Teorias modernas de la estructura atomica

8/19/2019 Teorias modernas de la estructura atomica

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Fecha de inicio: 14 Septiembre de 2015.

Fecha de entrega: 30 de Septiembre de 2015

Química

Unidad 2: Teorías modernas de laestructura atómica


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ÍNDICE Principio de incertidumbre de Heisemberg

Principio de dualidad onda –partícula De Broglie Ec.De onda de c!rodinger: signi"icado "ísico de

la "unción onda

#rbitales atómicos $ n%meros cu&nticos

Principio de e'clusión de Pauli

Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos

(on"iguraciones electrónicas de los elementos Principio de construcción )regla de las

diagonales*

Principio de m&'ima multiplicidad de Hund


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Principio de incertidumbre deHeisemberg

Este principio a"irma +ue es imposible medir simult&neamente de "ormaprecisa la posición $ el momento lineal de una partícula. El principio deincertidumbre e,erció una pro"unda in"luencia en la "ísica $ en la "iloso"ía delsiglo --.

En /201 el "ísico alem&n erner Heisenberg se dio cuenta de +ue las reglas dela probabilidad +ue gobiernan las partículas subatómicas nacen de laparado,a de +ue dos propiedades relacionadas de una partícula no pueden sermedidas e'actamente al mismo tiempo


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Conclusin: Heisenberg demostró que no nos será posible idear un métodopara localizar la posición de la partícula subatómica mientras no estemosdispuestos a aceptar la incertidumbre absoluta respecto a su posición exactaquiere decir que no se puede saber la posición ! el momento lineal "cantidadde mo#imiento$ de un ob%eto dado

Principio de 3ncertidumbre:(uando un "otón emitido por una"uente de lu4 colisiona con unelectrón )tur+uesa*1 el impacto se5ala

la posición del electrón.En el proceso1 sin embargo1 lacolisión cambia la 6elocidad delelectrón. in una 6elocidad e'acta1 elimpulso del electrón en el momentode la colisión es imposible de medir.

eg%n el principio de incertidumbre1 el producto de esas incertidumbres en losc&lculos no puede reducirse a cero. 7a precisión m&'ima est& limitada por lasiguiente e'presión:D' Dp ma$or o igual +ue !82p


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Principio de dualidad de onda! Part"culade #roglie

El principio de la dualidad descansasobre el e"ecto "otoel9ctrico1 el cualplantea +ue la lu4 puedecomportarse de dos maneras seg%nlas circunstancias $ el tema aestudiar1 $ son:

7uis de Broglie1 ganó el premioobel de ;ísica de /2/ por unatesis doctoral +ue elucidaba laspropiedades ondulatorias de losorbitantes electrones.

Conclusin: &uis de 'roglie descubrió las propiedades ondulatorias de loselectrones ! es el principio de dualidad ! descansa sobre el e(ecto (otoeléctrico


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7u4 como Partícula: Usada sobre todo en "ísica cu&ntica1 seg%n los estudiosde Planc< sobre la radiación del cuerpo negro1 la materia absorbe energíaelectromagn9tica $ luego la libera en "orma de pe+ue5os pa+uetes llamados"otones1 estos cuantos de lu41 tienen de igual manera una "recuencia1 pero

gracias a 9stos1 se pueden estudiar las propiedades del &tomo.

7u4 como una #nda: Esta esusada en la "ísica cl&sica1 sobretodo en óptica1 donde los lentes $los espectros 6isibles re+uieres de

su estudio a tra69s de laspropiedades de las ondas.

Conclusin: El principio de dualidad dice como partículas se pueden comportar comoondas ! ondas como partículas esto también sucede con los electrones sin embargo

esto sucede solo en el mundo atómico o subatómico


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Ec) De onda de *c+rodinger, signi-cado(ísico de la (unción de onda

7a ecuación de c!r=dinger1 desarrollada por el "ísico austríaco Er>in

c!r=dinger en /2?1 es de importancia central en la teoría de la mec&nicacu&ntica1 donde representa para las partículas microscópicas un papel an&logoa la segunda le$ de e>ton en la mec&nica cl&sica. 7as partículas microscópicasinclu$en a las partículas elementales1 tales como electrones1 así como sistemasde partículas1 tales como n%cleos atómicos.

