UNIDAD II: ESTRUCTURA ELECTRONICA DE LOS ATOMOS

UNIDAD II: ESTRUCTURA ELECTRONICA DE LOS ATOMOSQUIMICA GENERAL IIng. Leidy Silva

TEORIA ATOMICA CLASICAtomo como unidad constitutiva de la materia. Ordenes de magnitud msica y dimensional.

Partes fundamentales de los tomos.

Principales partculas atmicas.

Modelos atmicos.

TOMO COMO UNIDAD CONSTITUTIVA DE LA MATERIA.En qumica y fsica, tomo es la unidad ms pequea de un elemento qumico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos qumicos.

Los tomos conservan la identidad qumica del elemento.

Estn formados por partculas ms pequeas, llamadas subatmicas.

Las masas de los tomos son extremadamente pequeas. (uma)

Con el desarrollo de la fsica nuclear en el siglo XX se comprob que el tomo puede subdividirse en partculas ms pequeas.

Los tomos tambin son extremadamente pequeos; en su mayor parte tienen dimetros de entre 1*10-10 m y 5*10-10 m.

El angstrom () es una unidad de longitud que se emplea para expresar dimensiones atmicas . Un angstrom es igual a 10-10 m.

Los tomos forman parte del universo y todo cuerpo que ocupa un espacio en el universo tiene masa. La masa de un tomo (Uma) equivale a 1.66054 *10-24 g.

MAGNITUD MASICA Y DIMENSIONAL DE LOS ATOMOSPARTES DE LOS ATOMOSLos tomos estn formados por partculas ms pequeas, llamadas subatmicas. Estas son: ncleo (protn - neutrn ) y el electrn.

Es una partcula subatmica que tiene carga negativa, su descubrimiento deriva de los experimentos realizados con Electricidad. Adems Julius Plcker en 1859 realiz experimentos con Rayos Catdicos.

En 1891 Stoney les llam electrones. Finalmente en 1897 Joseph J. Thomson determin la relacin carga/masa (e/m) del electrn debido a la desviacin de los rayos Catdicos por los campos elctrico y magntico.

e/m = -1.75 x 108 coulomb/gramo

En 1909 Robert A. Millikan determin la carga del electrn que result ser:

e = -1.602 x 10-19 Coulomb

Al contar con el valor de e/m y con el de e, fue posible obtener el valor de m (masa del electrn) que result ser:

me = 9.1096 x 10-28 g PARTES ATOMICASEL ELECTRN Es una partcula cargada positivamente, su estudio se debe en gran parte a Eugene Goldstein quien realiz experimentos con Rayos Catdicos en los cuales se introdujo Hidrgeno (g) a baja presin, observando la presencia de Rayos que viajaban en direccin opuesta a los Rayos Catdicos.

El llam a estos Rayos Positivos Protones. Se determin la relacin e/m para el protn resultando ser:

e/m = +9.5791 x 1024 Coulomb/g

A los protones se les asign el smbolo H+ y se determin que la carga del protn es igual a la del electrn slo que de signo contrario (+).

eH+ = +1.602 x 10-19 Coulomb

As mismo, se determin la masa del Protn siendo sta de:

mH+ = 1.6726 x 10-24 g PARTES ATOMICASEL PROTN PARTES ATOMICASEn 1932 Chadwik determin mediante el estudio de reacciones nucleares la masa del Neutrn, el cual no posee carga (Por eso le llamaron Neutrn) siendo sta de:

mn = 1.6750 x 10-24 g n = neutrn

Es la parte central del tomo cargada positivamente: esta compuesto principalmente de las partculas fundamentales llamadas protones y neutrones.

Los electrones se mueven alrededor del ncleo.

El ncleo contiene la mayor parte de la masa El Neutrn El ncleo NMERO ATMICO (Z)Indica el nmero de protones que tiene un tomo en el ncleo, el cual es igual a la cantidad de electrones, ya que la materia es elctricamente neutra. La cantidad de protones vara segn el elemento.

NMERO DE MASA (A) Es la suma del nmero de protones y neutrones contenidos en el ncleo. A = Z + NISTOPOSSon tomos de un mismo elemento que contienen el mismo nmero de protones y electrones, pero diferente nmero de neutrones.

MASA ATMICA: Es la masa de un tomo expresada en relacin al tomo de carbono-12 (12C).

NMEROS CUNTICOS Los nmeros cunticos determinan la regin del espacio-energa de mayor probabilidad para encontrar a un electrn. El desarrollo de la Teora Cuntica fue realizado por Plank, Maxwell, Schrdinger, Pauling, Heisenberg, Einstein, De Broglie y Boltzmann PARTES ATOMICASEL NCLEO

Los tomos son las partculas ms pequeas de un elemento que conservan la identidad qumica del mismoEs la unidad bsica de un elemento que puede intervenir en una combinacin qumica. Dalton defini al tomo como la partcula extremadamente pequea e indivisible, pero a travs de investigaciones se ha demostrado que los tomos estn formados por partculas ms pequeas, llamadas subatmicas. Estas son: el protn, el neutrn y el electrn.

