLO POSITIVO O ANODO. ES POR ESO QUE SE LLAMO TUBO DE RAYOS CATODICOS AL TUBO DE CROOKES.
THOMSON CON SU EXPERIMENTO REFERENTE A LOS RAYOS CATODICOS CONCLUYE QUE:
1. LOS RAYOS CATODICOS SON PARTICULAS QUE CONTIENEN MASA Y CARGA.
2. SON UNIVERSALES YA QUE SE ENCUENTRAN EN TODAS LAS SUSTANCIAS.
3. SE LES CONOCE CON EL NOMBRE DE ELECTRONES
CON LA EXISTENCIA DEL ELECTRON SUGIRIO UN NUEVO MODELO DE ATOMO.
CONSTITUIDO POR UNA ESFERA MATERIAL, PERO DE CARGA ELECTRICA POSITIVA, DENTRO DE LA CUAL SE ENCONTRABAN EMBEBIDOS LOS ELECTRONES NECESARIOS PARA NEUTRALIZAR DICHA CARGA Y DISTRIBUIDOS EN UNA ORDENACION QUE DEPENDIA DEL ELEMENTO CORRESPONDIENTE.
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- CARGA POSITIVA
ELECTRONES
A LAS PARTICULAS DE LOS RAYOS CATODICOS THOMSON LAS LLAMO ELECTRONES, PALABRA DE ORIGEN GRIEGO QUE SIGNIFICA AMBAR EN REFERENCIA AL PRIMER EXPERIMENTO ELECTROMAGNETICO REALIZADO EN EL MUNDO, DONDE SE UTILIZO DOS TROZOS DE AMBAR GRIS.
EN 1913 ROBERT MILLIKAN DISEÑA UN APARATO PARA DETERMINAR LA CARGA DEL ELECTRON. EL VALOR ENCONTRADO FUE DE 1.60219
X 10-19 COULOMBS; SE LE REPRESENTA POR EL SIMBOLO e-
EN 1886 EL FISICO ALEMAN EUGEN GOLDSTEIN, EXPERIMENTANDO CON TUBOS DE DESCARGA, EMPLEO UN CATODO CON ALGUNAS PERFORACIONES Y OBSERVA QUE AL PRODUCIRSE LOS RAYOS CATODICOS, SE ORIGINABA UNA ILUMINACION EN EL ESPACIO SITUADO DETRÁS DEL CATODO, LAS RADIACIONES PRODUCIDAS SE ALEJABAN DEL ANODO. Y LOS LLAMO RAYOS CANALES O POSITIVOS
EN 1910 LOS CIENTIFICOS WILHELM WEIN Y J.J. THOMSON REALIZAN ESTUDIOS SIMILARES PARA DESCUBRIR AL ELECTRON Y CONCLUYEN QUE:
1. LOS RAYOS CANALES SON PARTICULAS CON CARGA ELECTRICA POSITIVA Y LLAMARON PROTONES A ESTAS PARTICULAS
2. EL VALOR DE SU CARGA ELECTRICA ES DE 1.602 X 10-19 C.
3. POSEEN UNA MASA DE 1.673 X 10-24 G.
4. SON PARTE FUNDAMENTAL DEL ÁTOMO
EN 1895 WILHELM ROENTGEN, OBSERVA EN UN TUBO CATODICO EN UNA PIEZA OBSCURA UNA INCANDESCENCIA SOBRE UNA PANTALLA FLUORESCENTE COLOCADA A CIERTA DISTANCIA DEL TUBO, PROVOCADA POR UN TIPO DE RADIACION DE ALTA ENERGIA Y MUY PENETRANTE CAPAZ DE PASAR A TRAVES DE MADERA, PAPEL E INCLUSO TEJIDO HUMANO, PERO DIFICILMENTE A TRAVES DE LOS METALES Y LOS HUESOS. LES DIO EL NOMBRE DE RAYOS X.