@ principios de la d9cada de /A Ca' Born apreció +ue la ecuación dec!r=dinger comple,a tiene una integral de mo6imiento dada por +ue podíaser interpretada como una densidad de probabilidad.

Conclusin, Er.in *c+rodinger desarrolló una ecuación que describia elcomportamiento de la partícula ! naturaleza de la onda e/


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En la moderna mec&nicacu&ntica1 el con,unto de todoslos estados posibles en unsistema se describe por un

espacio de Hilbert comple,o $ separable1 $ cual+uier estadoinstant&neo de un sistema sedescribe por un 6ectorunitario en ese espacio.

Este 6ector unitario codi"ica las probabilidades de los resultados de todas lasposibles medidas !ec!as al sistema. (omo el estado del sistema generalmentecambia con el tiempo1 el 6ector estado es una "unción del tiempo. in embargo1los 6alores de un 6ector de estado son di"erentes para distintas locali4aciones1

en otras palabras1 tambi9n es una "unción de '.

Conclusin: Este cientí-co escribió una ecuación que escribió el comportamiento deuna partícula que para escalas peque0as se redu%era a la ecuación de la mecánicaclásica de la partícula ! para eso dedu%o una (ormula esta ecuación de *c+r1dinger dauna descripción cuantitati#a de la tasa de cambio en el #ector estado)


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$rbitales atmicos

Conclusin: &os orbitales nos danel 234 de probabilidades de

encontrar el electron en ellasestos orbitales son el s que acepta5 electrones el p que acepta 6 eld que acepta 73 electrones ! el(que acepta 78 electrones ! es elorbital de ma!or energía)

Un orbital atómico es una 4ona del espaciodonde e'iste una alta probabilidad )superioral /* de encontrar al electrón. #rbitales

s: 7os orbitales s son es"9ricamentesim9tricos.

#rbitales p: 7a "orma de los orbitales p es dedos lóbulos situados en lados opuestos aln%cleo. Ha$ tres tipos de orbitales p ) F mlG

11* +ue di"ieren en su orientación. o !a$una correlación simple entre los tresn%meros cu&nticos magn9ticos $ las tresorientaciones: las direcciones '1 $ $ 4

#rbitales d: En el tercer subni6el tenemos? orbitales atómicos

#rbitales ": on orbitales de ma$orenergía. 7os orbitales " son importantes paracomprender el comportamiento de loselementos con n%mero atómico ma$or a ?0.


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%&meros cu'nticos

%mero cu&ntico principal )n*:Iepresenta al ni6el de energía )estadoestacionario de Bo!r* $ su 6alor es unn%mero entero positi6o $ se le asocia a laidea "ísica del 6olumen del orbital. Dic!o

de otra manera el n%mero cu&nticoprincipal determina el tama5o de lasórbitas1 por tanto1 la distancia al n%cleo deun electrón 6endr& determinada por esten%mero cu&ntico

us 6alores permitidos son:Conclusin: los n9meros cuánticos son parámetros numéricos describen el ni#el de energía ! sus características


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Principio de e(clusin de PauliDos electrones ) "ermiones* +ue se encuentren en un &tomo no podr&n poseer a la 6e4 igualesn%meros cu&nticos. Este !ec!o e'plicaría +ue los electrones se dispersen en capas o ni6eles entorno al n%cleo del &tomo $ por lo cual1 los &tomos +ue posean ma$or n%mero de electronesocupen ma$or espacio1 debido a +ue aumenta el n%mero de capas de las +ue consta el &tomo. El

n%mero m&'imo de electrones +ue puede tener una capa o ni6el es de 2nK2.

El principio de e'clusión de Pauli nos dice +ue en un &tomo es imposible +ue coe'istan doselectrones con los cuatro n%meros cu&nticos id9nticos. eg%n establece este principio1 en unorbital de tipo atómico1 +ue se encuentra determinado por los n%meros cu&nticos n1 l1 $ ml1solamente pueden !aber dos electrones: uno de ellos con un spin positi6o J82 $ otro con su

contrario spin negati6o 82.