Los tomos tienen nmeros iguales de protones (+) y de electrones (-), as que no tienen carga elctrica neta, es decir son neutros. Los protones y los neutrones residen juntos en el ncleo del tomo, prcticamente todo el volumen de un tomo es el espacio en el que residen los electrones. Los electrones son atrados hacia los protones del ncleo por la fuerza que existe entre partculas con carga elctrica opuesta. Las masas de los tomos son extremadamente pequeas. (uma)CARCTER INDIVIDUAL DE LOS TOMOS. PROPIEDADES DE LAS TRES PARTCULAS SUBATMICASNombre Smbolo Carga Masa Localizacin en el tomo Relativa Absoluta Relatividad umaAbsoluta en gramos Protn p+ 1++ 1,60218*10-191,007271,67262*10-24 Ncleo Neutrn n0001,008661,67493*10-24 Ncleo Electrn e-1-- 1,60218*10-190,000548589,10939*10-28Fuera del Ncleo Uma: Unidad de masa tomica. 1 uma = 1.66054 *10-24 g.Los tomos tambin son extremadamente pequeos; en su mayor parte tienen dimetros de entre 1*10-10 m y 5*10-10 m, el angstrom () es una unidad de longitud que se emplea para expresar dimensiones atmicas . Un angstrom es igual a 10-10 m.El dimetro de una moneda de un centavo de dlar es de 19mm. El dimetro de un tomo de plata es de 2,88 . Cuantos tomos de plata colocados lado a lado en lnea recta cabran sobre el dimetro de un centavo.

El dimetro de un tomo de carbono es de 1,54 . Exprese este dimetro en picometros.

Cuantos tomos de carbono podran alinearse a lo ancho de una raya de lpiz que tiene 0,20mm de ancho? Ejercicios0. 000 000 000 001 = 10-12 PicopEs el nmero de protones en el ncleo del tomo de un elemento.

Es el nmero total de protones y neutrones presentes en el ncleo de un tomo de un elemento. Numero de masa= numero de protones + numero de neutrones

Es la diferencia entre el nmero de masa y el nmero atmico. N= A Z

Son los tomos que tienen el mismo nmero atmico pero diferente numero de masa. El carbono tiene 3 isotopos naturales 12C, 13C, 14C y otros 5 isotopos de carbono, 9C, 10C, 11C, 15C, y 16C Todos estos isotopos de carbono tienen 6 protones y 6 electrones.

CARCTER INDIVIDUAL DE LOS TOMOS. NUMERO ATMICO (Z): NUMERO DE MASA (A):NUMERO DE NEUTRONES (N): ISOTOPOS: Es un tomo o un grupo de tomos que tiene una carga neta positiva o negativa I= numero de protones numero de electrones. (+/-)ION

MASA ATOMICA (uma):1 uma = 1.66054 * 10-24 g 1 g = 6.023 * 10-23 umaEs la masa de un tomo. Puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones en un solo tomo.

La mayora de los elementos estn en la naturaleza como mezclas de istopos. Es por ello que la masa atmica promedio de un elemento se determina a partir de las masas de sus diversos istopos y de sus abundancias relativas.

Ejemplo: el carbono natural se compone de un 98.93% de 12C y de 1.07% de 13C. Las masas de estos nclidos son 12 uma y 13.00335 uma, respectivamente. Calculamos la masa atmica promedio del carbono a partir de la abundancia fraccionaria de cada istopo y la masa del mismo:

(0.9893)*(12 uma) + (0.0107)*(13.00335 uma) = 12.01 umaCARCTER INDIVIDUAL DE LOS TOMOS. La masa atmica promedio de cada elemento (expresada en uma). A pesar de que el trmino masa atmica promedio es ms correcto, y a menudo se usa el trmino peso atmico (siendo esta denominacin incorrecta, ya que la masa es propiedad del cuerpo y el peso depende de la gravedad).Ejercicios

NUMERO ATMICO (Z) = Numero de protonesNUMERO DE MASA (A)Indique el numero de protones, neutrones y electrones para cada una de las siguientes especies: ; Numero de masa= numero de protones + numero de neutrones

Escriba el smbolo adecuado para la especie que contiene:29 protones, 34 neutrones y 27 electrones. 47 protones, 61 neutrones y 47 electronesCalcula la masa atmica del siguiente elemento:IsotopoMasa (uma)Abundancia (%)107 Ag106,9050651,84109 Ag108,9047648,16En la naturaleza el cloro se encuentra 75,78% como 35Cl, el cual tiene una masa atmica de 34,969uma y 24,22% como 37Cl, que tiene una masa atmica de 36,966uma. Cual es la masa atmica promedio? 5. El boro (Z=5) tiene dos isotopos naturales (10B; 11B). Calcule el % de abundancia de 10B = 10,0129uma y el 11B=11,0093 uma. La masa atmica del B = 10,81 uma. Porcin de masa atmica= masa isotpica * fraccin de abundancia. I= numero de protones numero de electrones. (+/-)La Tabla Peridica (TP) distribuye los distintos elementos qumicos conforme a ciertas caractersticas. La TP est formada por 115 elementos, donde:

Los elementos estn ordenados en orden creciente segn Z, ya que el nmero de protones en el ncleo es lo que caracteriza a los tomos de un mismo elemento.