LAS CARACTERISTICAS DE LOS RAYOS X FUERON LAS SIGUIENTES:
1. ENNEGRECEN LAS PLACAS FOTOGRAFICAS
2. IONIZAN A LOS GASES, HACIENDOLOS CONDUCTORES DE LA ELECTRICIDAD
3. CARECEN DE CARGA, PUES NO SE DESVÍAN AL PASAR POR UN CAMPO ELECTROMAGNETICO.
EN 1896 H, BECQUEREL, CONOCIENDO QUE LOS RAYOS X SON PRODUCIDOS POR EL CHOQUE DE LOS RAYOS CATODICOS CON EL VIDRIO DEL TUBO DE DESCARGA, PENSO QUE LA FLUORESCENCIA PRESENTADA POR ALGUNAS SUSTANCIAS AL SER EXPUESTAS A LA LUZ SOLAR TAMBIEN PODRIAN PRODUCIR RAYOS X
BECQUEREL UTILIZO UNA SAL DE URANIO, LLEGANDO A DESCUBRIR ACCIDENTALMENTE LA RADIACTIVIDAD.
MARY CURIE Y SU ESPOSO PIERRE, COMPARTIERON EL PREMIO N0BEL DE FISICA CON BECQUEREL EN 1903, POR SUS INVESTIGACIONES SOBRE RADIACTIVIDAD, MAS TARDE DESPUES DE LA MUERTE DE SU ESPOSO GANA OTRO PREMIO NOBEL , ESTA VEZ DE QUIMICA EN 1911 POR HABER DESCUBIERTO EN 1902 EL RADIO. FUE LA PRIMER PERSONA QUE RECIBIO DOS PREMIOS NOBEL.
RADIACTIVIDAD: LA PROPIEDAD DE DESINTEGRACION ESPONTANEA QUE TIENEN CIERTAS SUSTANCIAS, EMITIENDO TRES TIPOS DE RADIACIONES CONOCIDAS COMO RAYOS ALFA, BETA Y GAMMA.
ERNEST RUTHERFORD TAMBIEN REALIZO, ESTUDIOS SOBRE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOS. LOGRO OBTENER UN HAZ FINO DE RADIACION, EMITIDO POR LA SUSTANCIA RADIACTIVA AL PASAR A TRAVES DE UN ORIFICIO MUY PEQUEÑO HECHO, EN EL BLOQUE DE PLOMO EN EL QUE SE ENCONTRABA DICHA SUSTANCIA. AL ATRAVESAR LA RADIACION, EL CAMPO MAGNETICO SE DIVIDIO EN TRES COMPONENTES, REGISTRANDO EN SU PLACA FOTOGRAFICA.
RUTHERFORD NOMBRO A ESTAS RADIACIONES DE LA SIGUIENTE MANERA:
1. RAYOS ALFA (α) PARTICULAS DE CARGA ELECTRICA POSITIVA, CON POCA ENERGIA Y CON POCO PODER PENETRANTE (PUEDEN SER DETENIDAS POR UNA HOJA DE PAPEL)
2. RAYOS BETA (β) PARTICULAS DE CARGA ELECTRICA NEGATIVA CON UNA CANTIDAD DE ENERGIA CAPAZ DE ATRAVESAR UNA LAMINA DE ALUMINIO CON UN ESPESOR DE APROX. 0.25 CM
3. RAYOS GAMMA ( γ ) ESTAS RADIACIONES NO FUERON DESVIADAS POR EL CAMPO MAGNETICO NI POR EL ELECTRICO. SON RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS DE GRAN ENERGIA Y DE MAYOR PODER PENETRANTE QUE LAS PARTICULAS ALFA Y BETA. SON MUY DAÑINAS PARA LOS SERES VIVOS.
RUTHERFORD IDEÓ SU NUEVO MODELO ATÓMICO, DICIENDO QUE EL ÁTOMO ERA INCREÍBLEMENTE TENUE, CASI EN SU TOTALIDAD ESPACIO VACIO; TENÍA UN NÚCLEO PEQUEÑÍSIMO, PERO EN EXTREMO DENSO Y PESADO, CON UNA CAPA EXTERIOR DE ELECTRONES QUE GIRABAN RÁPIDAMENTE EN SU DERREDOR, COMO GIRAN LOS PLANETAS EN TORNO AL SOL.
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PARTICULAS SUBATÓMICAS
EL PROTÓN DESCUBIERTO POR ERNEST RUTHERFORD EN 1897, SE ENCUENTRA EN EL NUCLEO DEL ÁTOMO
EL ELECTRON DESCUBIERTO POR THOMSON EN 1897, SIENDO LA PRIMERA PARTICULA QUE SE LOGRÓ DESPRENDER DE LA MATERIA. SE ENCUENTRA EN LAS ORBITAS ALREDEDOR DEL NUCLEO.
