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QUÍMICA P R O G R A M A A C A D É M I C O V I R T U A L Ciclo Anual UNI Docente: Jhon Silva Semana: 5 ESTRUCTURA ELECTRÓNICA Jhon Sila Susanibar C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A OBJETIVOS 1. Comprender la teoría del modelo atómico actual como desarrollo de la mecánica cuántica. 2. Entender la definición de ORBITAL 3. Descripción de los números cuánticos. Jhon Sila Susanibar 4. Distribución electrónica según el principio de construcción. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A INTRODUCCIÓN ¿Cómo serán realmente los átomos? ¡Hola! ¿Y quién dio ese modelo cuántico? Jhon Sila Susanibar C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A 1. PLANCK Y EL INICIO DE LA TEORÍA CUÁNTICA Hipótesis de Max Planck (1900) La materia solo puede emitir radiación electromagnética (energía) en pequeños paquetes discretos, discontinuos denominados cuantos de energía (E).Max Planck (1858 – 1947) Físico Alemán 𝐸 = ℎ. 𝜐 ℎ: constante Planck o cuanto de acción (6,63𝑥10−34 J.s) 𝐸: Cuanto de energía o fotón (J) 𝜐 : frecuencia (1/s) Jhon Sila Susanibar C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 2. MODELO ATÓMICO DE BORH En 1913 Borh propone un modelo atómico que describía la estructura atómica del átomo de hidrogeno. Partiendo del modelo atómico de E. Rutherford (sistema planetario en miniatura) Niels Bohr (1885 – 1962) Físico Danés ✓ El electrón gira en orbitas circulares a ciertas distancias definidas entorno al núcleo atómico. ✓ Cualquiera sea la orbita del electrón, este no emite energía radiante. ✓ El electrón solo modifica su energía solo cuando cambia de orbita. Ganando o emitiendo energía en forma de cuantos. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A 3. CARÁCTER DUAL DE LA MATERIA Partiendo del dualismo de la luz (Planck), el físico francés Louis de Broglie (1924) presentó su hipótesis que sostenía que toda partícula en movimiento tiene carácter ondulatorio. Es decir; se comporta como onda y partícula. 𝜆 = ℎ 𝑚𝑣 𝜆: longitud de onda ℎ: constante de planck 𝑚: masa 𝜈 : velocidad Louis de Broglie (1892 – 1977) Físico Francés Jhon Sila Susanibar ¿Por qué se restringe el movimiento de los electrones a orbitas con distancias fijas? C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A Átomo C U R S O D E Q U Í M I C A 4. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE Formuló que es imposible conocer simultáneamente la posición (x) y la cantidad de movimiento p (p = m.v) para una partícula como el electrón en el átomo. Expresando la siguiente fórmula matemática: ∆𝑥. ∆𝑝 ≥ ℎ 4𝜋 Werner Heisenberg (1901 – 1976) Físico Alemán Jhon Sila Susanibar C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Erwin Schrödinger (1887 – 1961) Físico Austriaco 5. ORBITAL ATÓMICO U ORBITAL: El orbital es la región energética espacial de mayor probabilidad electrónica (REEMPE). Es decir; es la región donde hay la mayor posibilidad de encontrar a un electrón. 𝝍 𝝍𝟐 Función de Onda Describe al Orbital Un orbital independientemente de su forma y tamaño puede contener como máximo dos electrones. Esférica Dilobular Los orbitales presentan diferentes formas geométricas Orbital lleno Orbital semilleno Vacío Jhon Sila Susanibar C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A La mecánica cuántica requiere tres números cuánticos para describir la distribución de los electrones en el átomo de hidrógeno y otros átomos. Estos derivan de la solución matemática de la ecuación de Schrödinger, que si bien solo se describe para el átomo de hidrógeno se puede extender para átomos polielectrónicos. 