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El electrn. Naturaleza.
Distribucin de los electrones en el
tomo.
Qumica General I
Atencin
Leer del libro Qumica de Chang 10ma edicin.
Captulo 7, pgs 288 a 294.
Ojo, la lectura es para ubicarse en el contexto.
Leer del Captulo 7, pgs 294 a 300.
Aqu si mucha atencin con la descripcin de cada
uno de los conceptos.
El electrn
Es una partcula cargada negativamente.
Est en constante movimiento ondulatorio.
Este es el principio de dualidad onda-partcula establecido por De Broglie.
Son las particulas electromagnticas que dan origen a la electricidad, al microondas, etc.
El electrn
Hay una relacin directa entre las propiedades qumicas y el arreglo de los electrones en la nube electrnica.
La nube electrnica posee niveles de energa que varan segn la probabilidad de encontrar all a los electrones.
a/../Image:HAtomOrbitals.png
El electrn
Todo electrn se encuentra ocupando una
regin definida en el espacio conocida como
orbital.
Cada orbital tiene un valor de energa asociado.
Las separaciones de los valores de energa
entre orbitales son valores constantes y se
denominan cuantos.
El electrn
Los cuantos describen cantidades de
energa propias del electrn.
Cuando esas cantidades se superan, pasa
a un nivel mas alto (situacin no muy
estable o estado excitado). Al regresar a
su estado basal o inicial, emite energa
lumnica (restituye la energa recibida).
Orbitales atmicos, nmeros
cunticos y configuraciones
electrnicas
Postulados Principales
Encontrar una direccin es fcil
9na avenida 10-08 apartamento B
En un tomo se utiliza para ello:
Los nmero cunticos
Pero
De donde vienen???
Postulados del modelo
atmico de Bohr.
Los electrones slo pueden girar alrededor del ncleo en ciertas rbitas circulares definidas. (Esto ahora no es exactamente cierto)
Donde n = 1, 2, 3, 4... (orbitas permitidas)
Los electrones al girar en estas rbitas no absorben ni emiten energa.
Pero poseen un nivel energtico y mientras mayor sea el valor de n, mayor ser la energa
Modelo de Bohr
Descubrimiento de Plank
Descubri que los electrones absorben o emiten cantidades exactas de energa a lo que llam cuantos de energa.
Principios bsicos de la teora atmica actual
Principio de incertidumbre: Formulado por Heisenberg en 1927.
Es imposible conocer simultneamente con exactitud la posicin y la cantidad de movimiento del electrn en el tomo
Con la contribucin de Niels Bohr se plantearon, las siguientes
bases de la teora atmica actual.
Dualidad onda-partcula:
Formulado por Louis de Broglie en 1924.
Cada partcula lleva asociada una onda
Erwin Schrdinger (1926)
Schrdinger propuso una ecuacin de onda que describe
el comportamiento de un electrn. Las soluciones de la
ecuacin de onda, llamadas funciones de onda predicen
los estados de energa permitidos para un electrn.
Ecuacin de onda propuesta por
Schrodinger
Describe las regiones en el espacio
ocupadas por los electrones.
Qu significa entonces?
Sus soluciones, nos da regiones en el espacio conocidas como orbitales.
Los orbitales son regiones en los que hay probabilidad de encontrar a un electrn.
Dentro del orbital hay una probabilidad total de 1 de encontrar al electrn.
Pero dentro del orbital hay regiones de mayor o menor probabilidad.
El orbital mas sencillo: s
Soluciones de la ecuacin de onda.
Las soluciones de la ecuacin de onda
que nos da los distintos orbitales se han
simplificado.
Esto a travs de su asociacin con los
valores de nmeros especficos que se
conocen como nmeros cunticos.
Nmeros cunticos.
Cada electrn viene determinado por 4 nmeros cunticos: n, , m y ms (los tres primeros determinan cada orbital, y el cuarto ms sirve para diferenciar a cada uno de los dos e
que componen el mismo).
Los valores de stos son los siguientes:
n = 1, 2, 3, 4, ... (n de capa, es decir nos da el tamao, distancia al ncleo y una idea de su energa)
= 0, 1, 2, ... (n 1) (tipo de orbital, forma y simetra)
m = l, ... , 0, ... l (orientacin en el espacio del orbital)
ms = , + (sentido del giro del electrn)
1er nmero cuntico o nmero
cuntico principal (n)
Este nmero identifica al nivel de energa al cual pertenece el electrn.
Los valores de n son enteros positivos.
Estos niveles son regiones donde la probabilidad de encontrar un electrn es alta.
Si n es un valor bajo, el electrn est mas cerca del ncleo.
