tema 4r estructura del atomo

Tema 4: Estructura del tomo

4.1. Radiacin electromagntica4.2. Espectros atmicos4.3. Fenomenologa de la teora cuntica4.4. Modelo atmico de Bohr4.5. Dualidad Onda-Partcula. El principio de incertidumbre4.6. Mecnica ondulatoria. Ecuacin de Onda de Schrdinger4.7. Nmeros cunticos. Orbitales atmicos 4.8. El tomo de hidrgeno 4.9. El espn electrnico

QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

2Tema 4: Estructura del tomo

4.10. tomos polielectrnicos4.11. Carga nuclear efectiva. Apantallamiento

y penetracin de orbitales4.12. Configuraciones electrnicas. Principio

de exclusin de Pauli. Reglas de Hund4.13. Configuraciones electrnicas y la tabla

peridica

Qumica General Petrucci (T-9)


34.1. Radiacin electromagntica

A finales del siglo XIX, surge la teora cuntica para explicar fenmenos a nivel atmico y molecular. Se puede conocer el comportamiento de los electrones estudiando la interaccin de la radiacin electromagntica con la materia.

Radiacin electromagntica Es una forma de transmisin de energa en la que los camposelctrico y magntico, oscilantes y perpendiculares entre s, se propagan como ondas a travs de un medio o espacio vaco.

Una onda transmite energa.


4Componente del campo elctricoComponente del campo magntico

Componente del campo elctricoComponente del campo magntico

Direccin del movimiento

Direccin del movimiento

ms alta

ms baja

Frecuencia, , nmero de crestas o valles que pasan por un punto dado en la unidad de tiempo


5Caractersticas de la radiacin electromagntica

Frecuencia () en herciosHz o s-1. Longitud de onda () en metros (m)

cm (10-2 m) m(10-6 m) nm (10-9 m) (10-10 m) pm (10-12 m)

Velocidad (c)2,997925 x 108 m s-1

Velocidad constante en el vaco, denominadavelocidad de la luz

c = = c/ = c/


6Espectro electromagntico

Frecuencia

Frecuencia, s-1

Longitud de onda, m

Rayos

Rayos X

Radio

Micro-ondas

Ultra-

violetaInfra-rojo

La regin visible que se extiende desde el violeta hasta el rojo es solo una regin del espectro electromagntico


7Ionizantes No ionizantes

LONGITUDDE ONDA () 10 13 10 11 10 9 10 7 10 5 10 3 10 2 10 1 10 0 10 2 10 3 metros (m)

FRECUENCIA () 10 21 10 19 10 17 10 15 10 13 10 11 10 10 10 9 10 8 10 6 10 5 Hertz (Hz)

RAYOS GAMMA RAYOS X UV VISIBLE INFRARROJO MICROONDAS ONDAS DE RADIO

El Espectro Electromagntico


8Interferencias: interacciones entre ondas

a) Piedras y ondasb) Reflexin de la luz en un CD, difraccin, dispersin de las

distintas longitudes de onda de un haz de luz debida a la interferencia producida por reflexin en una superficie con surcos QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

9Interferencia entre dos ondas de radiacin que solapan

a)Interferencia constructiva, conduce a la suma de las dos ondas

b)Interferencia destructiva, anula las dos ondas


10

La luz es refractada (desviada) cuando pasa del aire al prisma y de nuevo cuando emerge del prisma al aire. Cuando un haz de luz blanca pasa a travs de un medio transparente, la luz es dispersada en una banda de colores, se obtiene un espectro


11

El espectro de luz blanca

Un haz de luz blanca es dispersado por un prisma de vidrio en una banda continua de colores que corresponden a todas las longitudes de onda componentes desde el rojo al violeta. Constituyen un espectro continuo. QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

Espectro continuo

12

4.2. Espectros atmicosFuentes de emisin de luz

Luz emitida por una descarga elctrica a travs de (a) gas hidrgeno, (b) gas helio. Luz emitida cuando se excitan a la llama compuestos de los metales alcalinos (c) litio, (d) sodio y (e) potasio originan espectros discontinuos que se llaman espectros atmicos o de lneas


13

4.2. Espectros atmicosObtencin del espectro de lneas del He

Lmpara dehelio

Pelcula fotogrfica

Prisma

Rendija

La fuente de luz es una lmpara que contiene gas helio a baja presin. Cuando pasa una descarga elctrica a travs de la lmpara, los tomos de helio absorben energa que luego emiten en forma de luz. La luz se hace pasar a travs de una rendija y despus se dispersa mediante un prisma. Los distintos colores que componen la luz se detectan y registran en una placa fotogrfica. Cada longitud de onda aparece como una imagen en la rendija, una lnea estrecha.