La TP se organiza en 7 filas o perodos y 18 columnas, grupos o familias; como los alcalinos (grupo 1), alcalinotrreos (grupo 2), halgenos (grupo 17), gases nobles (grupo 18).

Los elementos de una misma fila tienen el mismo nmero de niveles de energa y sus propiedades varan peridicamente al avanzar en la fila.

Los elementos de una misma familia tienen el mismo nmero de electrones de valencia, lo que produce propiedades qumicas similares.

Todos los elementos pertenecen a unos de estos tres grupos: metales, no metales o semimetales.TABLA PERIDICA Y SU CARACTERISTICAS.

19K39,0983Numero atmicoSmbolo atmicoPeso atmico (masa atmica promedio)TABLA PERIDICA Y SU CARACTERISTICAS.

MODELOS ATMICOS.16Fue el primer modelo atmico con bases cientficas, fue formulado en 1808 por John Dalton, quien imaginaba a los tomos como diminutas esferas. Este modelo atmico postulaba:

Los elementos estn formados por partculas discretas, diminutas e indivisibles, llamadas tomos, que no se alteran en los cambios qumicos.

Los tomos de un mismo elemento son todos iguales entre s en masa, tamao y en el resto de las propiedades fsicas o qumicas. Por el contrario, los tomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

Los compuestos se forman por la unin de tomos de los correspondientes elementos segn una relacin numrica sencilla y constante. MODELO ATMICO DE JOHN DALTON.

J. J. Thomson demostr en 1897 que dentro de los tomos hay unas partculas diminutas, con carga elctrica negativa, a las que se llam electrones.Luego se determin que la materia se compona de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban segn este modelo inmersos en una masa de carga positiva. MODELO ATMICO DE THOMSON.

Thomson postulo:

La materia es elctricamente neutra, lo que hace pensar que, adems de electrones, debe de haber partculas con cargas positivas.

Los electrones pueden extraerse de los tomos, pero no as las cargas positivas.Este modelo fue desarrollado por el fsico Ernest Rutherford en 1911. Es un avance del modelo de Thomson. En este modelo Rutherford propuso:

El tomo est constituido por una zona central, a la que se le llama ncleo, donde se encuentra toda la carga positiva y casi toda la masa del ncleo.

Hay otra zona exterior del tomo, en la que se encuentra toda la carga negativa y cuya masa es muy pequea en comparacin con la del tomo.

Los electrones se estn moviendo a gran velocidad en torno al ncleo.

Modelo Atmico de Rutherford.El tamao del ncleo es muy pequeo en comparacin con el del tomo (unas 100.000 veces menor).

El neutrn se aadi al modelo de Rutherford en 1920 de forma terica y fue descubierto experimentalmente en 1932.

Este modelo es la imagen visual que todos tenemos del tomo moderno. Las ideas de este modelo comienza con la nueva era de la fsica en 1900. Esto se logr examinando los datos de la radiacin que emitan los slidos cuando eran calentados a diferentes temperaturas. Estos ensayos fueron realizados por Max Planck donde descubri que los tomos y las molculas emitan energa solo en cantidades discretas.

Gran parte de lo que ahora conocemos sobre la estructura electrnica de los tomos proviene del anlisis de la luz emitida o absorbida por las sustancias.

Esta transporta energa a travs del espacio y por ello tambin se le conoce como energa radiante. Hay muchos tipos de radiacin electromagntica adems de la luz visible.Todos los tipos de radiacin electromagntica se mueven a travs del vaco a la velocidad de la luz. Adems, todas tienen caractersticas ondulatorias similares a las olas del agua.

INICIOS DEL MODELO ATMICO ACTUAL LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZLA RADIACIN ELECTROMAGNTICA 3.00 *108 m/s

Es una alteracin vibratoria mediante la cual se transmite energa. Estas se caracterizan por:

Longitud de onda: (lambda) Es la distancia entre puntos iguales de ondas sucesivas. (m, cm, nm)

Frecuencia: (nu) es el nmero de ondas que pasan por un punto particular en un segundo. (Hz) Hz=1 ciclo/segundos

Amplitud de onda: es la distancia vertical de la lnea media a la cresta de la onda. LA RADIACIN ELECTROMAGNTICA LAS ONDAS =cC= velocidad de la luzLa velocidad es otra propiedad importante de una onda, que depende del tipo de onda y del medio en el cual viaje. La velocidad (u) de una onda es el producto de su longitud y frecuencia.