EL NEUTRON DESCUBIERTO POR CHADWICK EN 1932. ES UNA PARTICULA QUE SE ENCUENTRA EN EL NUCLEO Y ES ELECTRICAMENTE NEUTRA, QUE RESULTA DE LA UNION DE UN PROTÓN Y UN ELECTRÓN.
NUMERO ATOMICO
CUANDO SE ENCONTRO QUE EL NUCLEO DE LOS ATOMOS CONTENIA PROTONES Y NEUTRONES, SE DETERMINO SU NUMERO ATOMICO EN CADA ATOMO. AL NUMERO DE PROTONES DE UN ATOMO SE LE LLAMO NUMERO ATOMICO Y ES CARACTERISTICO PARA CADA ELEMENTO. COMO EL ÁTOMO ES NEUTRO, EL NUMERO DE PROTONES QUE SE ENCUENTRAN EN EL NUCLEO DEBE SER IGUAL AL NUMERO DE ELECTRONES QUE SE ENCUENTRAN EN LAS ORBITAS.
NUMERO ATOMICO = NUMERO DE PROTONES = NUMERO DE ELECTRONES
EL NUMERO DE PROTONES LOCALIZADOS EN EL NUCLEO DEL ATOMO DE UN ELEMENTO
NUMERO DE MASA
LA MASA DE UN ATOMO, O NUMERO DE MASA ES LA SUMA DE LOS PROTONES Y NEUTRONES DE SU NUCLEO.
ISÓTOPO
SUCEDE CON FRECUENCIA QUE LOS ATOMOS DE UN MISMO ELEMENTO TENGAN EL MISMO NUMERO DE PROTONES, PERO DIFERENTE NUMERO DE NEUTRONES. ESTOS ELEMENTOS TIENEN DISTINTAS MASAS ATOMICAS Y SE CONOCEN CON EL NOMBRE DE ISÓTOPOS.
PESO ATÓMICO
ESTE TERMINO SE REFIERE AL PESO DE LA MASA PROMEDIO DE TODOS LOS ÁTOMOS DE UN ELEMENTO, TOMANDO EN CONSIDERACION LA ABUNDANCIA NATURAL RELATIVA DE CADA ISÓTOPO
TEORIA CUANTICA
EN 1911 CUANDO RUTHERFORD DISEÑO SU MODELO ATOMICO, SURGIERON CIERTAS INTERROGACIONES PARA LOS CIENTIFICOS, ENTRE ELLOS MAX PLANCK Y NIELS BOHR, QUIENES SE PREGUNTABAN ¿Por qué EL ELECTRON NO ERA ATRAIDO HACIA EL NUCLEO, DONDE SE ENCUENTRA EL PROTON SIENDO QUE AMBOS TIENEN CARGAS OPUESTAS? ¿Cómo ERA QUE EL ELECTRON NO PERDIA ENERGIA AL ENCONTRARSE GIRANDO CONTINUAMENTE?
SABIAN QUE CUANDO UNA SUSTANCIA ERA EXPUESTA A UN TIPO DE RADIACIONES ABSORBÍA LA ENERGIA TRANSMITIDA POR LA FUENTE Y, UNA VEZ QUE ÉSTA ERA RETIRADA, EMITÍA DICHA ENERGÍA EN FORMA DE RADIACIONES LUMINOSAS, LAS CUALES TENÍAN CONSIDERABLES EFECTOS ELECTROMAGNETICOS
EN 1859, LOS CIENTIFICOS ALEMANES ROBERT BUNSEN Y GUSTAV KIRCHHOFF DECIDIERON ESTUDIAR LOS ESPECTROS QUE PRODUCEN LOS ELEMENTOS AL SER CALENTADOS, QUE PUEDEN SER UTILIZADOS PARA IDENTIFICARLOS. PARA DICHO ESTUDIO, EMPLEARON UN DISPOSITIVO LLAMADO ESPECTROSCOPIO, INVENTADO POR ELLOS MISMOS.