Cada elemento qumico tiene su propio espectro de lneas


14

La serie de Balmer del tomo de hidrgenoEl espectro atmico del hidrgeno ha sido uno de los ms estudiados. La longitud de onda principal de esta luz es la luz roja a 656.3 nm, aunque aparecen tres lneas ms: una azul verdosa a 486.1 nm, una lnea violeta a 434.0 nm y otra violeta a 410.1 nm. Hay otra serie en la regin ultravioleta (Lyman) y otra en la infrarroja (Paschen).En 1885, Balmer dedujo una frmula para predecir las longitudes de onda de las lneas espectrales.

La ecuacin de Balmer escrita en la forma propuesta por Rydberg es

= 22115 12110 x 3,2881

ns

donde n es un nmero entero mayor que 2.QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

15

4.3. Fenomenologa de la teora cuntica

La fsica clsica no era capaz de explicar los espectros atmicos. La explicacin a stos vino de la mano de la teora cuntica.Radiacin del cuerpo negro Los objetos calientes emiten luz de diferentes colores, desde el rojo oscuro hasta el blanco brillante. La luz emitida por un objeto radiante caliente puede ser dispersada por un prisma produciendo un espectro de color continuo

Emisin de luz por hierro fundido


16

Espectro de la radiacin emitida porun cuerpo caliente

La intensidad de la luz vara ligeramente con la longitud de onda. La fsica clsica no poda explicar la emisin de luz por slidos calientes conocida como la radiacin del cuerpo negro.Segn la teora clsica, la intensidad de la radiacin emitida debe aumentar indefinidamente (grfico, lneas discontinas). En 1900, Max Planck hizo una porpuesta revolucionaria: la energa como la materia es discontinua.La fsica clsica no limita la cantidad de energa que un sistema puede tener.

Longitud de onda

Fsica clsicaInte

nsid

ad


17

Max Planck (1858-1947)

La teora cuntica limita la energa a un conjunto discreto de valores especficos. La diferencia entre dos de las energas permitidas de un sistema tambin tiene un valor especfico llamado un cuanto de energa. Cuando la energa aumenta de un valor permitido al siguiente, aumenta en un valor pequeo o cuanto.

El modelo que Planck utiliz para la emisin de radiacin fue el de un grupo de tomos en la superficie de un objeto caliente oscilando juntos con la misma frecuencia. La hiptesis de Planck fue que el grupo de tomos, el oscilador, debe tener una energa

nh=donde es la energa, n un numero entero y la frecuencia del oscilador QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

18

3.2. Teora cuntica La constante h se determin experimentalmente y tiene el valor,

h = 6,62607 x 10-34 J s. En la actualidad se denominaconstante de Planck.

El postulado de Planck puede enunciarse de una forma msgeneral: la energa de un cuanto de radiacin es proporcional a la frecuencia, es lo que se conoce como la ecuacin de Planck.

hE =La hiptesis de los cuantos de Planck se convirti en teora cuando pudo ser aplicada para explicar otros fenmenos distintos de la radiacin del cuerpo negro. El primero de estos xitos lleg en 1905, cuando Albert Einstein explic el efecto fotoelctrico.

En 1888, Hertz descubri que cuando la luz choca con la superficie de ciertos metales, se emiten electrones. Este fenmeno se denomina efecto fotoelctrico y se caracteriza por:


19

El efecto fotoelctrico1. La emisin de electrones solamente ocurre cuando la frecuencia de la luz incidente excede un valor umbral 0.2. El nmero de electrones emitidos depende de la intensidad de la radiacin incidente.

3. Las energas cinticas de los electrones depende de la frecuencia de la luz.

Estas observaciones no pudieron explicarse mediante la teora clsica.