LA RADIACIN ELECTROMAGNTICA

EJERCICIOS La luz amarilla que emite una lmpara de vapor de sodio empleada para iluminacin pblica tiene una longitud de onda () de 589 nm. Calcule la frecuencia () de esta radiacin. (1nm=1E-9m)

Un lser empleado para soldar retinas desprendidas produce radiacin con una longitud de onda de 640.0 nm. Calcule la frecuencia de esta radiacin.

Una estacin de radio de FM difunde radiacin electromagntica con una frecuencia de 103.4 MHz (megahertz; 1 MHz =106 s-1). Calcule la longitud de onda de esta radiacin.

La longitud de onda de la luz verde de un semforo esta alrededor de 522nm. Cul es la frecuencia de esta radiacin?

La luz que emiten los diodos rojos, LED normalmente se observa en muchos dispositivos electrnicos. Un diodo rojo suele emitir luz de 690 nm de longitud de onda. Cul es la frecuencia de esta luz?

Una emisora de radio FM emite una frecuencia de 91,5 megahertz (MHz). Cul es la longitud de onda de esta ondas de radio, expresada en metros?. =cC= velocidad de la luz3.00 *108 m/sAunque el modelo ondulatorio de la luz explica muchos aspectos de su comportamiento, hay varios fenmenos que no puede explicar. Estos tres fenmenos son:

La emisin de luz por parte de objetos calientes (Radiacin de cuerpo obscuro porque los objetos estudiados se ven negros antes de calentarse).

La emisin de electrones por superficies metlicas en las que incide la luz (el efecto fotoelctrico).

La emisin de luz por tomos de gas excitados electrnicamente (espectros de emisin). ENERGA CUANTIZADA Y FOTONESENERGA CUANTIZADA Y FOTONESLa distribucin de longitudes de onda de la radiacin depende de la temperatura. En 1900, un fsico alemn llamado Max Planck (1858-1947) propuso que la energa slo puede ser liberada (o absorbida) por los tomos en paquetes discretos con cierto tamao mnimo.

Planck dio el nombre de cuanto (que significa cantidad fija) a la cantidad ms pequea de energa que se puede emitir o absorber como radiacin electromagntica, y propuso que la energa, E, de un solo cuanto es igual a una constante multiplicada por su frecuencia:

La constante h, llamada constante de Planck, tiene un valor de 6.63 *10-34 joule-segundos (J-s). Segn la teora de Planck, la materia siempre emite o absorbe energa en mltiplos enteros de hn.

Ejemplo: Si la cantidad de energa emitida por un tomo es 3hn, decimos que se emitieron tres cuantos de energa. OBJETOS CALIENTES Y CUANTIZACIN DE LA ENERGA

ENERGA CUANTIZADA Y FOTONESEL EFECTO FOTOELCTRICO Y LOS FOTONESEn 1905, Albert Einstein (1879-1955) us la teora cuntica de Planck para explicar el efecto fotoelctrico. Para explicar el efecto fotoelctrico, Einstein supuso que la energa radiante que incida sobre la superficie metlica es una corriente de diminutos paquetes de energa.

Cada paquete de energa, llamada fotn, se comporta como una pequesima partcula. Extendiendo la teora cuntica de Planck, Einstein dedujo que cada fotn deba tener una energa proporcional a la frecuencia de la luz.Energa de un fotn E= h*vENERGA CUANTIZADA Y FOTONESEL EFECTO FOTOELCTRICO Y LOS FOTONESSe requiere cierta cantidad de energa para que el electrn venza las fuerzas de atraccin que lo mantienen dentro del metal.

Si los fotones de la radiacin tienen menos energa que este umbral energtico, el electrn no podr escapar de la superficie metlica, aunque el haz de luz sea intenso.

Si los fotones tienen suficiente energa, se emiten electrones.

Si los fotones tienen ms que la energa mnima necesaria para liberar electrones, el exceso aparece como energa cintica de los electrones emitidos.

La teora fotnica de Einstein nos dice que tarde o temprano produciramos la rfaga de energa ms pequea posible, dada por E = hn. Esta rfaga mnima de energa consiste en un solo fotn de luz EJERCICIOS Calcule la energa de un fotn de luz amarilla cuya longitud de onda es de 589 nm, y cuanta energa proporcionara un mol total de fotones?

Un lser emite luz con una frecuencia de 4.69*1014s-1. Calcule la energa de un fotn de la radiacin de este lser. El lser emite una rfaga o pulsacin de energa que contiene 5.0 *1017 fotones con la misma frecuencia. Calcule la energa total de esa pulsacin.