6. NÚMEROS CUÁNTICOS (N.C): Jhon Sila Susanibar 𝒍 𝒎𝒍 𝒎𝒔𝒏 N.C principal N.C secundario N.C Magnético N.C Spin electrónico En 1928 Paul Dirac reformuló la ecuación de Schrödinger involucrando en su solución a un cuarto número cuántico. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 6.1. N.C principal (𝑛): ✓ Se relaciona con el tamaño del orbital✓ Señala el nivel energético principal para el electrón. + Aumenta energía 𝑛 1 2 3 4 5 … ∞ K L M N O …… 𝑛 = 1 𝑛 = 2 𝑛 = 3 Ejm.: Para el orbital de tipo “s” 𝑥 𝑦 𝑧 𝑦 𝑧 𝑥 𝑥 𝑦 𝑧 Valores permitidos para “n” ✓ Teóricamente, para un nivel: ⋕ 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑚á𝑥. = 2𝑛2 𝑛 = 1 𝑛 = 2 ⋕ 𝑒−(𝑚á𝑥. ) = 2.12= 2 ⋕ 𝑒−(𝑚á𝑥. ) = 2.22= 8 C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 6.2. N.C Secundario o Azimutal (𝑙): ✓ Indica la forma de los orbitales✓ Señala el subnivel energético para el electrón. 𝑙 0 1 2 3 … (𝑛 − 1) Valores permitidos para “𝑙” 𝑠 𝑝 𝑑 𝑓 𝑠 𝑝 𝑑 𝑓 … ¡Tener en cuenta! "𝑙 “ toma valores desde 0 hasta (n-1) 𝑛 = 1 𝑙 = 0 𝑛 = 2 𝑙 = 0 𝑦 1 𝑛 = 3 𝑙 = 0, 1 𝑦 2 𝑛 = 4 𝑙 = 0, 1, 2 𝑦 3 𝑒𝑗𝑚. : En un nivel 𝑛 hay 𝑛 Subniveles teóricamente Sharp Principal Difuso Fundamental C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 6.3. N.C Magnético (𝑚𝑙): Describe la orientación del orbital en el espacio y para el electrón señala el orbital en el cual se encuentra dentro de un subnivel. Valores permitidos para “𝑚𝑙” -𝑙, … ,−2,−1, 0, +1,+2,… ,+𝑙 𝑠𝑢𝑏𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 (𝑙) 𝑚𝑙 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑟𝑏𝑖𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 (2𝑙 + 1) 𝑒 −(𝑚á𝑥. ) 1 (s) 0 1 2 2 (p) −1, 0, +1 3 6 3 (d) −2,−1, 0, +1,+2 5 10 4 (f) −3,−2, −1, 0, +1,+2,+3 7 14 Orientación espacial de orbitales del subnivel “p” 𝑝𝑥 𝑝𝑦 𝑝𝑧 C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 6.4. N.C Spin Electrónico o giro electrónico (𝑚𝑠): + ൗ𝟏 𝟐 − ൗ 𝟏 𝟐 𝑒− 𝑒− Muestra el sentido de rotación o giro del electrón alrededor de su propio eje imaginario. Antihorario Horario 𝑚𝑠 = ± ൗ 1 2 C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar Te has percatado que a diferencia del 𝑚𝑠 que toma dos valores específicos, los tres primeros números cuánticos toman diversos valores y que se relacionan entre si. En la combinación de números cuánticos se debe cumplir siempre 𝑛 > 𝑙 ≥ | 𝑚𝑙| 1 0 0 2 0 1 0 0 - 1 + 1 C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A 𝑛 𝑙 𝑒− 1𝑠2 2𝑝6 3𝑑10 4𝑓14 C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 7. Notación cuántica para un subnivel de energía 𝑛𝑙𝑥 Donde: 𝑛: 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑙: 𝑠𝑢𝑏𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑥: 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑠 Ejm.: 1 1 2 2 6 0 34 14 23 10 𝑛 𝑙 𝑒− 3𝑝3 2𝑑8 5𝑓10 4𝑠3 Ejercicio: Señale que notación cuántica no existe. 