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

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

Elmodelo atmico de Bohrode Bohr-Rutherfordes un modelo clsico del tomo, pero fue el primermodelo atmicoen el que se introduce unacuantizacina partir de ciertos postulados. Fue propuesto en1913por el fsico dansNiels Bohr, para explicar cmo loselectronespueden tenerrbitas establesalrededor delncleoy por qu los tomos presentaban espectros de emisin caractersticos (dos problemas que eran ignorados en elmodelo previo de Rutherford). Adems el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas delefecto fotoelctrico, explicado porAlbert Einsteinen1905.

Bohrse bas en eltomodehidrgenopara hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atmico capaz de explicar la estabilidad de lamateriay los espectros de emisin y absorcin discretos que se observan en losgases. Describi eltomode hidrgeno con unprotnen el ncleo, y girando a su alrededor un electrn. El modelo atmico de Bohr parta conceptualmente delmodelo atmico de Rutherfordy de las incipientes ideas sobre cuantizacin que haban surgido unos aos antes con las investigaciones deMax PlanckyAlbert Einstein.

En este modelo los electrones giran en rbitascircularesalrededor del ncleo, ocupando la rbita de menor energa posible, o la rbita ms cercana posible al ncleo. Elelectromagnetismoclsico predeca que unapartcula cargadamovindose 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 enteronque toma valores desde 1 en adelante. Este nmero "n" recibe el nombre denmero cuntico principal.

Bohr supuso adems que elmomento angularde cada electrn estaba cuantizado y slo poda variar en fracciones enteras de laconstante 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 almodelo atmico de Sommerfeld. Histricamente el desarrollo del modelo atmico de Bohr junto con ladualidad onda-corpsculopermitira aErwin Schrdingerdescubrir la ecuacin fundamental de la mecnica cuntica.

ElModelo atmico de Sommerfeldes un modelo atmico hecho por el fsico alemnArnold Sommerfeld(1868-1951) que bsicamente es una generalizacin relativista del modelo atmico de Bohr(1913).

Insuficiencias del modelo de BohrEl modelo atmico deBohrfuncionaba muy bien para eltomodehidrgeno, sin embargo, en los espectros realizados para tomos de otros elementos se observaba que electronesde 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 lavelocidad 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-elpticaspara los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones slo giraban en rbitas circulares. Laexcentricidadde la rbita dio lugar a un nuevonmero cuntico: elnmero cuntico azimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letraly toma valores que van desde 0 hastan-1. Las rbitas son:

l= 0 se denominaran posteriormenteorbitalessosharp l= 1 se denominaranpoprincipal.

l= 2 se denominarandodiffuse.

l= 3 se denominaranfofundamental.

Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postul que elncleodel 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 emplearespectroscopiosde 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 lateora de la relatividaddeAlbert 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 eldiagrama de Moeller:

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

spdf

n = 11s

n = 22s2p

n = 33s3p3d

n = 44s4p4d4f

n = 55s5p5d5f

n = 66s6p6d

n = 77s7p

Para encontrar la distribucin electrnica se escriben las notaciones en forma diagonal desde arriba hacia abajo y de derecha a izquierda (seguir colores):

1s2s2p 3s3p 4s3d 4p 5s4d 5p 6s4f 5d 6p 7s5f 6d 7p

Esteprincipio de construccin(denominadoprincipio de Aufbau, delalemnAufbauque significa 'construccin') fue una parte importante del concepto original de Bohr de configuracin electrnica. Puede formularse como:7slo 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:

spdf

n = 12

n = 226

n = 32610

n = 4261014

n = 5261014

n = 62610

n = 726

Para encontrar la configuracin electrnica se usa el mismo procedimiento anterior incluyendo esta vez el nmero mximo de electrones para cada orbital.

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6

Finalmente la configuracin queda de la siguiente manera:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6Para 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 peridicaBloques de la tabla peridicaLa forma de latabla peridicaest ntimamente relacionada con la configuracin electrnica de los tomos de los elementos. Por ejemplo, todos los elementos delgrupo 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.8No est claro cmoexplicala regla de Madelung (que ms bien describe) la tabla peridica,9ya que algunas propiedades (tales como elestado 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 PauliEsta regla nos dice que en un estado cuntico solo puede haber un electrn. De aqu salen los valores delespno giro de los electrones que es 1/2y 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.

Elprincipio de exclusin de Paulifue 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 octetoPara 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, 2p6con la cual los niveles 1 y 2 estaran llenos. Recordemos que laRegla 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, 2p6regla 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 electrnicaHidrgeno 1 1s1Helio 2 1s2Litio 3 1s2 2s1Berilio 4 1s2 2s2Boro 5 1s2 2s2 2p1Carbono 6 1s2 2s2 2p2Nitrgeno 7 1s2 2s2 2p3oxgeno 8 1s2 2s2 2p4Flor 9 1s2 2s2 2p5Nen 10 1s2 2s2 2p6Sodio 11 1s2 2s2 2p6 3s1Magnesio 12 1s2 2s2 2p6 3s2Aluminio 13 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1Silicio 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2fsforo 15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3Azufre 16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4Cloro 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5Argn 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Potasio 19 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1Calcio 20 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2QUIMICA