Si el lser emite1.3*10-2 J de energa durante una pulsacin, Cuntos fotones emite durante esa pulsacin?Energa de un fotn E= h*vh=6.63 *10-34 Joule-segundos (J-s)ESPECTROS DE LNEASEspectros continuos

Espectro Discontinuo = Espectro de lnea

E. continuos: Ocurre cuando la luz difractada esta formada por un gran nmero de longitudes de onda. E. Discontinuos: Ocurre cuando la luz difractada esta formada por un nmero relativamente pequeo de longitudes de onda.Dispersin de luz a travs de un prisma. Arco iris

Cuando la radiacin de las fuentes es separada en sus componentes de longitud de onda diferentes, obtenemos un espectro.

Esta gama de colores, que contiene luz de todas las longitudes de onda, es un espectro continuo.

Un espectro que slo contiene radiacin de longitudes de onda especficas se denomina espectro de lneas.

La ecuacin llamada ecuacin de Rydberg, permite calcular las longitudes de onda de todas las lneas espectrales del hidrgeno:

=Longitud de onda de la lnea espectral RH =Constante de Rydbergn1 y n2 = Enteros positivos, n2>n1.

ESPECTROS DE LNEAS

El fsico dans Niels Bohr (Premio Nobel de Fsica 1922), postula que:

Slo estn permitidas rbitas con ciertos radios, correspondientes a ciertas energas definidas, para los electrones de un tomo.

2. Un electrn en una rbita permitida tiene una energa especfica y est en un estado de energa permitido. Un electrn en un estado de energa permitido no irradia energa, y por tanto, no cae en espiral hacia el ncleo.

3. Un electrn slo emite o absorbe energa cuando pasa de un estado permitido de energa a otro. Esta energa se emite o absorbe en forma de fotn, E = hn.

MODELO DE BOHRLos electrones se dispone en diversas rbitas circulares, donde determinan diferentes niveles de energa.

El electrn accede a un nivel de energa superior, "absorbiendo energa.Para volver a su nivel de energa original el electrn emita la energa absorbida.

Luz emitida a travs de una descarga elctrica de :

gas hidrgeno gas helio.

Luz emitida cuando se excitan a la llama compuestos de los metales alcalinos: c) Litio.d) Sodio e) Potasio.MODELO DE BOHR

n = nmero cuntico (puede tener valores de 1 a ).

Cada rbita pertenece a un n distinto.

El radio de la rbita aumenta al aumentar n.

Las E del e- de un tomo de hidrogeno son (-) para todos los valores de n.

Cuanto ms baja (ms -) es la energa, ms estable es el tomo.

La energa es mnima (ms -) con n = 1. Estado basal del tomo.

Al aumentar n, aumenta E.

Cuando un electrn est en una rbita n2 Est estado excitado.

Cuando n = , la energa es cero.Energas correspondientes a cada una de las rbitas permitidas.LOS ESTADOS DE ENERGA DEL TOMO DE HIDRGENO

n = nmeros enteros= nmeros cunticosr = radio de una rbitaMODELO DE BOHRSupuso que el electrn poda saltar de un estado de energa permitido a otro absorbiendo o emitiendo fotones, cuya energa radiante corresponda exactamente a la diferencia de energa entre los dos estados.

Estado inicial de energa Ei .Estado final de energa Ef.

LOS ESTADOS DE ENERGA DEL TOMO DE HIDRGENO

TERCER POSTULADO DE BOHR

MODELO DE BOHREnerga de emisin Energa de adsorcin

LOS ESTADOS DE ENERGA DEL TOMO DE HIDRGENOTERCER POSTULADO DE BOHR ni = nmero cuntico principal del estado inicial del tomo.

nf = nmero cuntico principal del estado final del tomo.

Si nf < ni, el electrn se acerca al ncleo y E es un nmero negativo, lo que indica que el tomo libera energa.

Al despejar 1/ de la ecuacin y excluimos el signo negativo, vemos que esta ecuacin, resultado de la teora de Bohr, corresponde a la ecuacin de Rydberg:

MODELO DE BOHR

El modelo de Bohr ofrece una explicacin del espectro de lneas del tomo de hidrgeno, pero no puede explicar los espectros de otros tomos, o slo lo hace de manera muy tosca.

El del modelo de Bohr introduce dos ideas fundamentales que estn incorporadas en nuestro modelo actual:

Los electrones slo existen en ciertos niveles discretos de energa, que se describen con nmeros cunticos.

El movimiento de un electrn de un nivel a otro interviene energa. LIMITACIONES E IDEAS FUNDAMENTALES DEL MODELO DE BOHRAdems, una parte de la terminologa asociada a nuestro nuevo modelo se remonta al modelo de Bohr. Tales como: estados basales y estados excitados. EJERCICIOS

n = nmeros enteros= nmeros cunticosr = radio de una rbitah=6.63 *10-34 Joule-segundos (J-s)C=3.00 *108 m/s

Energa de un fotn E= h*vEs probable que exista para el tomo de hidrogeno un nivel de energa, En= -1,00*10-20 J?