AL CALENTAR EL HIDROGENO CON ENERGIA ELECTRICA, OBSERVARON QUE DESPRENDIA RADIACIONES QUE, AL PASAR A TRAVÉS DE UN PRISMA, FORMABA UN ESPECTRO, AL QUE LLAMARON ESPECTRO DE EMISION. DEL CUAL ESTABLECIERON UNA LEY QUE DICE SI UN CUERPO EMITE LUZ DE UNA CIERTA LONGITUD DE ONDA, TAMBIÉN DEBERÁ ABSORBER LUZ DE LA MISMA LONGITUD DE ONDA.
UN ESPECTRO SE DEFINE COMO LA SUCESIÓN DE LOS DIFERENTES COLORES O LONGITUDES DE ONDA DE LA ENERGÍA RADIANTE EMITIDA POR UNA FUENTE LUMINOSA.
LOS ESPECTROS DE EMISION PUEDEN SER CONTINUOS Y DISCONTINUOS
EL ESPECTRO CONTINUO SE HALLA FORMADO DE UNA BANDA LUMINOSA SIN INTERRUPCIONES, CON TODOS LOS COLORES DEL ARCO IRIS, DESDE EL ROJO HASTA EL VIOLETA; DAN ESTE ESPECTRO LAS SUSTANCIAS LÍQUIDAS O SÓLIDAS EN INCANDESCENCIA.
EL ESPECTRO DISCONTINUO ESTÁ FORMADO DE ESTRECHAS BANDAS LUMINOSAS AISLADAS POR GRANDES ESPACIOS OSCUROS; DAN ESTE ESPECTRO LOS GASES Y VAPORES INCANDESCENTES
CUANDO UNA RADIACIÓN ELECTROMAGNETICA, POR EJEMPLO, LUZ BLANCA, SE PASA A TRAVÉS DE UNA SUSTANCIA, ÉSTA ABSORBERÁ CIERTAS LONGITUDES DE ONDA. ESTAS LONGITUDES DE ONDA SON CARACTERISTICAS DE LA SUSTANCIA QUE ABSORBE LA RADIACIÓN Y LAS LINEAS OSCURAS QUE RESULTAN SE LLAMAN ESPECTROS DE ABSORCIÓN.
EN 1912, EL FÍSICO ALEMÁN MAX PLANCK, AL ESTUDIAR TAMBIÉN EL EFECTO FOTOELECTRICO, PUBLICÓ SU TEORIA DEL CUANTUM O TEORIA CUANTICA DONDE ESTABLECE QUE:
LA ENERGIA RADIANTE GENERADA EN UN SISTEMA POR LA EXCITACIÓN DE UN ELECTRÓN MOVIÉNDOSE DENTRO DE LA NUBE ELECTRÓNICA NO ES DE NATURALEZA CONTINUA, SINO QUE ES EMITIDA EN PAQUETES LLAMADOS CUANTOS O FOTONES.
ALBERT EINSTEIN FUE OTRO DE LOS CIENTIFICOS QUE ESTUDIARON EL EFECTO FOTOELECTRICO Y LO EXPLICO DE LA SIGUIENTE MANERA: LA ENERGÍA DE UNA RADIACIÓN ELECTROMAGNETICA ESTÁ CONCENTRADA EN PAQUETES LLAMADOS CUANTOS O FOTONES. ESTA ENERGÍA ES TRANSMITIDA A LOS ELECTRONES MEDIANTE COLISIONES. EN CADA COLISION, EL ELECTRÓN ABSORBE TODA LA ENERGÍA DEL FOTÓN Y, AL VENCER LA FUERZA DE ATRACCIÓN ENTRE EL NUCLEO Y EL ELECTRÓN, ESTE ÚLTIMO SERÁ EXPULSADO DEL ÁTOMO CON MAYOR ENERGÍA CINÉTICA.
LA TEORIA DE MAX PLANCK FUE EL CIMIENTO DE LA MECÁNICA CUÁNTICA, PORQUE INICIÓ EL ESTUDIO DE LOS FENÓMENOS ELECTROMAGNÉTICOS COMO LA LUZ, FENÓMENOS QUE CON LAS LEYES DE LA FÍSICA CLÁSICA NO SE PODÍAN EXPLICAR
MODELO ATOMICO DE BOHR
EN 1913, EL FISICO DANÉS NIELS BOHR PROPUSO UN MODELO ATOMICO PARA EXPLICAR LA ESTRUCTURA ATOMICA.