21

El efecto fotoelctricoEn 1905, Einstein propuso que la radiacin tiene propiedades corpusculares y las partculas de luz, denominadas posteriormente fotones por Lewis, tienen una energa dada por la ecuacin de Planck, E = h .

Un fotn de energa h golpea un electrn que absorbe la energa del fotn. Si la energa del fotn es mayor que la energa de unin del electrn a la superficie, se libera un fotoelectrn.

En la figura, se hace incidir luz sobre un trozo de metal en un recin-to en el que seha hecho vaco


22

Los electrones emitidos por el metal se desplazan hacia la placa superior y completan un circuito elctrico dispuesto para medir la intensidad fotoelectrnica mediante un ampermetro. A partir de la intensidad se puede determinar la velocidad con la que son emitidos los electrones. Se conecta un segundo circuito para medir la velocidad de los electrones.

En este segundo circuito se mantiene una diferencia de potencial entre el metal y el electrodo de rejilla. La diferencia de potencial que hace que los fotones sean detenidos se denomina potencial de frenado VS.

Con ese potencial de frenado, toda la energa cintica de los electrones se convierte en energa potencial.

SeVmu =221

m, u y e son la masa, velocidad y carga de un electrnQUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

23

Eo = hoE = eVs o =eVo

h

eVo, y por tanto o, son caractersticas del metal.La conservacin de la energa requiere que:

h = mu2 + eVo21

mu2 = h - eVoeVs =2

1

Efotn = Ek + Eunin

Ek = Efotn - Eunin

Se encontr que VS era proporcional a la frecuencia de la luz incidente pero independiente de la intensidad de la luz. Si la frecuencia era inferior al valor de la frecuencia umbral no se produce corriente elctrica. VS= k (-o)

Experimentos precisos demostraron que h tena el mismo valor que el determinado por Planck para la radiacin del cuerpo negro. QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

24

4.4. El tomo de Bohr

El modelo atmico de Rutherford no indica cmo se ordenan los electrones alrededor del ncleo de un tomo. Los electrones estacionarios seran atrados por un ncleo cargado positivamente.

Esto sugiere que los electrones deben estar en movimiento como los planetas en rbitas alrededor del Sol. Segn la fsica clsica, estos e se aceleraran continuamente y deberan radiar energa. Al perder energa los electrones se precipitaran sobre el ncleo en un movimiento espiral.

En 1913, Bohr resolvi este problema usando la hiptesis cuntica de Planck. Bohr postul que para un tomo de hidrgeno:

1. El electrn se mueve en rbitas circulares alrededor del ncleo con el movimiento descrito por la fsica clsica.


25

2. El electrn slo tiene un conjunto de rbitas permitidas, denominadas estados estacionarios. Las rbitas permitidas son aquellas en las que el momento angular* del e tiene determinados valores. Mientras un e permanece en una rbita, su energa es constante y no emite energa. Los valores posibles del momento angular son:

4.4. El tomo de Bohr

2/nh

*Cualquier partcula que posee un movimiento circular, tiene un momento angular (p) producto de la masa por la velocidad de la partcula


n es un nmero entero. Para n=1 primera rbita, n=2 segunda rbita

3. Un electrn slo puede pasar de una rbita permitida a otra. En estas transiciones estn implicadas cantidades discretas y fijas de energa absorbida o emitida.

26

Excitacin

electrnica

Emisin

de luz

Los estados permitidos para el e senumeran, n=1, n=2 y assucesivamente. Estos nmeros enteros se denominan nmeros cunticos.

La teora de Bohr predice los radios de las rbitas permitidas. Permite calcular la velocidad del e y su energa, En

Por convenio, cuando el electrn est separado del ncleo se dice que est en el cero de energa. Cuando un e es atrado por el ncleo, la energa del electrn se hace negativa y su valor es:

En= -RH/ n2

RH una constante numrica cuyo valor es 2,179 x 10-18 J.QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

27

Diagrama de niveles de energa para el tomo de hidrgeno

Puede deducirse de la expresin de la Energa

Serie de Paschen

En= -RH/ n2


28

Diagrama de niveles de energa

= RH (ni2

1

nf2

1) = h = hc/E = Ef Ei =

-RHnf2

-RHni2

Cuando nf tiende al infinito en la ionizacin del hidrgeno, enel estado fundamental:

h = RH (ni21 ) = RH

Normalmente, el e en un tomo de hidrgeno se encuentra en la rbita ms prxima al ncleo (n=1). Esta es la energa permitidams baja o estado fundamental. Cuando adquiere un cuantode energa pasa a un nivel ms alto y el tomo se encuentra en un estado excitado. Cuando el e cae de una rbita de nmeroalto a otra de nmero ms bajo, se emite una energa:

