Teoráa Atomica
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TEORIA CUANTICA
H = E
La ecuacin de Schrodinger slo se resuelve
exactamente para el tomo de hidrgeno (1 solo
electrn!). Su solucin es aproximada para los
sistemas del multi-electrnicos.
Mecnica cuntica introduce tres nmeros cunticos
para describir un electrn (o a una distribucin de e-):
n, l y ml (ms)
Ecuacin de la onda de SchrodingerY = Y(n, l, ml.. ms)
n : nmero cuntico principal, son valores enteros.Indica el nivel de energa del electrn
n= 1, 2, 3, 4,.
Cuando ncrece el orbital es ms grande.hay una
distancia mayor del e-al ncleo ..por lo tanto el e-
est menos atraido al ncleo.
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l: nmero cuntico del momento angular o azimutal
Indica la forma del orbital
I : 0, 1(n-1);para cada valor den
n=1; l =0
n=2; l =0, 1
n=3; l =0, 1, 2
Valor l 0 1 2 3
Nombre del orbital s p d f
ml: nmero cuantico magntico
Describe la orientacin del orbital en el espacio
ml: -I, ..0, +l
Para cada valor de lhay (2l+1)valores de ml
l = 0..ml= 0..unico valor!, corresponde al orbital s
l =1..(2l+1) valor de ml = 3. ml: -1,0,1
Significa adems que hay tresorbitales p (l =1)
l =2..(2l+1) valor de ml = 5. ml: -2,-1,0,1,2
Significa entonces que hay cincoorbitales d (l =2)
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Capa electrnica: se define por el conjunto de orbitales con
el mismo valor de n. Los orbitales conn=3estn en la terceraCAPA (Este numero cuantico indica el numero del periodo
(en la tabla periodica donde comienza esa capa )
Subcapa o subnivel : se define por el conjunto de orbitales
que tienen un dado valor den y del.n=3 y l=2 subcapa 3d
n=3 y l=0 subcapa 3s
n = 2n = 3n = 4
n = 1
6
2006 Brooks/Cole - Thomson
Simbolo Valores Descripcion
n (principal) 1, 2, 3, .. Tamao yenerga del orbital
l (angular) 0, 1, 2, .. (n-1) Tipo de orbital
(subcapa)
ml(magnetico) -l..0..+l Orientacindel orbital
# of orbitales en subcapa = 2 l + 1
NUMEROS CUANTICOS
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9 orbitales
la capa 3,
definido por
subcapa
subcapa
}
}
Valor del
Designacinde subcapa
Posiblesvalores de ml
Numero de
orbitales en
c/subcapa
Numero total de
orbitales en la
capa = n2
REPRESENTACIONES DE LOS ORBITALES EN EL ESPACIO
n = 3; l=0,1,2 (3 subcapas)
para l=2, ml=-2,-1,0,+1,+2 (5 orbitales d)
n = 2; l = 0,1 (2 subcapas)
para l=1, ml = -1,0,+1 (3 orbitales p)n = 1; l = 0 (1 subcapa)
Cuando l=0, ml = 0 (1 orbital s)
n = 4; l = 0,1,2,3 (4 subcapas)
para l=3, ml= -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 (7 orbitales f)
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Distribucin de Energas para el tomo de H (1 solo e)
La energa slo depende del nmero cuntico principal n
Cadarepresenta un
orbital-Estando en la misma capa
dado por el valor de n (=2),hay dos subcapas: 2s y 2p (s
y p estan determinados porl)
-Subcapa 2s tiene 1 orbital(l=0yml=0)
-subcapa 2ptiene 3 orbitales
(l=1yml =-1,0,1)
-El nico e-del tomo de H selocalizar en el orbital de mas
baja energa : 1s Estado
Fundamental o Basal ..elsistema es ms estable!
Energanegativa!!!