PARA EXPLICAR SU MODELO ATÓMICO, BOHR FUNDAMENTÓ SU TEORIA EN LA TEORIA DEL CUANTUM, PPROPUESTA POR M. PLANCK, Y SE BASÓ EN LOS SIGUIENTES POSTULADOS:
POSTULADOS DE BOHR
1. LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS SE MUEVEN ALREDEDOR DEL NUCLEO EN ORBITAS CIRCULARES O NIVELES DE ENERGÍA DEFINIDOS.
2. MIENTRAS LOS ELECTRONES SE MUEVAN EN ÓRBITAS O NIVELES DE ENERGÍA DEFINIDOS NO ABSORBEN NI DESPRENDEN ENERGÍA.
3. LOS ELECTRONES PUEDEN PASAR DE UN NIVEL A OTRO DE MENOR A MAYOR ENERGÍA Y VICEVERSA, SIEMPRE Y CUANDO ABSORBAN O DESPRENDAN LA ENERGÍA NECESARIA.
4. CUANDO LOS ELECTRONES ABSORBEN O DESPRENDEN ENERGÍA LO HACEN EN CANTIDADES UNITARIAS LLAMADAS CUANTOS, QUE CORRESPONDEN A LA DIFERENCIA DE ENRGÍA ENTRE LOS DOS NIVELES
n =4
n= 3
n=2n=1
Niveles de energíaNúcleo
Posición del electrón en su estado basal
Energía
Emisión de la energía absorbida
Posición del e- al absorber energía (estado excitado)
EN SU MODELO ATÓMICO, BOHR REPRESENTÓ A LOS NIVELES DE ENERGÍA CON LA LETRA n , QUE TOMA VALORES DE 1, 2, 2, …∞
Y AUMENTA DE ENERGÍA A MEDIDA QUE SE ALEJA DEL NÚCLEO.
EN 1916, ARNOLD SOMMERFELD LE HIZO LAS SIGUIENTES MODIFICACIONES AL MODELO DE BOHR.
1. LOS ELECTRONES SE MUEVEN ALREDEDOR DEL NUCLEO EN ÓRBITAS CIRCULARES O ELÍPTICAS.
2. A PARTIR DEL SEGUNDO NIVEL ENERGETICO, EXISTEN DOS O MÁS SUBNIVELES EN UN MISMO NIVEL.
3. EL ELECTRÓN ES UNA CORRIENTE ELÉCTRICA MINÚSCULA.
l = 1
n = 2
l = 0
n = 2
l = 0
n = 1
PARA DESCRIBIR LOS NUEVOS SUBNIVELES, SOMMERFELD INTRODUJO OTRO PARÁMETRO CUÁNTICO, QUE RECIBIO EL NOMBRE DE NUMERO CUANTICO AZIMUTAL, QUE DESIGNÓ CON LA LETRA l
CON LA INTRODUCCION DE LOS SUBNIVELES DENTRO DE LOS NIVELES DE ENERGÍA, SOMMERFELD EXPLICÓ LA APARICIÓN DE LAS LINEAS MAS FINAS QUE CONFORMAN LAS LINEAS PRINCIPALES EN EL ESPECTRO FINO DEL HIDROGENO, LA FIGURA ANTERIOR MUESTRA LA MODIFICACIÓN EN LAS ORBITAS REALIZADAS POR SOMMERFELD AL MODELO DE BOHR.
SOLO SE HA REPRESENTADO HASTA EL NIVEL 2, OBSERVANDOSE CÓMO ESTE NIVEL ESTÁ COMPUESTO POR DOS SUBNIVELES:
l = 0 Y l = 1
DUALIDAD DE LA MATERIA
CUANDO HABLAMOS DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO, MENCIONAMOS QUE TANTO PLANCK COMO EINSTEIN FUNDAMENTARON SUS TEORIAS EN QUE LA ENERGÍA DE UNA RADIACIÓN ES TRANSMITIDA EN CUANTOS O FOTONES, ASOCIÁMDOLE CARACTERISTICAS DE PARTICULA AL MOVIMIENTO ONDULAR (RADIACIÓN). EN 1924, EL FISICO FRANCÉS LUIS V. DE BROGLIE PROPUSO EL CASO INVERSO; ES DECIR, QUE TAMBIÉN SE PODRÍAN ASOCIAR CIERTAS PROPIEDADES DE ONDA A LAS PARTICULAS MATERIALES. A SU PROPUESTA, DE BROGLIE LE LLAMO ONDAS MATERIALES Y DICE LO SIGUIENTE
LOS ELECTRONES, CONSIDERADOS COMO MATERIA, AL IGUAL QUE LA LUZ, PUEDEN TENER PROPIEDADES DE ONDA.