Esto tambin funciona para las especies similares al hidrgeno como He+y Li2+ (que tienen slo 1 electrn).

h = -Z2 RHQUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

29Espectroscopia de emisin

Espectroscopia de absorcin

Excitacin de la muestra

Prisma

Fuente

de luz blanca

Muestra

Longitud de onda

Prisma

Longitud de onda

Esta absorcin o emisin de energa da lugar a espectroscopias


30

Limitaciones del tomo de Bohr

El modelo de Bohr no puede explicar los espectros atmicos de las especies que tienen ms de un electrn.

Tampoco explica el efecto de los campos magnticos sobre los espectros de emisin.

Es una mezcla complicada de fsica clsica y cuntica. Fue sustituido en 1926 por la mecnica cuntica moderna.

4.5. Dualidad onda-partcula

- Einstein sugiri que la luz tiene propiedades semejantes a las de las partculas. Estas propiedades podran explicar el efecto fotoelctrico.- Sin embargo, los patrones de difraccin sugieren que los fotones son similares a las ondas.


31

Las partculas pequeas de materia a veces pueden mostrarpropiedades de ondasy denomin ondas de materiaa las ondas asociadas con laspartculas materiales.

E = mc2 y h = mc2h/c = mc = p

p = h/Relacin de De Broglie = h/p = h/m u

m es la masa del fotnc es la velocidad de la luz

p momento angularu es la velocidad de una

partcula

Si las ondas de materiaexisten para las partculaspequeas, entonces los hacesde partculas, como los hacesde electrones, deberanmostrar propiedadescaractersticas de ondas, como la difraccin.

De Broglie en 1924, conjuga la ecuacin de Einstein con la ecuacin de Planck

32

Propiedades de ondas de los electrones

(a) Difraccin de rayos X por una hoja metlica(b) Difraccin de electrones por una hoja metlica


Mismas imgenes

Thomson, Premio Nobel 1937

33

Mientras que su padre mostr la existencia de los e como partculas, G.P. Thomson demostrque los haces de e tenan comporta-miento ondulatorio


34

4.5. El principio de incertidumbre

La fsica clsica es capaz de hacer predicciones precisas. En torno a 1920, Bohr y Heisenbergconcluyeron que siempre ha de haber incertidumbres en la medida, de modo que el producto de la incertidumbre en la posicin por la incertidumbre en el momento conduce a la expresin conocida como principio de incertidumbre de Heisenberg.

4/hpx

Este principio quiere decir que no podemos medir la posicin y el momento de una partcula con precisin al mismo tiempo.


35

4.6. Mecnica ondulatoria.Ondas estacionarias: Los valles y crestas se producen en posiciones fijas y la amplitud de la onda en los extremos fijos es cero. La magnitud de las oscilaciones difiere de un punto a otro y en los nodos no hay desplazamiento ninguno.

Las permitidas vienen dadas por la expresin

nL /2=donde n= 1,2,3, . y el nmero de nodos es n+1

El electrn como onda de materiaQUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

36

Las funciones de onda

EnergaFunciones de onda

En 1927, E. Schrdinger sugirique un e podra ser representado mediante una funcin matemtica denominada funcin de onda que se representa por la letra . El sistema ms sencillo para el que se puede escribir una funcin de onda es un sistema unidimensional de una partcula en una caja que se mueve en una nica direccin.

=Lxnsin

L2

sen

donde n es un nmero entero llamado nmero cuntico


37

2

22222

22221

mh

mp

mummuEc ====

La partcula en el interior de la caja se mueve con una energa cintica que est cuantizada.

2

22

2

2

2

2

8222 mL

nh

nLm

hmhEc =

==

Para n=1, la energa ms baja posible se denomina energa residual o energa del punto cero. Como la energa no puede ser cero, la partcula no puede estar en reposo porque se violara el principio de incertidumbre.


