Modelo Atmico Actual La imposibilidad de dar una explicacin terica satisfactoria de los espectros de los tomos con ms de un electrn con los principios de la mecnica clsica, condujo al desarrollo del modelo atmico actual que se basa en la Mecnica cuntica. Tambin es conocido como el modelo atmico de orbitales, expuesto por las Ideas de cientficos como: E. Schrodinger y Heisenberg. Establece una serie

QUIMICA

de postulados, de los que cabe recalcar los siguientes: El electrn se comporta como una onda en su movimiento alrededor

del ncleo

No es posible predecir la trayectoria exacta del electrn alrededor

del ncleo

Existen varias clases de orbitales que se diferencian por su forma y

Orientacin en el espacio; as decimos que hay orbitales: s, p, d, f.

En cada nivel energtico hay un nmero determinado de orbitales de

Cada clase.

Un orbital atmico es la regin del espacio donde existe una

Probabilidad aceptable de que se encuentre un electrn.

En cada orbital no puede encontrarse ms de dos electrones.

El modelo se fundamenta en los siguientes principios:

1. Principio de onda-partcula de Broglie: Seala que la materia

y la energa presentan caracteres de onda y partcula; que los electrones

giran por la energa que llevan y describen ondas de una longitud

Determinada.

2. Principio estacionario de Bohr: El mismo que seala que un

Electrn puede girar alrededor del ncleo en forma indefinida.

3. Principio de incertidumbre de Heisenberg: Determina que

es imposible conocer simultneamente y con exactitud la posicin y

Velocidad del electrn.

MODELO ATMICO ACTUAL

El modelo atmico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo clsico del tomo, pero

fue el primer modelo atmico en el que se introduce una cuantizacin a partir de ciertos

postulados. Fue propuesto en 1913 por el fsico dans Niels Bohr, para explicar cmo

los electrones pueden tener rbitas estables alrededor del ncleo y por qu los tomos

presentaban espectros de emisin caractersticos (dos problemas que eran ignorados en

el modelo previo de Rutherford). Adems el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas

del efecto fotoelctrico, explicado por Albert Einstein en 1905.

Bohr se bas en el tomo de hidrgeno para hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr

intentaba realizar un modelo atmico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los

espectros de emisin y absorcin discretos que se observan en los gases. Describi

el tomo de hidrgeno con un protn en el ncleo, y girando a su alrededor un electrn. El

modelo atmico de Bohr parta conceptualmente del modelo atmico de Rutherford y de

las incipientes ideas sobre cuantizacin que haban surgido unos aos antes con las

investigaciones de Max Planck y Albert Einstein.

En este modelo los electrones giran en

rbitas circulares alrededor del ncleo, ocupando

la rbita de menor energa posible, o la rbita

ms cercana posible al ncleo.

Elelectromagnetismo clsico predeca que

una partcula cargada movindose de forma circular emitira energa por lo que los

electrones deberan colapsar sobre el ncleo en breves instantes de tiempo. Para superar

este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podan mover en rbitas

especficas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energtico. Cada rbita

puede entonces identificarse mediante un nmero entero n que toma valores desde 1 en

adelante. Este nmero "n" recibe el nombre de nmero cuntico principal.

Bohr supuso adems que el momento angular de cada electrn estaba cuantizado y slo

poda variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al nmero

cuntico principal calcul las distancias a las cuales se hallaba del ncleo cada una de las

rbitas permitidas en el tomo de hidrgeno. Estos niveles en un principio estaban

clasificados por letras que empezaban en la "K" y terminaban en la "Q". Posteriormente

los niveles electrnicos se ordenaron por nmeros. Cada rbita tiene electrones con

distintos niveles de energa obtenida que despus se tiene que liberar y por esa razn el

electrn va saltando de una rbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel

adecuado, dependiendo de la energa que posea, para liberarse sin problema y de nuevo

volver a su rbita de origen. Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que

podra ser explicado algunos aos ms tarde gracias al modelo atmico de Sommerfeld.

Histricamente el desarrollo del modelo atmico de Bohr junto con la dualidad onda-

corpsculo permitira a Erwin Schrdinger descubrir la ecuacin fundamental de la

mecnica cuntica.

El Modelo atmico de Sommerfeld es un modelo atmico hecho por el fsico

alemn Arnold Sommerfeld (1868-1951) que bsicamente es una generalizacin

relativista del modelo atmico de Bohr (1913).

Insuficiencias del modelo de Bohr

El modelo atmico de Bohr funcionaba muy bien para el tomo de hidrgeno, sin

embargo, en los espectros realizados para tomos de otros elementos se

observaba que electrones de un mismo nivel energtico tenan distinta energa,

mostrando que exista un error en el modelo. Su conclusin fue que dentro de un

mismo nivel energtico existan subniveles, es decir, energas ligeramente

diferentes. Adems desde el punto de vista terico, Sommerfeld haba encontrado

que en ciertos tomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fraccin

apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudi la cuestin para

electrones relativistas.