-Si el electrn ocupa otro orbital
(n> 2)
Estado excitado
Orbitalesdegenerados
desdoblamiento de las
energas subcapas: 2s y 2p
ya no tienen igual energa
Atencin : subcapa 4s tiene
menor energia que la
subcapa 3d
Distribucin de energas orbitales en atomos polielectrnicos
Mas de 2 electrones: He, Li
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CARGA NUCLEAR EFECTIVA
Atomos polielectrnicos:
1. Fuerzas atraccin ncleo-electrn (cargas opuestas).
2. Fuerzas de repulsin electrn-electrn (cargas iguales)
Zefectiva= Z - S
Protones en el
ncleo(nmero
atmico)
Numero promedio de e-que hay entre el
ncleo y el e- en cuestin (energia de
interaccin de cada e- con un entorno
promedio creado por el ncleo y el resto
de e-)
la carga positiva que siente el electron ms externo siempre es
menor que la carga nuclear total: electrones internos contrarrestan
parcialmente la carga positiva del nucleo: EFECTO PANTALLA
Zefectiva es la carga nuclear experimentada por los
electrones ms externos de un tomo.
EJEMPLO: dos atomos polielectrnicos de configuracin:
a) 1s22s1 b) 1s22s2 2p1
Qu puede decir del Zefectivodel ltimo electrn en (a) y (b)?
En (b) el ultimo electron (2p1) presenta un Zefectivo menorporque est mas lejos del ncleo que el electron 2s1 de
(a). Los e-en la subcapa 1s y 2s (en el caso b) provocan
un efecto pantalla mayor que en (a)el nico electron en
p siente con menor fuerza al ncleo
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Los espectros atmicos mostraban 2 lneas, una muy junta a
la otra. Haba otra propiedad que distingua a loselectrones.
Y= Y (n, l, ml, ms)
ms: nmero cuntico del espin
ms= + ; -
ms= -ms= +
El espin electrnico est cuantizado!!!
ESPIN ELECTRONICO Y PRINCIPIO DE EXCLUSION DE
PAULI
Como se distribuyen los electrones enatomos polielectrnicos?
1925W. Pauli: PRINCIPIO DE EXCLUSION
DE PAULI
No es posible que dos electrones en un
tomo tengan los mismos 4 nmeroscunticos
.un ORBITAL no puede admitir mas que dos (2)
electrones, los cuales difieren en sus espines
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RESUMEN
= (n, l, ml, ms)
Nivel o Capa: electrones con el mismo valor de n
Subnivel o subcapa: electrones con los mismos valores
de nyl (2s es una subcapa; 2p es otra subcapa.)
Orbital: electrones con los mismos valores de n, l, yml
Cuntos electrones puede admitir un orbital?
Si n, l, y mlson fijos, entonces, ms= o -
Y = (n, l, ml, ) o Y = (n, l, ml, -)
Un orbital puede admitir dos electrones: PAULI
COMO SE DISTRIBUYEN LOS ELECTRONES DE
UN ATOMO POLIELECTRONICO EN LOS
ORBITALES?
Considerar :
1) Solo 2 electrones por orbital (Pauli)
2) En orden creciente de energa
Configuracin electrnica es la forma como se
distribuyen los e- en los diferentes orbitales de untomo
Configuracin electrnica ms estable es aquella
en que los e- se localizan en el estado ms bajo de
ENERGIA
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Diagrama de Moeller para el orden (llenado)de orbitales en un tomo polielectrnico
Energias:1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s
He:
1s2
n=1 l=0 ml=0; ms= +1/2 (electrn 1)
Configuracin electrnica del
estado fundamentaldel tomo
de Helio
H : 1s1
n=1 l=0 ml=0; ms= +1/2
Configuracin electrnica del
estado fundamentaldel tomo
de H
n=1 l=0 ml=0; ms= -1/2 (electrn 2)
Periodos 1, 2 y 3
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Litio
Grupo 1 o 1A
Z = 3
1s22s1 ---> 3 e- total
1s
2s
3s
3p
2pE
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Berilio
Grupo 2 o 2A
Z = 4
1s22s2 ---> 4 e-
total
1s
2s
3s
3p
2pE
Boro
Grupo 13 o 3A
Z = 5
1s2 2s2 2p1 --->
5 e- en total
1s
2s
3s
3p
2pE
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Carbono
Grupo 14 o 4A
Z = 6
1s2 2s2 2p2 ---> 6 e- en total
Como distribumos los dos electronesen el orbital p?