Entonces decimos +ue cada uno de los tiposde orbitales solamente puede contener 2electrones como m&'imos1 los cualesdeber&n obligatoriamente tener spinescontrarios. Estos electrones tendr&n todos

sus n%meros cu&nticos iguales 1 $ tan sólo sedi"erenciar&n en el n%mero cu&ntico ms) spin*.

Conclusin: Este principio de la cuántica dice que dos partículas " concretamente (ermiones$ quetiene los n9meros cuánticos con los que constan idénticos no pueden existir) : los electronescu!os #alores de ms son iguales se dice que cuentan con lo que se conoce como spines paralelos

sin embargo si los #alores que presenta ms son distintos se dice que poseen spines opuestos otambién llamados antiparalelos)


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Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos

Conclusin: $ posee un m'(imo de 32 electrones )e*emplo &nico+ el 'tomo del nobelio,-

el P contiene a lo sumo 10 el / un m'(imo de 2. #ur a obser ue en el &ltimo pisoel n&mero de electrones no puede e(ceder de . e todos modos se asignan 1 al &ltimo

Distribución de los electrones en la corte4a del &tomo1 /2L.M Distribución seg%n pisos o ni6eles energ9ticos. Una de las primeras distribuciones de loselectrones en la corte4a del &tomo1 "ue deducida !acia /L1 por I$dberg1 bas&ndose en la

estructura de los &tomos de los gases nobles1 de acuerdo con el lugar +ue ocupaban en la tablaperiódica1 cu$o primer período tenía L elementos1 N el segundo1 AN el tercero1 $ asignabateóricamente NL al cuarto: cumplían la regla L - )21 221 A21 L2*. )Distribución errónea.*

Hacia //1 7e>is1 $ sobre todo7angmuir1 en su modelo c%bico del

&tomo distribu$en los electrones seg%nO12F 71F C1F 1F #1F P1A2 )tambi9nerróneo*.;ue Bur$1 en /21 +uien por

6e4 primera sentó +ue el n%mero deelectrones de los pisos eran: O12F 71FC1F 1A2F... estableciendo la regla deO1 2 - 2F 71 2 - 22F C1 2 -A2F 1 2 - L21 $los pisos siguientes si estu6iesencompletos1 lo cual no acontece1tendrían1 #1 2 - ?2F P1 2 ' N2F $ Q1 2 ' 02.


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Con-guraciones electrónicas de los elementos

En "ísica $ +uímica1 la

con"iguración electrónica indicala manera en la cual los electronesse estructuran o se modi"ican enun &tomo de acuerdo con elmodelo de capas electrónicas1 enel cu&l las "unciones de ondas del

sistema se e'presa como unproducto de orbitales antisimetri4adas. 7a con"iguraciónelectrónica es importante por+uedetermina las propiedades decombinación +uímica de los

&tomos $ por tanto su posición enla tabla periódica.

Conclusin: con-guración electrónica indica cómo se acomodan los átomos de

acuerdo a capas electrónicas determina la combinación química de átomos ! por tantosu posicion en la tabla periódica


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;rincipio de construcción "regla de lasdiagonales$

$rden de construccin :1s2 2s2 2p 3s2 3p 4s2 3d10 4p 5s2 4d10 5p s2 4 14 5d10 p 6s2 5 14

d10 6p7os alores ue se encuentran comosuper"ndices indican la cantidad m'(ima deelectrones ue puede haber en cada subniel)colocando slo dos en cada orbital de lossubnieles,.

En el estado "undamental de un &tomo1

los electrones ocupan orbítales atómicosde tal modo +ue la energía global del&tomo sea mínima.e denomina principio de construcción)@u"bau* al procedimiento para deducirla con"iguración electrónica de un

&tomo1 $ consiste en seguir un ordenpara el llenado de los di"erentesorbítales1 basado en los di"erentes 6alores de la energía de cada uno deellos. Para recordarlo se utili4a eldiagrama de C=ller o de las diagonales1

así como la regla de la mínima energía)nJl*.

