INSTITUCION EDUCATIVA LA LIBERTAD – BUCARAMANGACarrera 31 No. 101 – 24 B. La Libertad

GESTION ACADEMICA

GA-FTO: 01

Versión:01

Fecha: mayo 2020

GUIA DE CLASE 3 TALLER X EVALUACIÓN Página 1 de 2(Intermedia, periodo, quiz)

AREA: CIENCIAS NATURALES

ASIGNATURA: Química

DOCENTE: GLADYS TERESA MOGOLLÓN

PERIODO: II GRADO: 10 FECHA: 20DE MAYOTEMA: Números cuánticos y su relación con la estructura electrónicaLOGRO: Reconocer el significado físico de los números cuánticos. Identificar las características de los diferentes orbitales atómicos. Utilizar el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund en la construcción de configuraciones electrónicas.INSTRUCCIÓN:LEER LA GUIA Y RESPOSNDER LAS PREGUNTAS SUGERIDAS.

NÚMEROS CUÁNTICOS Y SU RELACIÓN CON LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA

REPRESENTACIÓN DE LOS ELECTRONES MEDIANTE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS

Como consecuencia del principio de indeterminación se deduce que no se puede dar una descripción de la posición y movimiento de los electrones en el lenguaje de la física clásica. Existe una mecánica nueva, llamada “mecánica cuántica” que da una representación más satisfactoria de las partículas con masa despreciable. La situación energética de cada electrón está definida por cuatro estados denominados estados cuánticos. A cada estado cuántico corresponde un número, por lo tanto, hay cuatro números cuánticos para cada electrón de un átomo. Los números cuánticos identifican y describen a cada electrón. Estos 4 números cuánticos se denominan:

1. n:número cuántico principal2. : número cuántico secundario o azimutal3. m:número cuántico magnético4. número cuántico de Spin

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1. n: número cuántico principal

Determina el nivel energético de la región que ocupa el electrón. Cuanto mayor sea n, mayor es la energía de la nube electrónica. Cabe hacer notar que el movimiento de los electrones en estos niveles no es uniforme y la forma circular es sólo ilustrativa de éstas divisiones.Sus valores van desde el 1 a 7 o letras de K,L,M,N,O,P,Q en adelante, según el nivel donde se encuentre el electrón.

: número cuántico secundario o azimutal

Determina la forma de la nube electrónica. Físicamente corresponde a la zona más probable donde encontrar un electrón. El número cuántico azimutal es propio de cada orbital y es independiente del nivel energético en el que probablemente se encuentre el electrón. Por convención los valores permitidos para los orbitales s, p, d y f son:

Orbital

Orbital

s 0 D 2

p 1 F 3

Orbitales S: ( = 0)

Orbitales p: ( = 1)

Orbitales d: (= 2) orbitales f (=3)

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m = número cuántico magnético

Determina la orientación espacial de la nube electrónica en respuesta al campo magnético ejercido por el núcleo atómico. Éste número magnético depende del azimutal y toma valores desde - hasta + pasando por cero.

tipo de orbital ( ) orientaciones (m)

número de

orbitales

0 (s) 0 1

1 (p) -1, 0, 1 3

2 (d) -2, -1, 0, 1, 2 5

3 (f) -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 7

s: número cuántico de Spin

El estudio de los electrones revela la existencia de tres campos magnéticos distintos el primero está asociado al movimiento del electrón en torno del núcleo y los otros dos son interpretados como movimientos de rotación del electrón respecto a su propio eje.

Si el electrón fuese considerado como una esfera, tendría dos sentidos de rotación: horario y antihorario.

Se acostumbra a asociar a esos dos sentidos de rotación (que en realidad son los dos campos magnéticos anteriormente referidos) dos números, cuyos valores son +½ ó -½.

Valores permitidos para los números cuánticos

Los valores permitidos para asignar los números cuánticos a cada electrón son los siguientes:

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7… (niveles: k, l, m, n, o, p, q…) = 0, 1, 2, 3 (orbitales s, p, d y f, respectivamente)

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m = 0, 1, 2,.... hasta

s = - ½ , +½

PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN (AUFBAU)

Principio de Mínima Energía

Todos los electrones que forman parte de un átomo adoptan los 4 números cuánticos que les permiten tener la menor energía posible.

Puede afirmarse que, por regla general, los números cuánticos más bajos describen electrones de menor energía que los números cuánticos altos. Así el electrón con menor energía será aquel que tenga los siguientes números cuánticos:

n = 1 = 0 m = 0 s = +½

Se asigna +½ al spin del primer electrón en un átomo.

Principio de Exclusión de Pauli

“No pueden existir en un mismo átomo dos o más electrones con sus cuatro números cuánticos iguales”.

Sí pueden existir dos electrones con tres números cuánticos iguales pero el cuarto debe ser distinto. Por cada orbital existen sólo 2 electrones en movimiento. El principio de exclusión es válido para todos los orbitales de un átomo. A partir del sexto electrón y los demás se requiere citar un nuevo principio.