38

Las probabilidades

Los valores positivos o negativos de la funcin de onda no indican nada ya que la funcin de onda no tiene significado fsico. 2 es la densidad de probabilidad de encontrar un e en un pequeo volumen de espacio y la probabilidad de encontrar el e en ese pequeo volumen es 2multiplicado por el volumen.

Para n=1, el valor ms alto de 2est en el centro de la caja


39

4.6. Ecuacin de onda de Schrdinger

Coordenadas polares esfricas

En 1927, Schrdinger demostr que las funciones de onda de un sistema en la mecnica cuntica puedenobtenerse resolviendo unaecuacin de ondas que desdeentonces es conocida comoEcuacin de SchrdingerH = EH (x,y,z) o H (r,,)

(r,,) = R(r) Y(,)

R(r) es la funcin de ondaradial.Y(,) es la funcin de onda angular.Las soluciones de la ecuacin se denominanorbitales.


40

4.7. Nmeros cunticos. Orbitales atmicos

La solucin de la ecuacin de Schrdinger para el tomo de hidrgeno da lugar a tres nmeros cunticos.

El primer nmero cuntico, n es el nmero cuntico principal que puede tener slo un valor entero positivo, distinto de cero.

n = 1, 2, 3, 4

El segundo es el nmero cuntico del momento angular orbital, lque puede ser 0 o un nmero entero positivo, pero no mayor quen-1

l = 0, 1, 2(n-1)

El tercero es el nmero cuntico magntico, ml. Puede ser un nmero entero positivo o negativo, incluyendo el 0 que se encuentra entre l y +l

ml = -l, -l+1, -l+2,, l-1, l


41

Capas y subcapas principales

Capa

Subcapa

Cada subcapa contiene (2l +1) orbitales

Todos los orbitales con el mismo valor de n se encuentran en la misma capa electrnica principal o nivel principal y todos los orbitales con el mismo valor de n y l se encuentran en la misma subcapa o subnivel.

Capas y subcapas de un tomo de hidrgenoQUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

42

Las primeras cuatro subcapas sonSubcapa s l=0 Subcapa p l=1 Subcapa d l=2Subcapa f l=3

Los nombres de los orbitales son los mismos que los de las subcapas en las que aparecen.

orbitales s orbitales p orbitales dl=0 l=1 l= 2ml=0 ml=0, 1 ml= 0, 1, 2

Un orbital s Tres orbitales p Cinco orbitales den una subcapa s en una subcapa p en una subcapa d

orbitales fl = 3ml= 0, 1, 2, 3Siete orbitales fen una subcapa f


43

Para designar la capa principal en la que se encuentra una subcapa u orbital dado se emplea una combinacin de un nmero y una letra.

As, 1s indica la subcapa s en la primera capa principal pero es tambin la designacin para el orbital s en la capa principal.

2p designa la subcapa p de la segunda capa principal como cualquiera de los tres orbitales p en esta subcapa.


44

4.7. El tomo de hidrgeno Los orbitales son funciones de onda, es decir, soluciones

matemticas de la ecuacin de ondas de Schrdinger. La funcin de onda por s misma no tiene significado fsico. 2 es una magnitud que se relaciona con la densidad de probabilidad. Orbitales s


45

Tabla4.1.Lasfuncionesdeondaangularyradialdeuntomohidrogenoide

46

2 (r)

Probabilidad electrnica o densidad de carga en un plano con el ncleo en el centro.

Envolvente esfrica que representa una probabilidad del 90% de encontrar un e.


47

Orbitales p

La parte radial de (2p) para un tomo de hidrgeno

Para r = 0 y r = , = 0

NODO

Punto en el que una funcin de onda se anula


48

Tabla9.1.Lasfuncionesdeondaangularyradialdeuntomohidrogenoide

Laparteangularnoesunaconstante.Notieneformaesfrica

49

Nodo

Densidad de probabilidad angular de encontrar al electrn

Funcin de onda angular


50

Los tres orbitales 2p

Los orbitales 2p se representan dirigidos a lo largo de los ejes perpendiculares x,y,z. Los smbolos que se emplean son px, py, pz. El color de los lbulos indica el signo de la funcin de onda.


51

Orbitales d (Secciones de los cinco orbitales d)

Los orbitales d aparecen por primera vez para n=3


52

Orbitales d (Representaciones de los cinco orbitales d)

El nmero de superficies nodales para un orbital es igual al nmero cuntico l. Para cada orbital d hay dos superficies de este tipo.