Conclusin: &os electrones del átomo ocupan orbitales atómicos para que la energía total delátomo sea mínima) *e denomina principio de construcción a al procedimiento que se sigue en

(orma de diagonal para determinar la con-guración de cada elemento dependiendo del n9meroatómico de este)


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;rincipio de máxima multiplicidad de Hund

Forma sencilla de comprender este principio es así:Las personas (electrones) que se suben aun microbús (nº cuántico principal) tiendena sentarse en los asientos desocupados (nºcuántico magnético) de la fla más cercana

a la puerta (nº cuántico secundario) antesque sentarse más al fnal, compartir unasiento (nº cuántico spin = !"#), o subirsea otro microbús$

7a regla de Hund es una regla empírica obtenida por ;riedric! Hund en el estudio

de los espectros atómicos +ue enuncia lo siguiente: @l llenar orbitales de igual energía )los tres orbitales p1 los cinco d1 o los siete "* loselectrones se distribu$en1 siempre +ue sea posible1 con sus espines paralelos1 esdecir1 +ue no se cru4an. 7a partícula mini atómica es m&s estable )tiene menosenergía* cuando tiene electrones desapareados )espines paralelos* +ue cuandoesos electrones est&n apareados )espines opuestos o antiparalelos*

Conclusin: Este principio establecido por Hund nos dice que tenemos que distribuir loselectrones en las órbitas de tal manera que la órbita tenga un electrón al menos antes de

comenzar el apareamiento que consiste en agregar otro electrón de manera antiparalela) ;ara asíconseguir que tenga la menor energía posible)


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C$%C78S9$%S En el principio de incertidumbre de Heisenberg ; Vimos que Werner Karl

Heisemberg fue un físico alemán que puso en marcha el concepto de la mecánica

ondulatoria con su principio de incertidumbre en el siglo 20. Entendimos que esteprincipio afirma que es imposible medir de forma precisa a posicin ! latra!ectoria o mo"imiento lineal de una partícula.

En el Principio de dualidad de ondaPartícula de Broglie F Vimos que #uis de$roglie% gan el premio &obel de 'ísica de ()2) por su tesis doctoral queelucidaba las propiedades ondulatorias de los orbitantes electrones. Esta hablabade cmo en el mundo atomico las cosas se pueden comportar como ondas oparticulas dada la situacion.

En la ecuación de onda de c!rodingerF Vimos como este científico escribiuna ecuacin que escribi el comportamiento de una partícula que para escalaspeque*as se redu+era a la ecuacin de la mecánica clásica de la partícula ! para

eso dedu+o una formula% esta ecuacin de ,chr-dinger da una descripcincuantitati"a de la tasa de cambio en el "ector estado.

En la (on"iguraciones electrónicas de los elementosF Vimos la manera en lacual los electrones se estructuran o se modifican en un átomo% de acuerdo con elmodelo de capas electrnicas


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#rbitales atómicos: estos nos dan una ma!or probabilidad de encontrar el electrn dentrodel átomo% estos orbitales son el s que acepta 2 electrones el p que acepta % el d queacepta (0 electrones ! el f que acepta (/ electrones ! es el orbital de ma!or energía.

7os n%meros cu&nticos: son parámetros numricos% describen el ni"el de energía delorbital 1s% p% d o f ! sus características estos n3meros son n% l% m ! s .

Distribución electrónica en sistemas poli electrónicos: 4 posee un má5imo de 62electrones 1e+emplo 3nico% el átomo del nobelio; el 7 contiene a lo sumo (0 ! el 8 unmá5imo de 2. $ur! !a obser" que en el 3ltimo piso el n3mero de electrones no puedee5ceder de 9. :e todos modos se asignan (9 al 3ltimo piso del paladio

El principio de e'clusión de Pauli nos dice que en un átomo es imposible que coe5istandos electrones con los cuatro n3meros cuánticos idnticos. ,eg3n establece este principio%

en un orbital de tipo atmico% que se encuentra determinado por los n3meros cuánticos n%l% ! ml% solamente pueden haber dos electrones uno de ellos con un spin positi"o


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