I. NT. GERARDO ANTONIO MUÑOZ RODRÍGUEZ

UNIDAD 1: Teoría Cuántica y Estructura Atómica

1

QUÍMICA

1. El átomo y sus partículas subatómicas

1. Rayos catódicos y rayos anódicos

2. Radiactividad

2. Base experimental de la teoría cuántica

1. Teoría ondulatoria de la luz

2. Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck

3. Efecto fotoeléctrico

4. Espectros de emisión y series espectrales

3. Teoría atómica de Bohr

1. Teoría Atómica de Bohr-Sommerfeld

4. Teoría cuántica

1. Principio de dualidad. Postulado de De Broglie

2. Principio de incertidumbre de Heisenberg

3. Ecuación de onda de Schrödinger

1. Significado físico de la función de onda

2. Números cuánticos y orbitales atómicos2

5. Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos

1. Principio de Aufbau o de construcción

2. Principio de exclusión de Pauli

3. Principio de máxima multiplicidad de Hund

4. Configuración electrónica de los elementos y su ubicación en la tabla periódica

5. Principios de radiactividad

6. Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos

3

EL ÁTOMO

Dalton

Thompson

Rutherford

Bohr

Shrödinger

http://msjschemclass.blogspot.mx/2011/10/atom-models-and-periodic-trands.html?m=1

4

EL ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

Átomo

Protón

NeutrónElectrón

Partícula indivisible por métodos químicos, formada por un núcleo rodeado de electrones

Átomo

Partícula elemental con carga eléctrica negativa, que gira alrededor del átomo

Electrón

Partícula elemental sin carga eléctrica, que forma parte del núcleoNeutrón

Partícula elemental con carga eléctrica positiva, que forma parte del núcleo

Protón

5

www.rae.es

RAYOS CATÓDICOS Y RAYOS ANÓDICOS

Rayos catódicos

• Flujo de electrones que viaja delcátodo hacia el ánodo debido auna corriente eléctrica

Rayos anódicos

• Flujo de iones positivos que viajandel ánodo hacia el cátodo debido auna corriente eléctrica

6

http://www.chemistry-assignment.com/anode-rays-or-canal-rays

RADIACTIVIDAD

La radiactividad no depende de la forma física del cuerpo radioactivo, es una cualidad de algunos átomos.7

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radact.html

Partículas alfa

• Partículas compuestas de dos neutrones y dos protones (núcleo de helio)

Partículas beta

• Emisiones de electrones durante la transformación de neutrón a protón o viceversa.

Radiación gamma

• Energía liberada desde el núcleo después de la emisión de partículas alfa y beta

TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ

Leyes de reflexión

Leyes de difracción

8

TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ

9

http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/particleorwave.html

RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO

Es una cavidad caliente donde hay radiación

electromagnética en equilibrio con las paredes.

Si se hiciera un pequeño agujero que permita

la salida de la radiación, el análisis de esta

mostrara la misma distribución de frecuencias

independientemente del material, solo

cambiando en función de la temperatura.

10

Sepulveda S. Alonso; Los conceptos de la física: evolución histórica, pg 291

TEORÍA DE PLANCK

Planck descubrió por medio de sus experimentos

que los átomos y las moléculas emitían radiación en

cantidades discretas llamadas “cuantos”.

Propuso asi su teoría para determinar la energía

emitida por medio de:

𝐸 = ℎ𝑣

11

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/estructura_atomica/ap1/bohr07.gif

EFECTO FOTOELÉCTRICO

¿Ondas?¿Partículas?

12

http://ed.fnal.gov/projects/photoe_lab/graphics/animation.gif

ESPECTROS DE EMISIÓN Y SERIES ESPECTRALES

13

https://i.stack.imgur.com/bPtWq.gifChang, R. , Química General; 7ma ed, pg 254

TEORÍA ATÓMICA DE BOHR-SOMMERFELD

Orbitas elípticas

Velocidad relativista

14

Los electrones

giran alrededor del

núcleo en orbitas

Cada nivel u orbita le

corresponde un valor de

energía

El electrón nunca caerá

al núcleo

POSTULADO DE DE BROGLIE

Relaciona las ecuaciones de energía de un fotón con la ecuación de Energía de Einstein:

𝐸 = 𝑚𝑐2 =ℎ𝑐

𝜆⟹ 𝑚𝑐 =

ℎ

𝜆⟹ 𝜆 =

ℎ

𝑚𝑣=ℎ

𝑝

Con lo que se concluye que a cualquier longitud de onda le corresponde una masa y viceversa

15

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG

16

A partir de las ecuaciones de energía y de longitud de onda de de Broglie, establece la siguiente relación:

ℎ =𝐸𝜆

𝑐y ℎ = 𝜆𝑝

𝐸

𝑣= 𝜆𝑝

Concluyendo que por la medición de la posición y el momento, se lleva una incertidumbre en cada medición, por

lo que es imposible determinar la posición y el momento de manera precisa.

ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRÖDINGER

Schrödinger propuso una ecuación que no especificaba orbitas discretas, pero en cambio describía la onda

asociada con el electrón.

𝜕2Ψ

𝜕𝑥2+𝜕2Ψ

𝜕𝑦2+𝜕2Ψ

𝜕𝑧2+8𝜋2𝑚

ℎ2𝐸 − 𝑉 Ψ = 0

La ecuación de onda propuesta por Schrödinger considera la posición del electrón y la energía del mismo, tanto

cinética como potencial.

17

Douglas, B., Conceptos y modelos de química inorgánica; 2da edición, pg 10, 1994.

PRINCIPIO DE AUFBAU

El llenado de los subniveles energéticos se lleva a

cabo de menor a mayor energía

18

http://images.tutorvista.com/cms/images/81/energy-level-diagram-and-aufbau-principle.png

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULLI

No es posible que dos electrones del

mismo átomo posean los mismos 4

números cuánticos

19

1S 2S 2P 2P 2P

N

N

REGLA DE HUND

Establece que la distribución electrónica mas

estable es la que cuenta con el mayor número

de espines paralelos

20

1S 2S 2P 2P 2P

N

N

N

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ELEMENTOS

21

https://image.slidesharecdn.com/clase-141210225755-conversion-gate02/95/clase01-tabla-periodica-13-638.jpg?cb=1418252323

2P3

Número cuántico

n

Número cuántico

l

Número de electrones

en el orbital

PRINCIPIO DE RADIACTIVIDAD

Propiedad de ciertos cuerpos cuyos

átomos, al desintegrarse espontáneamente,

emiten radiaciones, y cuya unidad de

medida en el sistema internacional es el

becquerel.

22

www.rae.es http://profesores.fi-b.unam.mx/jlfl/Fundamentos/Radiaciones_residuos_aplicaciones.pdf