53

4.9. El espn electrnico

En 1925, G. Uhlenbeck y S. Goudsmit propusieron que algunas caractersticas sin explicar del espectro del hidrgeno se podran explicar si un electrn girase sobre s mismo.


54

Horno

tomos de Ag

Rendija Imn

Experimento de Stern-Gerlach (1920)

Los tomos de Ag vaporizados en el horno se pasan por una rendija y este haz pasa a travs de un campo magntico y se desdobla en dos.

En un tomo de Ag, 23 electrones tienen un spin de un tipo y 24 de tipo opuesto. La direccin del campo magntico creado por estos e depende del spin del e desapareado.El campo magntico inducido por los tomos de plata interacciona con el campo magntico y el haz de tomos de plata se desdobla en dos haces.


55

Estructura electrnica del tomo de H

El e de un tomo de H en el estado fundamental se encuentra en el nivel de energa ms bajo. Sus nmeros cunticos:

n= 1, l = 0, ml = 0, ms = +1/2 -1/2 1s1

En el estado excitado, el e ocupa orbitales con mayores valores de n, por ej. n=2 2s1 2p1


56

4.10. tomos polielectrnicos

Schrdinger desarroll su ecuacin de ondas para el tomode hidrgeno, un tomo que contiene slamente un electrn.

En cualquier otro tomo con ms de un e aparece un inconveniente importante:

Repulsin entre los electrones en los tomosmultielectrnicos.

Solucin: Se consideran los e uno por uno. Los orbitalesque se obtienen para los electrones son del mismo tipo quelos obtenidos para el tomo de hidrgeno. Se llamanorbitales hidrogenoides.


57

4.11. Carga nuclear efectiva. Apantallamientoy penetracin de orbitales

Los e en los orbitales ms prximos al ncleo apantallan el ncleo de los e ms externos. El apantallamiento de los e reduce de forma efectiva la carga nuclear. La reduccin de la carga depende del tipo de orbitales en que se encuentren los e.

La carga nuclear que un e experimenta, si no se tienen en cuenta los otros electrones, es Z, el nmero atmico. La carga nuclear se reduce hasta Zef que es la carga nuclear efectiva.

La reduccin de la carga nuclear que siente el electrn debida a la carga promedio del resto de electrones se denomina apantallamiento y su valor se denomina constante de apantallamiento, S. Zef= Z- S


58

Cuanto menor es el valor de l, los e estn ms prximos al ncleo. Un electrn 1s est ms cerca del ncleo que uno 2s y ste ms cerca que un e 2p. Un e 2s muestra mayor penetracin que un e 2p y estmenos apantallado.


59

La configuracin electrnica de un tomo es una designacin de la distribucin de los e entre los diferentes orbitales en las capas principales y subcapas.

Reglas para la distribucin de los e en los orbitales. Principio aufbau (construccin progresiva)

Construir y minimizar la energa. El orden de llenado de los orbitales es

4.12. Configuraciones electrnicas

Este orden se ha obtenido

experimentalmente mediante estudios espectroscpicos.


60

Diagrama de energa de los orbitales en las tres primeras capas electrnicas

tomo de Hidrgeno

Tres tomos multielectrnicos

E

n

e

r

g

a

(

n

o

a

e

s

c

a

l

a

)

Las energas de los orbitales dentro de una capa dependen del tomo QUMICA GENERAL GRUPO C CURSO 09-10

61

Principio de exclusin de Pauli: Dos electrones de un tomo no pueden tener los cuatro

nmeros cunticos iguales. Slamente dos e pueden ocupar el mismo orbital y estos

e deben tener espines opuestos. Regla de Hund:

Los electrones ocupan inicialmente los orbitales de idntica energa de forma desapareada.