Existe un nivel de energa para el tomo de hidrogeno, En=-2,69*10-20 J?

Es probable que una de las orbitas del electrn en el tomo de Bohr tenga un radio de 1,0nm?.

Calcule la longitud de onda que corresponda a la transicin desde n=5 a n=2.

Determine la longitud de onda de la luz absorbida en una transicin electrnica de n=2 a n=4 en un tomo de hidrogeno.

Ec= Energa CinticaErad= Energa de la radiacin incidenteEo= Energa Umbral = Eo = Energa de ionizacin= Energa necesaria para arrancar un electrn Energa de un fotn E= h*v = EradFrecuencia Umbral : frecuencia mnima de luz necesaria para producir efecto fotoelctrico.

ENERGA CUANTIZADA Y FOTONESDetermine la energa cintica del electrn ionizado de un ion Li+2 en su estado fundamental utilizando un fotn de frecuencia 5,00*1016 s-1.

Determine la longitud de onda de la luz emitida en una transicin electrnica desde n = 5 a n = 3 en un ion Be3+.

La frecuencia de la transicin de n = 3 a n = 2 para un ion hidrogenoide desconocido es 16 veces mayor que la del tomo de hidrogeno. Cul es la identidad del ion?

=c

EJERCICIOS Louis de Broglie (1892-1987). Fsico Francs.

De Broglie sugiri que el electrn, en su trayectoria circular alrededor del ncleo, tiene asociada una longitud de onda especfica, y propuso que la longitud de onda caracterstica del electrn o de cualquier otra partcula depende de su masa,(m) y su velocidad (v).

La hiptesis de De Broglie es aplicable a toda la materia, cualquier objeto con masa y velocidad dara origen a una onda de materia caracterstica.

Ondas de materiaEL COMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA MATERIA h = Constante de Planck. m = Masa de la partcula .= Velocidad de la partcula.De Broglie utiliz el trmino ondas de materia para describir las caractersticas ondulatorias de las partculas materiales.EJERCICIOS me = 9.1096 x 10-28 g h=6.63 *10-34 Joule-segundos (J-s)mn = 1,675x 10-24 g mp = 1,673x 10-24g 1pm=1x10-12 m1J= Kg.m2/s2C=3.00 *108 m/sCual es la longitud de onda asociada a los electrones que se mueven a una velocidad que es la decima parte de la velocidad de la luz?

Suponiendo que superman tuviera una masa de 91 Kg, cual es la longitud de onda asociada con el , si se mueve a una velocidad igual a la quinta parte de la velocidad de la luz?

A que velocidad debe acelerarse un haz de protones para poseer una longitud de onda de 10,0 pm?

Calcule le velocidad de un neutrn cuya longitud de onda es 500pm ?

El fsico alemn Werner Heisenberg (1927)

Al aplicar este principio a los electrones de un tomo, nos dice que es relativamente imposible conocer simultneamente la trayectoria del electrn y su posicin exacta en el espacio.

Heisenberg relacion matemticamente la incertidumbre de la posicin (x) y la incertidumbre de la trayectoria (momentum) (p) con una cantidad en la que interviene la constante de Planck:

x * p h 4 EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBREEL COMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA MATERIAPostula que: La naturaleza dual de la materia impone una limitacin fundamental a la precisin con que podemos conocer tanto la posicin como la trayectoria de una partcula. Este se conoce como principio de incertidumbre. EJERCICIOS (x)= la incertidumbre de la posicin(p)= la incertidumbre de la trayectoria (momentum)h= la constante de Planckme = 9.1096 x 10-28 g h=6.63 *10-34 Joule-segundos (J-s)mn = 1,675x 10-24 g mp = 1,673x 10-24g (p)= m*Vx * p h 4 Puede demostrarse que un electrn sometido a 12 eV tiene una velocidad de 2,05x106m/s. suponiendo que la precisin (incertidumbre) de este valor es 1,5%. Con que precisin podemos medir la posicin de un electrn de forma simultanea a la velocidad ?

Superman tiene una masa de 91 Kg, y se mueve con una velocidad igual a la quinta parte de la velocidad de la luz. Si esta velocidad se conoce con una precisin de 1,5% , cual es la incertidumbre de la medicin?

Cual es la incertidumbre en la velocidad de un haz de protones cuta posicin se conoce con una incertidumbre de 24nm?MECNICA CUNTICA Y ORBITALES ATMICOSFsico Austriaco Erwin Schrdinger 1926.

Propuso una ecuacin, conocida como ecuacin de onda de Schrdinger, que incorpora los comportamientos tanto ondulatorio como de partcula del electrn.

