FUNDAMENTOS DE

QUÍMICA

VII. Estructura electrónica de los atomos

VII.1. Radiación electromagnética y espectros AtómicosVII.2.Teoría cuánticaVII.3. El átomo de BohrVII.4. Principio de incertidumbreVII.5. Propiedades de las ondasVII.6. Orbitales atómicos y números cuánticosVII.7. Representación de los orbitales atómicosVII.8. Espin de los electrones y principio de exclusión de PauliVII.9. Orbitales de átomos multielectrónicosVII.10. Configuración electrónica

El principio de incertidumbre

Las propiedades ondulatorias del electrón se traducen en que no se puede conocer su posición en un instante dado.

Werner Heisenberg (1901-1976):

“Es inherentemente imposible conocer simultáneamente la cantidad de movimiento (mv) del electrón y su posición exacta en el espacio”

La incertidumbre en la posición es inversamente proporcional a la incertidumbre en su cantidad de movimiento.

Esto trae como resultado el concepto de “orbital” ´(zona probable donde encontrar al electrón y no de “órbita.

Estructuras electrónicas de los elementos

Schrödinger (1887-1961) propuso una ecuación que incorpora el comportamiento onda-partícula del electrón.

Las funciones de onda describen a cada tipo de electrón, su ubicación en el átomo, la probabilidad de que el electrón se encuentre en un lugar del espacio : DENSIDAD ELECTRÓNICA

Las regiones en las que es muy probable encontrar electrones son regiones de alta densidad electrónica.

Orbitales y números cuánticos En lugar de girar en órbitas circulares los

electrones se disponen en orbitales con energía y forma característica. (Son soluciones de la ecuación de onda de Schrödinger)

Un orbital es una zona probabilística donde se puede encontrar al electrón.

El modelo de la mecánica cuántica contempla tres números cuánticos (valores a incluir en la ecuación de onda de Schrödinger) :

n , l y ml

5

Orbitales y números cuánticos

n número cuántico principal.

valores enteros positivos. El electrón pasa más tiempo lejos del núcleo. A > n, el orbital es más grande y el electrón tiene más energía (unido con menos fuerza al núcleo).

Los electrones con igual n pertenecen a la misma capa electrónica

Orbitales y números cuánticos l número cuántico azimutal. valores enteros positivos de 0 a (n-1). Este número cuántico define la forma del orbital.Dada la cantidad de electrones a distribuir en las capas

electrónicas el número máximo de n es 4 y por tanto l llega a 3.

El conjunto de orbitales con igual n y l constituyen una subcapa (ej. “3d”)

Valor de l 0 1 2 3

Letra designación s p d f

Orbitales y números cuánticos

ml número cuántico magnético

valores entre –l a +l, incluyendo el cero.

Describe la orientación del orbital en el espacio.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Un electrón puede entonces caracterizarse por un valor de n, uno de l y uno de ml

Orbitales y números cuánticos

CAPA ELECTRÓNICA: conjunto de orbitales con igual n. Ej n = 3

Significa que en este orbital existen las subcapas l = 0 , l = 2 y l = 2; o sea, subcapas 3s, 3p y 3d

[a la distancia (y energía) del nivel n y con las formas de los orbitales s, p y d]

En la subcapa (orbital) 3p pueden estar, “caber” electrones con (-p a +p; p equivale a 1):

-1, 0, +1; o sea en los orbitales: (3,2,-1) ; (3,2,0) ; (3,2,-1)

Valores de números cuánticos

Para n=1, sólo existe el orbital 1s [#orbitales = n2 = 12 = 1]

Para n=2, existen 1s y 3 orbitales p (x, y, z) [#orbitales = n2 = 22 = 4]

Para n=3, existen 1s, 3 p y 5 orbitales p [#orbitales = n2 = 32 = 9]

Para n=4: 1s, 3 p, 5 d y 7 f [#orbitales = n2 = 42 = 16]

Formas de los orbitales atómicos

Orbital sDentro de una misma

capa es el de < energía

Forma: esféricaEl diámetro de la esfera

se incrementa con el valor de n

Cada capa (n) tiene un solo orbital s.

Formas de los orbitales atómicos

Orbital p

No son esféricamente simétricos

Cada orbital tiene dos lóbulos

Hay 3 orbitales p en cada capa (excepto en la 1ª; n = 1)

13/04/2023

Formas de los orbitales atómicos

Orbitales d y fExisten para n ≥ 3(valores de l = 2)

Hay (5) orbitales 3d, (5) 4d

Para n ≥ 4 (valores de l = 3)

Pueden existir los orbitales f

Forma: más complicada que los d.

“Spín” del electrón: 4º número cuántico

El electrón se comporta como si fuera una diminuta esfera que gira sobre su propio eje.

ms : número cuántico magnético del spín.

Valores: + ½ y - ½.“En un átomo no puede haber dos electrones que

tengan iguales los cuatro número cuánticos”

[Princicio de exclusión de Pauli (1900-1958)]

UN ORBITAL PUEDE TENER UN MÁXIMO DE DOS ELECTRONES (CON SPINES OPUESTOS)

Configuraciones electrónicas Forma en que los electrones se

distribuyen (energía, distancia del núcleo y forma del orbital) en el átomo.

Configuración basal: la de menor energía Los orbitales “se llenan” en orden

creciente de energía, con un máximo de dos electrones por orbital.

Ej. Átomo de Litio (NA = 3) 1s 2s

Dos electrones en un orbital están “apareados”

Configuraciones electrónicas

Regla de Hund: “En el caso de orbitales degenerados (=energía), se alcanza la menor energía cuando el número de electrones que tienen el mismo espín es el más alto posible”

Configuraciones electrónicas

Gases nobles:He NA= 2 1s2

Ne NA= 10 1s2 2s2 2p6

Ar NA= 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Kr NA= 36 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6

Xe NA= 54 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6

Rn NA= 86 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p6

Todos los orbitales se encuentran ocupados por dos electrones; de aquí su no reactividad química.

quimica

Configuraciones electrónicas

Configuraciones abreviadas:

[Na] (11): [Ne]3s1 Electrones de configuración del gas noble: “internos” ; restantes; “electrones de valencia”.

El orbital 4s tiene menos energía que los 3d, por lo que se llena primero.

[K] (19): [Ar]4s1 (no 3d)

Hay diez elementos que llenan primero el 4s antes de los 3d; se denominan elementos de transición, o metales de transición

Configuraciones electrónicas

Electrones del Gas Noble: electrones internos

Electrones de capa interna: electrones de valencia

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Que tengas

un buen día.