13 3 22 8 35 10 14 3 > = 𝟐 X X C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 8. Configuración Electrónica Para explicar diferentes propiedades de los elementos es necesario conocer como se distribuyen los electrones en la zona extranuclear. ¿Por qué los metales conducen bien la electricidad? ¿Por qué los metales se oxidan fácilmente? La configuración electrónica consiste en distribuir a los electrones en la diferentes regiones de la nube electrónica, siguiendo algunos principios. C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A Subnivel 𝑛 𝑙 𝐸𝑅 C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar 8.1. PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN PROGRESIVA O AUFBAU Los electrones de un átomo o ion en su estado basal se distribuyen en los subniveles de en orden creciente a sus energía relativas (E.R). La cual se evalúa de la siguiente manera: 𝐸𝑅 = 𝑛 + 𝑙 𝑛: 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑙: 𝑠𝑢𝑏𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 1 0 11𝑠 2 0 22𝑠 2 1 32𝑝 3 0 33𝑠 3 1 43𝑝 3 2 53𝑑 Cuando los subniveles tienen igual E.R se toma en cuenta el nivel principal “n” C R E E M O S E N L A E XI G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar Subnivel 𝑛 𝑙 𝐸𝑅 3 0 33𝑠 3 1 43𝑝 3 2 53𝑑 4 0 44𝑠 • Sigamos analizando un poco más: • Se observa que la E.R de 3𝑑 es mayor que 4𝑠 por tanto este último antes en la distribución electrónica. • Teniendo en cuanta lo analizado se puede construir la distribución de los electrones en un átomo. Par ello veremos a continuación la regla de Möller. REGLA DE MÖLLER C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Jhon Sila Susanibar Distribución electrónica lineal (regla práctica) 10𝑁𝑒 56𝑋𝑒36𝐾𝑟18𝐴𝑟2𝐻𝑒 56𝑅𝑛 Ejm.: 11𝑁𝑎 26𝐹𝑒 50𝑆𝑛 1𝑠2 2𝑠2 2𝑝6 3𝑠1 1𝑠2 2𝑠2 2𝑝6 3𝑠2 3𝑝6 4𝑠2 3𝑑6 1𝑠2 2𝑠2 2𝑝6 3𝑠2 3𝑝6 4𝑠2 3𝑑10 4𝑝6 5𝑠2 4𝑑10 5𝑝2 18𝐴𝑟 4𝑠 2 3𝑑6 10𝑁𝑒 3𝑠 1 36𝐾𝑟 5𝑠 2 4𝑑105𝑝2 Distribución electrónica Kernel C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A Configuración electrónica de Iones Cationes: se realiza la D.E del átomo neutro y luego se quita los electrones perdidos del mayor nivel (n). 26𝐹𝑒 3+ → 18𝐴𝑟 4𝑠 2 3𝑑626𝐹𝑒 → 18𝐴𝑟 4𝑠 2 3𝑑6 Luego Queda −2𝑒− −1𝑒− Ejm.: 26𝐹𝑒 3+ Aniones: Solo se suma la cantidad de electrones ganados y se realiza la distribución de forma general. Ejm.: 16𝑆 2− 1𝑠2 2𝑠2 2𝑝6 3𝑠2 3𝑝6 18𝐴𝑟<> #𝑒− = 16 + 2 = 18 16𝑆 2− <> El ion 𝑆2− no se convierte en Ar, solo adquiere su misma configuración electrónica. Es decir serán ISOELECTRÓNCOS 18𝐴𝑟 4𝑠 0 3𝑑5 C R E E M O S E N L A E X I G E N C I A C U R S O D E Q U Í M I C A Max Planck: https://www.youtube.com/watch?v=bm7FSHokRIA La Física Cuántica de Avengers Endgame: https://www.youtube.com/watch?v=ca1_rbfQMts No estamos hechos de particulas: https://www.youtube.com/watch?v=Tsnyq- 3k7Bg&list=PLOPFAg4mOJ11ng1uFCtTHc6kBqYVhOnLh Este Experimento te Dejará LOCO | La Doble Rendija: https://www.youtube.com/watch?v=Y9ScxCemsPM&t=2s La Dualidad Onda-Partícula es una 💩 https://www.youtube.com/watch?v=LBEq1rhRbC4 Entendiendo el Experimento de la Doble Rendija https://www.youtube.com/watch?v=r2vlr2LyUnw&t=3s VIDEOS QUE TE PUEDEN INTERESAR https://www.youtube.com/watch?v=bm7FSHokRIA https://www.youtube.com/watch?v=ca1_rbfQMts https://www.youtube.com/watch?v=wxIxWTTsBj4 https://www.youtube.com/watch?v=Tsnyq-3k7Bg&list=PLOPFAg4mOJ11ng1uFCtTHc6kBqYVhOnLh https://www.youtube.com/watch?v=Y9ScxCemsPM&t=2s https://www.youtube.com/watch?v=LBEq1rhRbC4 https://www.youtube.com/watch?v=r2vlr2LyUnw&t=3s w w w . a c a d e m i a c e s a r v a l l e j o . e d u . p e
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