C (Z=6); 1s22s22p2
REGLA DE HUND
Cul diagrama de configuracin es el correcto?
a) Los tres cumplen ppio exc. Pauli Regla de Hund
En el caso de orbitales degenerados, la distribucin electrnica
ms estable (la de menor energa!) es la que tiene el mayor
nmero de electrones con espines paralelos
..letra C
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1s
2s
3s
3p
2pE Regla de HUND. Cuando seagregan electrones en orbitales
degenerados en E, los electrones
se agregan de forma ubicar los e-
con sus espines paralelos!
Carbono
Grupo 14 o 4A
Z = 6
1s22s22p2 --->
6 e- en total
Nitrogeno
Grupo 15 o 5A
Z = 7
1s2 2s2 2p3 --->
7 e- total
1s
2s
3s 3p
2p
ENOTAR: semicapas electrnicas
semillenas con sus electrones
con espin paralelos. son
mas estables : p3; d5; f7
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Oxigeno
Grupo 16 o 6A
Z = 8
1s2 2s2 2p4 --->
8 e- en total
1s
2s
3s
3p
2p
E
Fluor
Grupo 17 o 7A
Z = 9
1s2 2s2 2p5 --->
9 e- en total
1s
2s
3s 3p
2p
E
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Neon
Grupo 18 o 8A
Z = 10
1s2 2s2 2p6 --->
10 e- en total
Notar que cuando se
alcanza el final del 2do.periodo, la segunda capaest llena!!!1s
2s
3s
3p
2pE
Configuraciones mas externas coinciden con el GRUPOal
cual pertenece el elemento
Los e mas
externos
determinan el
comportamiento
qumico de los
elementos
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Sodio
Grupo 1 o 1AZ = 11
1s2 2s2 2p6 3s1 o core Neon+ 3s1
[Ne] 3s1 (usando notacin de gas noble)
Notar que hemos comenzado un nuevo
periodo!!! (3).Todos los elementos del grupo 1A
tienen configuracin [Ne]ns1
Cul es la configuracin electrnica del Mg?Mg 12 electrones
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrones
Abreviado como [Ne]3s2 [Ne] :1s22s22p6
Cules son los nmeros cunticos posibles
para el ltimo (externo) electrn en Cl?Cl 17 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electrones
En ltimo electrn se ubica en el orbital 3p..
n = 3 l= 1 ml= -1, 0, o +1 ms= o -
Recordar uso de configuracin abreviada : [Gas Noble]
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Calcio
Grupo 2 o 2A
Z = 20
1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s2
[Ar] 4s2
Todos los elementos del grupo 2
tienen configuracin [Ar]ns2donde n es el nmero del
periodo.
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x
Configuraciones electrnicas y tabla
peridica
Hemos revisado las configuraciones para los primeros diez
elementos.
Principio de Aufbau (construccin):cuando los protones se
incorporan al ncleo de uno en uno para construir los
elementos, los electrones se suman de la misma forma a los
orbitales atmicos
Este procedimiento permite tener un conocimiento preciso
de las configuraciones electrnicas
La tabla periodica se construye de modo que los
elementos tengan un mismo patrn de configuracin
electrnica de loselectrones mas externosode valencia
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Subnivel externo que se llena con electrones
Elementos representativos
del bloque s
Metales de transicin
Metales del bloque f
Elementos representativos
del bloque p
Metales deTransicin
Todos los elementos del 4to periodo
tienen configuracion [Ar] nsx(n - 1)dyy
son llamados elementos del bloque-d.
Cobre, Z=29Hierro, Z=26Cromo, Z=24
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Excepciones: Cr (Z= 24); Grupo 6B (VIB); 6
1s22s22p63s23p64s23d4
1s22s22p63s23p64s13d5
Cu (Z=29) Grupo 1B (IB) 12
1s22s22p63s23p64s13d10