Caractersticas del modelo

rbitas elpticas en el modelo de Sommerfeld.

En 1916, Sommerfeld perfeccion el modelo atmico de Bohr intentando paliar los

dos principales defectos de ste. Para eso introdujo dos modificaciones bsicas:

rbitas casi-elpticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo

de Bohr los electrones slo giraban en rbitas circulares. La excentricidad de la

rbita dio lugar a un nuevo nmero cuntico: el nmero cuntico azimutal, que

determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores

que van desde 0 hasta n-1. Las rbitas son:

l = 0 se denominaran posteriormente orbitales s o sharp

l = 1 se denominaran p o principal.

l = 2 se denominaran d o diffuse.

l = 3 se denominaran f o fundamental.

Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales,

Sommerfeld postul que el ncleo del tomo no permanece inmvil, sino que tanto

el ncleo como el electrn se mueven alrededor del centro de masas del sistema,

que estar situado muy prximo al ncleo al tener este una masa varios miles de

veces superior a la masa del electrn.

Para explicar el desdoblamiento de las lneas espectrales, observando al

emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supuso que las rbitas del

electrn pueden ser circulares y elpticas. Introdujo el nmero cuntico secundario

o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2,(n-1), e indica

el momento angular del electrn en la rbita en unidades de , determinando los

subniveles de energa en cada nivel cuntico y la excentricidad de la rbita.

En 1916, Arnold Sommerfeld, con la ayuda de la teora de la relatividad de Albert Einstein,

hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:

1. Los electrones se mueven alrededor del ncleo, en rbitas circulares o elpticas.

2. A partir del segundo nivel energtico existen dos o ms subniveles en el mismo

nivel.

3. El electrn es una corriente elctrica minscula.

En consecuencia, el modelo atmico de Sommerfeld es una generalizacin del modelo

atmico de Bohr desde el punto de vista relativista, aunque no pudo demostrar las formas

de emisin de las rbitas elpticas, solo descart su forma circular.

ARQUITECTURA ELECTRONICA

Es la distribucin de los electrones en los subniveles y orbitales de un tomo. La

configuracin electrnica de los elementos se rige segn el diagrama de Moeller:

Para comprender el diagrama de Moeller se utiliza la siguiente tabla:

s p d f

n = 1 1s

n = 2 2s 2p

n = 3 3s 3p 3d

n = 4 4s 4p 4d 4f

n = 5 5s 5p 5d 5f

n = 6 6s 6p 6d

n = 7 7s 7p

Para encontrar la distribucin electrnica se escriben las notaciones en forma diagonal

desde arriba hacia abajo y de derecha a izquierda (seguir colores):

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

Este principio de construccin (denominado principio de Aufbau,

del alemn Aufbau que significa 'construccin') fue una parte importante del concepto

original de Bohr de configuracin electrnica. Puede formularse como:7

slo se pueden ocupar los orbitales con un mximo de dos electrones, en orden

creciente de energa orbital: los orbitales de menor energa se llenan antes que los

de mayor energa.

As, vemos que se puede utilizar el orden de energas de los orbitales para describir la

estructura electrnica de los tomos de los elementos. Un subnivel s se puede llenar

con 1 o 2 electrones. El subnivel p puede contener de 1 a 6 electrones; el subnivel d

de 1 a 10 electrones y el subnivel f de 1 a 14 electrones. Ahora es posible describir la

estructura electrnica de los tomos estableciendo el subnivel o distribucin orbital de

los electrones. Los electrones se colocan primero en los subniveles de menor energa

y cuando estos estn completamente ocupados, se usa el siguiente subnivel de

energa superior. Esto puede representarse por la siguiente tabla:

s p d f

n = 1 2

n = 2 2 6

n = 3 2 6 10

n = 4 2 6 10 14

n = 5 2 6 10 14

n = 6 2 6 10

n = 7 2 6

Para encontrar la configuracin electrnica se usa el mismo procedimiento anterior

incluyendo esta vez el nmero mximo de electrones para cada orbital.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

Finalmente la configuracin queda de la siguiente

manera: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7

p6

Para determinar la configuracin electrnica de un elemento, basta con calcular

cuntos electrones hay que acomodar y entonces distribuirlos en los subniveles

empezando por los de menor energa e ir llenando hasta que todos los electrones

estn distribuidos. Un elemento con nmero atmico mayor tiene un electrn ms que

el elemento que lo precede. El subnivel de energa aumenta de esta manera:

Subnivel s, p, d o f: Aumenta el nivel de energa.