Principio de Máxima Multiplicidad de Hund

Cuando los electrones penetran en un nivel de valores dados de “n” y “ ”, los valores de “s” mantienen el mismo signo, o sea, igual spin (llamado spin paralelo) hasta que se haya semicompletado la capacidad, sólo entonces se inicia el apareamiento. Dicho de otro modo, sólo cuando se haya semicompletado un nivel de energía con los electrones, la regla de Hund permite el apareamiento y por tanto y por tanto completar el nivel electrónico

En la tabla siguiente aparece la distribución de los electrones en los niveles cuánticos:

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Capa n M Número de TOTAL

electrones

distribuidos

K 1 0(s) 0 2 2

L 2

0(s) 0 2

8

1(p) -1,0,+1 6

0(s) 0 2

M 3 1(p) -1,0,+1 6

18

2(d) -2,-1,0,+1,+2 10

0(s) 0 2

N 4

1(p) -1,0,+1 6

32

2(d) -2,-1,0,+1,+2 10

3(f) -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 14

Conclusiones relevantes

Los electrones se distribuyen de a pares:

2 en 1 orbital llamados s

6 en 3 orbitales llamados p (px, py y pz) 10 en 5 orbitales llamados d (dxy, dxz, dyz, dx2 -y2 y dz2 )

Las capacidades máximas de cada orbital son:

ORBITAL VALOR DENº MÁXIMO DE

ELECTRONES

s 0 2

p 1 6

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d 2 10

f 3 14

Como cada orbital acepta hasta dos electrones, podemos deducir, que hay un orbital “s”, tres “p”, cinco “d” y siete “f”.

El orden en que son ocupados los orbitales puede encontrarse empleando una regla empírica sencilla, ésta es, que los electrones entran generalmente en aquel orbital que tenga el valor mínimo posible para la suma (n + ). Así, el orbital 4s (con n = 4 y = 0; 4+0 = 4) se llena antes que el 3d (con n = 3 y = 2; 3+2 =5).

En caso que resultara igual la suma en ambos casos, se llenará primero el que tenga el valor más bajo de “n”.

LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS

El llenado de los niveles energéticos con electrones considerando el principio de construcción se conoce como “CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA”. Para el llenado con electrones debemos considerar los dos primeros números cuánticos, n y , el resto es seguir la lógica planteada por el principio de Aufbau. El diagrama de Pauling es una ayuda para la asignación, así por ejemplo:

Capas Niveles Máximo nº e por nivel

R 8 8s 2

Q 7 7s 7p 8

P 6 6s 6p 6d 18

O 5 5s 5p 5d 5f 32

N 4 4s 4p 4d 4f 32

M 3 3s 3p 3d 18

L 2 2s 2p 8

K 1 1s 2

El orden de llenado de los orbitales sigue un orden específico que se resume en un esquema denominado diagrama de de moeller.

Por ejemplo un átomo con 8 electrones (Z = 8), tiene una configuración electrónica 1s2 2s2 2p4, los números cuánticos correspondientes se obtienen al analizar al último electrón de la configuración; 1s2 2s2 2p4

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EJERCICIO

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ACTIVIDAD

.1. Indique los valores de n y l para los siguientes subniveles:

a. 2s b. 3d c. 4p d. 5d e. 4f

2. Si n= 4, determine los valores de l

3. Indique los números cuánticos para:

a) 3s2 b) 4f6 c) 5d9

d) 4p3 e) 5f9 f) 4d7

4. Utilizando el sistema nlx, escriba la configuración electrónica para los siguientes átomos:

Ca, N, CL, Mg, Al

5. Considere la siguiente configuración electrónica para un átomo neutro 1s2, 2s2 2p6, 3s2 3p2

Del análisis se puede afirmar correctamente queA) el átomo tiene 4 niveles energéticos con electrones. B) sólo 2 de sus electrones se encuentran desapareados. C) el átomo tiene en total 5 orbitales con electrones. D) en el último nivel de energía hay 2 electrones. E) el átomo tiene 10 protones en el núcleo.

6.Ahora usted haga la distribución electrónica para estos elementos:

1) 6C

2) 35Br

3) 20Ca

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4) 79Au

5) 86Rn -,

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SOLUCION 1. Indique los valores de n y l para los siguientes subniveles:

a. 2s = 1L

b.3d =111

c.4p =1L1L

d.5d = 11111

e.4f = 1L1L

2. Si n= 4, determine los valores de l

4p=0

4p=1

4d=2

4f=3

3. Indique los números cuánticos para:

a) 3s2 = n:3 l:0 m: 0 s: -1/2

b) 4f6 = n:4 l:3 m: +2 s: +1/2

c) 5d9 = n:5 l:2 m: +2 s: +1/2

d) 4p3 = n:4 l:1 m: +1 s: +1/2

e) 5f9 = n:5 l:3 m: +3 s: +1/2

f) 4d7 = n:4 l:2 m: +2 s: +1/2

4. Utilizando el sistema nlx, escriba la configuración electrónica para los siguientes átomos:

Ca= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Periodo:4

Grupo:2

N= 1s2 2s2 2p2

P:2

Gp:15

CL= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

P:3

Gp:17

Mg= 1s2 2s2 2p6 3s2

P:3

Gp:2

Al= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

P:3

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Gp:13

5. Considere la siguiente configuración electrónica para un átomo neutro 1s2, 2s2 2p6, 3s2 3p2

Del análisis se puede afirmar correctamente que

A) el átomo tiene 4 niveles energéticos con electrones.

B) sólo 2 de sus electrones se encuentran desapareados.

C) el átomo tiene en total 5 orbitales con electrones.

D) en el último nivel de energía hay 2 electrones.

E) el átomo tiene 10 protones en el núcleo.

6.Ahora usted haga la distribución electrónica para estos elementos:

1) 6C= 1s2 2s2 2p2

2) 35Br=1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

3) 20Ca=1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

4) 79Au=1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6p2 4f14 5d9

5) 86Rn= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6p2 4f14 5d10 6p6