Z = 6, C


62


Representacin de las configuraciones electrnicas

La configuracin electrnica de un tomo de C (Z= 6) se puede expresar de tres formas distintas:

Notacin spdf condensada: 1s2 2s22p2

Notacin spdf desarrollada: 1s2 2s2 2px1 2py1 (por ejemplo)

Diagrama de orbitales

Espn + 1/2Espn - 1/2

e apareados Espines iguales o paralelos

63

Orden de llenado de los orbitales p

Z =7, N

Z= 8, O

Z= 9, F


64

Configuraciones electrnicas desde Na hasta Ar Esta serie se comporta igual que la anterior desde Li hasta Ne pero

los e se alojan en los orbitales 3s y 3p. Todos los elementos tienen las subcapas 1s2s2p llenas. Como la configuracin 1s22s22p6 es la del Ne la denominaremos configuracin internade Ne y la representamos [Ne]. Los e que se aaden que estn en la capa ms externa reciben el nombre de electrones de valencia.

Na: [Ne]3s1; Mg: [Ne]3s2; Al: [Ne] 3s23p1; Si: [Ne] 3s23p2; P: [Ne] 3s23p3; S: [Ne] 3s23p4; Cl: [Ne] 3s23p5; Ar: [Ne] 3s23p6.

K y Ca (Z= 39 y Z= 40) Despus del Ar, en lugar de comenzar a llenarse la subcapa 3d, se

llena la 4s. As, K: [Ar] 4s1 y Ca: [Ar] 4s2.

Tras llenarse la subcapa 4s, comienza a llenarse la subcapa 3d.


65

Orden de llenado de los orbitales d

En esta serie se van completando los orbital es d. Se puede usar tambin la notacin

Sc: [Ar] 4s23d1, pero usaremos

Sc: [Ar] 3d14s2que representa mejor el modo en que los e se pierden en la ionizacin.

EXCEPCIONES


66

Configuraciones electrnicas

Desde el galio al kriptn (Z= 31 hasta Z= 36) En esta serie de 6 elementos se llena la subcapa 4p hasta

llegar al kriptn. Kr: [Ar]3d104s24p6

Desde rubidio al xenn (Z= 37 hasta Z= 54) En esta serie de 18 elementos, las subcapas se llenan en el

orden 5s, 4d, 5p hasta llegar al Xe: [Kr]4d105s25p6

Desde cesio al radn (Z=55 hasta Z= 86) En esta serie de 32 elementos, las subcapas se llenan en el

orden 6s, 4f, 5d, 6p hasta llegar al Rn: [Xe] 4f 145d10 6s2 6p6

Desde el francio hasta los nuevos elementos descubiertos

El francio inicia una serie de elementos en la que las subcapasse llenan en el orden 7s, 5f, 6d y supuestamente 7p, aunque los elementos en los que se van llenando la subcapa 7p se han descubierto recientemente y no han sido caracterizados an.


67

4.13. Configuraciones electrnicas y la tabla peridica En 1920, Niels Bohr comenz a darse cuenta de las

conexiones entre la tabla peridica y la teora cuntica a travs de las configuraciones electrnicas y estableci:

Los elementos del mismo grupo tienen configuraciones electrnicas semejantes.

Para construir la tabla 4.2., se han tenido en cuenta tres grupos de elementos de la tabla peridica y se han escrito sus configuraciones electrnicas.

Los tomos del grupo 1 (metales alcalinos) tienen 1 e en la capa de valencia y configuracin ns1.

Los tomos del grupo 17 (halgenos) tienen 7 e en la capa de valencia y configuracin ns2 np5.

Los tomos del grupo 18 (gases nobles) tienen 8 e en la capa de valencia y configuracin ns2 np6.


68

Tabla4.2.


69

4.13. Configuraciones electrnicas y la tabla peridica

Elementosdelosgruposprincipales

Elementosdetransicin

BloquesBloquep

Bloqued

ElementosdetransicininternosBloquef


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Bloque s: Se llena el orbital s de nmero cuntico principal (n) ms alto. Est formado por los grupos 1 y 2.

Bloque p: Se llena el orbital p de nmero cuntico principal (n) ms alto. Est formado por los grupos 13, 14, 15, 16, 17 y 18.

Bloque d: Se llena el orbital d de la capa electrnica n-1, la anterior a la ms externa. Est formado por los grupos 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y 12.

Bloque f: Se llena el orbital f de la capa electrnica n-2. Est formado por los lantnidos y actnidos.


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Ejercicios: correlacionar elementos qumicos con configuraciones electrnicas


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A qu elementos qumicos corresponden estas configuraciones electrnicas?Cul corresponde al fsforo ?


tema 4r estructura del atomo

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