Sin embargo, existen excepciones, como ocurre en los elementos de transicin al

ubicarnos en los grupos del cromo y del cobre, en los que se promueve el electrn

dando as una configuracin fuera de lo comn.

Estructura electrnica y tabla peridica

Bloques de la tabla peridica

La forma de la tabla peridica est ntimamente relacionada con la configuracin

electrnica de los tomos de los elementos. Por ejemplo, todos los elementos

del grupo 1tienen una configuracin de [E] ns1 (donde [E] es la configuracin del gas

inerte correspondiente), y tienen una gran semejanza en sus propiedades qumicas.

La capa electrnica ms externa se denomina "capa de valencia" y (en una primera

aproximacin) determina las propiedades qumicas. Conviene recordar que el hecho

de que las propiedades qumicas eran similares para los elementos de un grupo fue

descubierto hace ms de un siglo, antes incluso de aparecer la idea de configuracin

electrnica.8 No est claro cmo explica la regla de Madelung (que ms bien describe)

la tabla peridica,9 ya que algunas propiedades (tales como el estado de oxidacin +2

en la primera fila de los metales de transicin) seran diferentes con un orden de

llenado de orbitales distinto.

Regla de exclusin de Pauli

Esta regla nos dice que en un estado cuntico solo puede haber un electrn. De aqu

salen los valores del espn o giro de los electrones que es 1/2 y con

proyecciones .

Tambin que en una orientacin deben caber dos electrones excepto cuando el

nmero de electrones se ha acabado, por lo cual el orden que debe seguir este

ordenamiento en cada nivel es primero los de espn positivo (+1/2) y luego los

negativos.

El principio de exclusin de Pauli fue un principio cuntico enunciado por Wolfgang

Ernst Pauli en 1925. Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus

nmeros cunticos idnticos (esto es, en el mismo estado cuntico de partcula

individual). Perdi la categora de principio, pues deriva de supuestos ms generales:

de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadstica del spin. El principio de

exclusin de Pauli slo se aplica a fermiones, esto es, partculas que forman estados

cunticos antisimtricos y que tienen espn semientero.

Regla del octeto

Para que un tomo sea estable debe tener todos sus orbitales llenos (cada orbital con

dos electrones, uno de espn + y otro de espn -) Por ejemplo, el oxgeno, que

tiene configuracin electrnica 1s, 2s, 2p4, debe llegar a la configuracin 1s, 2s,

2p6 con la cual los niveles 1 y 2 estaran llenos. Recordemos que la Regla del octeto,

justamente establece que el nivel electrnico se completa con 8 electrones, excepto el

hidrgeno, que se completa con 2 electrones. Entonces el oxgeno tendr la tendencia

a ganar los 2 electrones que le faltan, por esto se combina con 2 tomos de hidrgeno

(en el caso del agua, por ejemplo), que cada uno necesita 1 electrn (el cual recibe

del oxgeno) y otorga a dicho tomo 1 electrn cada uno. De este modo, cada

hidrgeno complet el nivel 1 y el oxgeno complet el nivel 2.

En qumica se denomina orbital a la zona del espacio que rodea a un ncleo atmico

donde la probabilidad de encontrar un electrn es mxima, cercana al 91%. Ejemplo

de ello: 10Ne: 1s2, 2s2, 2p6 regla del octeto: 11Na:(Ne)10, 1s2, 2s2, 2p6, 3s1

Se les denomina configuraciones electrnicas a la especificacin de los subniveles

ocupados y su nmero de ocupacin, para un elemento o un ion dado.

Los subniveles de energa, son el s en ingles sharp, P principal, d difuso, f

fundamental.

El nivel s, solo estar ocupado por 1 2 electrones

El nivel p, puede estar ocupado hasta por 6

electrones

El nivel d, solo estar ocupado hasta por 10

electrones

El nivel f, estar ocupado hasta por 14

electrones

Estructuras electrnicas de los tomos de los

primeros 10 elementos

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

Nombre Nmero atmico Estructura electrnica

Hidrgeno 1 1s1

Helio 2 1s2

Litio 3 1s2 2s1

Berilio 4 1s2 2s2

Boro 5 1s2 2s2 2p1

Carbono 6 1s2 2s2 2p2

Nitrgeno 7 1s2 2s2 2p3

oxgeno 8 1s2 2s2 2p4

Flor 9 1s2 2s2 2p5

Nen 10 1s2 2s2 2p6

Sodio 11 1s2 2s2 2p6 3s1

Magnesio 12 1s2 2s2 2p6 3s2

Aluminio 13 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Silicio 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

fsforo 15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

Azufre 16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Cloro 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Argn 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Potasio 19 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Calcio 20 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2