Esta ecu. da lugar a una serie de funciones matemticas llamadas funciones de onda que describen la onda de materia del electrn ().

2=proporciona informacin acerca de la ubicacin de un electrn cuando est en un estado de energa permitido.Este modelo se enfoca la probabilidad de que un electrn est en cierta punto del espacio en un instante dado. FUNCIONES MATEMTICASFUNCIONES DE ONDA ()ECUACIN DE ONDAOndulatorioPartculaDescriben a un electrnSchrdingerPropusoDa lugar2 DENSIDAD DE PROBABILIDAD Probabilidad de que un electrn est en cierta punto del espacio en un instante dado. llamadasMECNICA CUNTICA Y ORBITALES ATMICOSLa ecuacin de Schrdinger produce un conjunto de funciones de onda con sus correspondientes energas. Estas se denominan orbitales. Estas son:

1. El nmero cuntico principal (n): puede tener valores enteros + de 1, 2, 3,, Al aumentar n, el orbital se hace ms grande, y el electrn pasa ms tiempo lejos del ncleo, tambin implica que el electrn tiene mayor energa, y por tanto, est menos unido al ncleo.

2. El nmero cuntico azimutal (l), puede tener valores enteros de 0 a n -1 para cada n. Este define la forma del orbital. El valor de l para un orbital dado generalmente se designa con las letras s, p, d y f,* que corresponden a valores de l de 0, 1, 2 y 3:

El nmero cuntico magntico (ml), ml= L a -L, incluye cero. Este describe la orientacin del orbital en el espacio.

El conjunto de orbitales que poseen: El mismo valor de n se denomina capa electrnica.Los mismos valores de n y l se llama subcapa.ORBITALES Y NMEROS CUNTICOS

nPosibles valores de lDesignacin de la subcapaPosibles valores de mlNo. de orbitales en la subcapaNo. total de orbitales en la capa101s011202s01412p1,0,-13303s01913p1,0,-1323d2,1,0,-1,-25404s011614p1,0,-1324d2,1,0,-1,-2534f3, 2,1,0,-1,-2,-37MECNICA CUNTICA Y ORBITALES ATMICOSORBITALES Y NMEROS CUNTICOS

Todos los orbitales s tienen simetra esfrica.DISTRIBUCIN DE LA DENSIDAD ELECTRNICA Y REPRESENTACIONES DE ORBITALES (ORBITALES s)

2s1s3s

DISTRIBUCIN DE LA DENSIDAD ELECTRNICA Y REPRESENTACIONES DE ORBITALES (ORBITALES p)La forma geomtrica de los orbitales p es la de dos esferas achatadas hacia el punto de contacto (el ncleo atmico) y orientadas segn los ejes de coordenadas. En funcin a los valores de ml (-1, 0 y 1) se obtienen los tres orbitales p simtricos respecto a los ejes x, z e y.

2p3p4pDISTRIBUCIN DE LA DENSIDAD ELECTRNICA Y REPRESENTACIONES DE ORBITALES (ORBITALES d)

Los orbitales d tienen formas ms diversas, cuatro de ellos tienen forma de 4 lbulos de signos alternados (dos planos nodales, en diferentes orientaciones del espacio), y el ltimo es un doble lbulo rodeado por un anillo (un doble cono nodal)

3d4d5d

DISTRIBUCIN DE LA DENSIDAD ELECTRNICA Y REPRESENTACIONES DE ORBITALES (ORBITALES f)f (l=3)

m=0Fz3m= 1fxz2

fyz2

m= 2fxyz

fz(x2-y2)

m= 3fx(x2-3y2)

fy(3x2-y 2)

REPRESENTACIONES DE ORBITALES s, p, d, f.

Saber el nmero de electrones que el tomo tiene; basta conocer el nmero atmico (Z) del tomo en la tabla peridica.

Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energa, comenzando desde el nivel ms cercano al ncleo (n = 1).

Existen 7 niveles de energa o capas donde pueden situarse los electrones, numerados del 1 (ms interno) al 7 (ms externo).

A su vez, cada nivel tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f.

En cada subnivel hay un nmero determinado de orbitales que pueden contener, como mximo, 2 electrones cada uno.

Hay 1 orbital tipo s, 3 orbitales p, 5 orbitales d y 7 del tipo f. De esta forma el nmero mximo de electrones que admite cada subnivel es: 2 en el s; 6 en el p (2 electrones x 3 orbitales); 10 en el d (2 x 5); 14 en el f (2 x 7).PARA ESCRIBIR LA CONFIGURACIN ELECTRNICA DE UN TOMO ES NECESARIO:

Niveles de energa (n)1234Subnivelesss ps p ds p d fNo.de orbitales de cada tipo11 31 3 51 3 5 7 Denominacin de los orbitales1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4fNo. mximo de electrones en los orbitales22 - 62 - 6 - 102- 6- 10- 14No. mximo de electrones por nivel281832 RESUMEN DE LA CONFIGURACIN ELECTRNICA.