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
EN 1926, EL FISICO ALEMÁN WERNER HEISENBERG, DESPUÉS DE HABER DISEÑADO VARIOS EXPERIMENTOS HIPOTÉTICOS PARA DETERMINAR CON PRECISIÓN LA POSICIÓN Y LA VELOCIDAD DEL ELECTRÓN, LLEGÓ A LA CONCLUSIÓN DE QUE ESA DETERMINACIÓN ERA IMPOSIBLE. DE SU CONCLUSIÓN PORPUSO EL SIGUIENTE PRINCIPIO:
ES IMPOSIBLE DETERMINAR CON PRECISIÓN Y SIMULTÁNEAMENTE LA POSICIÓN Y VELOCIDAD DE UN ELECTRÓN, YA QUE AL PRECISAR SU VELOCIDAD, SU POSICIÓN SE ALTERA, Y VICEVERSA.
HEISEMBERG DECIA QUE LO ÚNICO QUE SE PUEDE FIJAR ES LA PROBABILIDAD DE ENCONTRAR A UN ELECTRÓN EN UN LUGAR SEÑALADO
SUPONGAMOS QUE MEDIANTE UN MICROSCOPIO QUEREMOS VER LA POSICIÓN DE UN ELECTRÓN EN EL ÁTOMO; AL ENFOCARLO E INCIDIR LA LUZ CON ÉL ÉSTE ABSORBERA PARTE DE LA ENERGÍA DE ESA LUZ CAMBIANDO AL INSTANTE DE POSICIÓN.
X
YY
X
fotón
λ
Velocidad =0
Antes de la colisión
La lo
ngitud de onda del
fotón aumenta λ
Aumenta
La velocidad
Del electrón
Después de la colisión
e
e
EN 1927, ERWIN SCHRODINGER, RETOMANDO LAS IDEAS SOBRE LOS NIVELES ESTACIONARIOS DE BOHR, LA TEORIA DE LA DUALIDAD DE DE BROGLIE Y EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEINSENBERG, DEDUJO QUE, PARA ENTENDER EL COMPORTAMIENTO DE LOS ELECTRONES, ÉSTOS PUEDEN SER TRATADOS COMO ONDAS MATERIALES Y COMPARAR SU MOVIMIENTO CON EL DE UNA ONDA.
EL TRABAJO DE SCHRODINGER SE RESUME EN UNA ECUACIÓN CONOCIDA COMO ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRODINGER. LA RESOLUCIÓN DE LA MISMA RESULTA MATEMATICAMENTE COMPLEJA PARA ESTE NIVELPOR LO CUAL SOLO LA INDICAREMOS
δ2 Ψ + δ2 Ψ + δ2 Ψ + 8 Π2 m
δ X2 δ Y2 δ Z2 h2
( E – V ) Ψ = 0
DE ACUERDO CON LA ECUACION DE ONDA DE SCHRODINGER, LA POSICION PROBABLE DE UN ELECTRON ESTA DETERMINADO POR CUATRO PARAMETROS LLAMADOS CUANTICOS, LOS CUALES TIENEN VALORES DEPENDIENTES ENTRE SI.
NUMEROS CUANTICOS, SIGNIFICADOS Y VALORES
LOS NUMEROS CUANTICOS SON EL RESULTADO DE LA ECUACION DE SCHRODINGER, Y SU TABULACION NOS INDICA LA ZONA ATOMICA DONDE ES PROBABLE ENCONTRAR UN ELECTRON.
LAS LITERALES QUE REPRESENTAN A LOS NUMEROS CUANTICOS SON: n, l, m Y s; APORTADAS TEORICA Y EXPERIMENTALMENTE POR BOHR, SOMMERFELD, ZEEMAN Y STERN-GERLACH, RESPECTIVAMENTE.