1er nmero cuntico o nmero
cuntico principal (n)
Si n es un valor alto, ms lejos se encuentra el electrn del ncleo.
Los electrones de valencia son los electrones con el valor de n mas altos en un tomo. Son los mas activos qumicamente dado que estn menos protegidos por el ncleo.
Tambin indican la Energa del electrn que contiene.
1er nmero cuntico o nmero
cuntico principal (n)
Una frmula terica que permite calcular el nmero mximo de electrones por nivel es:
2n2
Y una para conocer el nmero mximo de orbitales es:
n2
El nmero cuntico secundario (l)
Conocido tambin como nmero cuntico de momento angular.
Indica el subnivel de energa al que pertenece el electrn.
Esto quiere decir que indica la forma y la simetra del orbital. Dicho de otra manera, indica el tipo de orbital.
El nmero cuntico secundario (l)
Los valores numricos de l son valores enteros que van desde 0 hasta n-1.
De tal manera que cada valor de l se asocia siempre a un tipo de orbital.
Un valor de 0 corresponde a un orbital s
Un valor de 1 corresponde a un orbital p
Un valor de 2 corresponde a un orbital d
Un valor de 3 corresponde a un orbital f
Orbitales atmicos s (l=0)
Orbitales p (l=1)
Orbitales d (l=2)
Orbitales f (l=3)
Nmero cuntico magntico (ml)
Indica la orientacin en el espacio que tiene el orbital segn la forma que este tenga (depende de l)
Los valores que puede tomar van desde l hasta +l, pasando por 0.
Cada uno de los valores corresponde a una orientacin en el espacio.
Orbitales atmicos s (l=0)
Dado que el valor de l=0, los valores de ml se restringen a un solo valor:
ml=0 lo que corresponde a una sola orientacin en el espacio.
De hecho dado que el orbital s es un esfera, no importa cuanto la giremos que
siempre obtendremos el mismo orbital.
Orbitales p (l=1)
En este caso, los valores del nmero cuntico magntico pueden ser:
-1, 0 +1 y cada uno de ellos corresponde a una de las tres posibles orientaciones
en el espacio que pueden tener los orbitales p.
Que nmero cuntico magntico le asigno a que orbital, no tiene relevancia dado
que los 3 orbitales tienen la misma energa.
A los orbitales que del mismo tipo que tienen la misma energa y que varan
nicamente en su posicin en el espacio se les llama orbitales degenerados.
Orbitales d (l=2)
En este caso hay 5 posibles valores
para el nmero cuntico magntico:
-2, -1, 0, +1, +2
Cada uno de ellos corresponde
a un orbital degenerado.
Orbitales f (l=3)
En este caso hay 7
posibles valores para
el nmero cuntico
magntico:
-3,-2,-1,0,+1,+2,+3
Nmero cuntico de spin ms
Con los primeros 3 nmeros cunticos se
describen completamente las regiones en
el espacio en las cuales se encuentran los
electrones.
Esos tres nmero cunticos estn
relacionados con las soluciones de la
ecuacin de onda.
Nmero cuntico de spin ms
Sin embargo en cada orbital hay un mximo
de 2 electrones.
Los tres primeros nmeros cunticos no
permiten diferenciar entre los dos electrones.
Entonces se introdujo un cuarto nmero
cuntico que se basaba en una propiedad fsica
del electrn: el spin.
Nmero cuntico de spin ms
El electrn es una partcula en movimiento que gira sobre su propio eje.
Una partcula con carga girando sobre su eje, genera un campo magntico.
Ambos electrones en un orbital tienen que girar en sentido contrario para que sus spines se anulen uno con otro (spines complementarios)
Nmero cuntico de spin ms
Si los espines no fueran opuestos, los campos
magnticos se repeleran y esto se aadira a la
repulsin electrosttica que de hecho sigue all.
Para diferenciar el giro, el valor del nmero
cuntico de spin puede tomar uno de dos
valores posibles:
+1/2 o -1/2
n l m s
1s 1 0 0 1/2
2s 2 0 0 1/2
2p 2 1 1, 0 ,+1 1/2
3s 3 0 0 1/2
3p 3 1 1, 0 ,+1 1/2
3d 3 2 2, 1, 0 ,+1,+2 1/2
4s 4 0 0 1/2
4p 4 1 1, 0 ,+1 1/2
4d 4 2 2, 1, 0 ,+1,+2 1/2
4f 4 3 3,2, 1, 0 ,+1,+2,+3 1/2
Valores permitidos de nmeros cunticos para cada nmero cuntico
Ejemplo: a) Establezca cules de las siguientes series de
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