4. Cul conjunto de nmeros cunticos describe a un electrn ubicado en la subcapa 3p? a) n = 3, l = 0, ml = 0, ms = +1/2 b) n = 3, l = 1, ml = -1, ms = -1/2 EJERCICIOSa) Prediga el nmero de subcapas que hay para n =4. b) Especifique la designacin de cada una de esas subcapas. c) Cuntos orbitales hay en cada una de las subcapas?2. a) Qu designacin tiene la subcapa con n =5 y l = 1? b) Cuntos orbitales hay en esta subcapa?c) Indique los valores de ml para cada uno de estos orbitales.3. Cual es el mximo nmero de electrones de un tomo que puede tener los siguientes nmeros cunticos? Especifique en que orbitales pueden hallarse estos electrones. n=2, ml=+1n=4, ml=-1c) n=3, l=2d) n=2, l=0, ml= 0. c) n = 3, l = 2, ml = -3, ms = +1/2 d) n = 3, l = 2, ml = 2, ms = -1/2 EJERCICIOSPuede tener un orbital los siguientes nmeros cunticos, n= 2, l=2 y ml=2?

Puede tener un orbital los numero cunticos n=3, l=0 y ml=0?

Para un orbital n=3 y ml=-1. Cul, o cuales son los posibles valores de l?

Escriba la notacin del orbital correspondiente a los nmeros cunticos n=4, l=2 y ml=0.

Escriba la notacin de un orbital que corresponda a los nmeros cunticos: n=3, l=1 y ml=1.

ESPN ELECTRNICO Y EL PRINCIPIO DE EXCLUSIN DE PAULIEn 1925, los fsicos holandeses Uhlenbeck y Goudsmit postulan que el electrn se comporta como si fuera una esfera diminuta que gira (spins, en ingls) sobre su propio eje. Un espn electrnico es un nuevo nmero cuntico (ms). Slo se permiten dos valores para ms= + y - que se interpretaron como indicativos de las dos direcciones opuestas

El principio de exclusin de Pauli hace referencia a que en un tomo no puede haber dos electrones que tengan el mismo conjunto de cuatro nmeros cunticos, n, l, ml y ms. Para un orbital dado, los valores de n, l y ml estn fijos, pero los valores de ms puede contener un mximo de dos electrones, los cuales deben tener espines opuestos.

Regla de Hund

Esta regla establece que la distribucin electrnica mas estable en los subniveles es la que tiene el mayor numero de espines paralelos.

REGLAS GENERALES. Cada capa o nivel de numero cuntico principal n contiene n subniveles. (si n=2, hay 2 subniveles (dos valores de L) de nmeros cunticos de momento angular 0 y 1).

Cada subnivel de numero cuntico L contiene 2L+1 orbitales. (si L=1, hay tres orbitales p).

Cada orbital admite un mximo de dos electrones. CONFIGURACIONES ELECTRNICAS ABREVIADASPara escribir la configuracin electrnica abreviada de un elemento, se coloca la configuracin electrnica del gas noble de nmero atmico ms cercano pero menor, y se representa con su smbolo qumico encerrado en corchetes.Na: [Ne]3s1Li: [He]2s1EJERCICIOSDibuje la representacin de diagrama de orbitales para la configuracin electrnica del oxgeno, nmero atmico 8. Cuntos electrones no apareados tiene un tomo de oxgeno?

2. a) Escriba la configuracin electrnica del fsforo, elemento 15. b) Cuntos electrones no apareados tiene un tomo de fsforo?3. Identifique el elemento especfico que corresponde a cada una de las configuraciones electrnicas siguientes: a) 1s22s22p63s2; b) [Ne]3s23p1; c) [Kr] 5s24d105p4.

4. Dibuje el diagrama de orbitales para los electrones de valencia de cada uno de los elementos siguientes, e indique cuantos electrones no apareados tiene cada uno: a) S, b) Sr; c) Fe; d) Zr; e) Sb; f) U.

EJERCICIOS

Escriba la configuracin electrnica para el arsnico.

Identifique el elemento que tiene que tiene la siguiente configuracin electrnica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 ?

Utilice la notacin spdf para indicar la configuracin electrnica del iodo. Cuantos electrones tiene el tomo de I en la subcapa 3d? Cuantos electrones desapareados hay en tomo de I?

Escriba la configuracin electrnica del mercurio, y un diagrama de orbitales para la configuracin electrnica del estao.

Indique : a) El numero de electrones de valencia en un tomo de bromo. b) Electrones 5p en un tomo de teluro. c) electrones desapareados en un tomo de indio. d) electrones 3d y 4d en un tomo de plata?

Para un tomo de Sn, indique el numero de a) Capas electrnicas que estn llenas o parcialmente llenas. b) electrones 3p. c) electrones 5d. d) electrones desapareados.