NUMERO CUANTICO PRINCIPAL (n): EL NUMERO CUANTICO PRINCIPAL DESIGNA EL NIVEL ENERGETICO PRINCIPAL EN EL CUAL SE LOCALIZA EL ELECTRON DADO; ESTE NUMERO TAMBIEN EXPRESA LA ENERGIA DE LOS NIVELES DENTRO DEL ATOMO.
EL NUMERO CUANTICO n, PUEDE ASUMIR TEORICAMENTE CUALQUIER VALOR ENTERO, DE 1 A INFINITO, AUNQUE CON 7 VALORES (1,2,3,4,5,6, Y 7), ES POSIBLE SATISFACER A TODOS LOS ATOMOS CONOCIDOS ACTUALMENTE.
NUMERO CUANTICO SECUNDARIO (l): DETERMINA LA ENERGIA ASOCIADA CON EL MOVIMIENTO DEL ELECTRON ALREDEDOR DEL NUCLEO; POR LO TANTO, EL VALOR DEL l INDICA EL TIPO DE SUBNIVEL EN EL CUAL SE LOCALIZA UN ELECTRON Y SE RELACIONA CON LA FORMA DE LA NUBE ELECTRONICA.
LOS VALORES DE l ESTAN DETERMINADOS POR EL VALOR DE n; PARA CIERTO NIVEL, l, PUEDE ASUMIR CUALQUIER VALOR ENTERO DESDE 0 HASTA n-1.
ASI EN EL 1ER. NIVEL ENERGETICO SOLO HAY UN SUBNIVEL, AL CUAL l DA EL VALOR DE 0 Y LO REPRESENTA POR LA LETRA S (DEL INGLES, SHARP)
EN EL SEGUNDO NIVEL ENERGETICO HAY DOS SUBNIVELES, A LOS QUE l DA EL VALOR DE 0 Y 1; Y LOS REPRESENTA POR LAS LITERALES: S Y P RESPECTIVAMENTE (P DEL INGLES PRINCIPAL).
EN EL TERCER NIVEL ENERGETICO HAY TRES SUBNIVELES, A LOS QUE l DA EL VALOR DE 0, 1 Y 2; Y LOS REPRESENTA POR LAS LITERALES; S, P Y D, RESPECTIVAMENTE (D DE DIFFUSE)
EN EL CUARTO NEIVEL ENERGETICO HAY CUATRO SUBNIVELES, A LOS QUE l, DA EL VALOR DE 0,1,2 Y 3; Y LOS REPRESENTA POR LAS LITERALES; S, P, D Y F RESPECTIVAMENTE ( F DE FUNDAMENTAL).
PARA EL 5ª, 6ª Y 7ª NIVEL ENERGETICO, TEORICAMENTE HABRIA; 5, 6 Y 7 SUBNIVELES RESPECTIVAMENTE, SOLO QUE , PARA LOS ATOMOS CONOCIDOS, SON SUFICIENTES 4 SUBNIVELES EN EL 5ª NIVEL (S, P, D Y F); 3 SUBNIVELES PARA EL 6ª NIVEL (S, P Y D); Y 2 NIVELES EN EL 7ª NIVEL ENERGETICO (S Y P)
NUMERO CUANTICO MAGNETICO (m). REPRESENTA LA ORIENTACION ESPACIAL DE LOS ORBITALES CONTENIDOS EN LOS SUBNIVELES ENERGETICOS, CUANDO ESTOS SE ENCUENTRAN SOMETIDOS A UN CAMPO MAGNETICO.
LOS SUBNIVELES ENERGETICOS ESTAN FORMADOS POR ORBITALES.
UN ORBITAL (REEMPE) ES LA REGION DEL ESPACIO ENERGETICO DONDE HAY MAYOR PROBABILIDAD DE ENCONTRAR UN ELECTRON.
NUMERO CUANTICO ESPIN (s). (ALGUNOS AUTORES LO IDENTIFICAN POR LA LITERAL ms )
ESTE NUMERO CUANTICO DESCRIBE LA ORIENTACION DEL GIRO DEL ELECTRON. EXPRESA EL CAMPO ELECTRICO GENERADO POR EL ELECTRON AL GIRAR SOBRE SU PROPIO EJE, QUE SOLO PUEDE TENER DOS DIRECCIONES, UNA EN DIRECCION DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ, Y LA OTRA, EN SENTIDO CONTRARIO; LOS VALORES NUMERICOS PERMITIDOS SON
+1/2 Y -1/2
Orbitales s y p
EN CADA ORBITAL PUEDE HABER COMO MAXIMO DOS ELECTRONES, UNO CON GIRO POSITIVO Y EL OTRO CON GIRO NEGATIVO. LAS DOS ORIENTACIONES SE DESIGNAN POR LAS FLECHAS LAS CUALES REPRESENTAN EL GIRO DEL ELECTRON.
SUBNIVEL NUMERO DE ORBITALES POSIBLES
NUMERO DE ELECTRONES DEL SUBNIVEL
S 1 ORBITAL S 2
p 3 ORBITALES P 6
d 5 ORBITALES d 10
f 7 ORBITALES f 14
CONFIGURACIONES ELECTRONICAS
PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI:
ESTE PRINCIPIO DETERMINA EL NUMERO POSIBLE DE ELECTRONES EN CUALQUIER NIVEL PRINCIPAL. SE DEBE A WOLFGANG PAULI (1900-1958), QUIEN ENCONTRO QUE CADA ELECTRON DEBIA TENER SU PROPIO CONJUNTO DE NUMEROS CUANTICOS Y ESTABLECE QUE:
DOS ELECTRONES EN UN MISMO ATOMO NO PUEDEN TENER LOS CUATRO NUMEROS CUANTICOS IGUALES
POR TANTO, EL NUMERO MAXIMO DE ELECTRONES SE REPRESENTA POR LA EXPRESION 2n²
PARA n = 1 2(1)² = 2 electrones
Para n= 2 2(2)² = 8 electrones
Para n= 3 2(3)² = 18 electrones
Para n= 4 2(4)² = 32 electrones
PRINCIPIO DE EDIFICACION PROGRESIVA
LOS ELECTRONES DEBEN ACOMODARSE PRIMERO EN LOS ORBITALES DE MENOR ENERGIA, O SEA, AQUELLOS DONDE LA SUMA DE n + 1 SEA MENOR. ES DECIR:
CADA NUEVO ELECTRON AÑADIDO A UN ATOMO ENTRARA EN EL ORBITAL DISPONIBLE DE MINIMA ENERGIA.
LA SEPARACION DE ENERGIA EN LOS SUBNIVELES DE LOS ATOMOS POLIELECTRONICOS ORIGINA QUE SE SUPERPONGAN O TRASLAPEN, EN VALOR DE ENERGIA, ORBITALES CON DIFERENTES VALORES DE n.
CONSIDERANDO LAS ENERGIAS RELATIVAS DE LSO ORBITALES DE UN ATOMO POLIELECTRONICO, EL ORDEN DE OCUPACION SERA EL SIGUIENTE:
1s, 2s, 2p, 3s3p, 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p, 7s5f6d7p
Energìa
Esta secuencia puede deducirse aplicando el siguiente diagrama, conocido como la regla de las diagonales
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p
PRINCIPIO DE MAXIMA MULTIPLICIDAD O REGLA DE HUND
DENTRO DE UN SUBNIVEL, LOS PRIMEROS ELECTRONES OCUPAN ORBITALES SEPARADOS Y TIENEN ESPINES PARALELOS
En otras palabras, los electrones entran de uno en uno en los orbitales que contienen la misma energía, cuando estos orbitales se completan con un electrón, entonces cada uno de ellos se satura con dos electrones en el mismo orden.
ELECTRON DIFERENCIAL
SE LLAMA ASI AL ULTIMO ELECTRON QUE SE ENCUENTRA EN UN ATOMO, DE ACUERDO CON LAS REGLAS DE OCUPACION DE LOS ORBITALES; ES DECIR, AQUELLO QUE DISTINGUE A UN ATOMO DE UN ELEMENTO DEL QUE LO PRECEDE EN LA CLASIFICACION PERIODICA
He 2s Ne 3s Ar 3d 4s Kr 4d 4f 5s Xe 5d 5f 6s Rn 6d 7s 7p
DIAGRAMA ENERGETICO UTILIZADO POR KERNEL
Aprovechando la propiedad que tienen los gases nobles de tener su ultima orbita completa.