VII. Estructura electrónica de los atomosVII. Estructura electrónica de los atomos

VII.1. Radiación electromagnética y espectros AtómicosVII.1. Radiación electromagnética y espectros AtómicosVII.2.Teoría cuánticaVII.2.Teoría cuánticaVII.3. El átomo de BohrVII.3. El átomo de BohrVII.4. Principio de incertidumbreVII.4. Principio de incertidumbreVII.5. Propiedades de las ondasVII.5. Propiedades de las ondasVII.6. Orbitales atómicos y números cuánticosVII.6. Orbitales atómicos y números cuánticosVII.7. Representación de los orbitales atómicosVII.7. Representación de los orbitales atómicosVII.8. Espin de los electrones y principio de VII.8. Espin de los electrones y principio de exclusión de Pauliexclusión de PauliVII.9. Orbitales de átomos multielectrónicosVII.9. Orbitales de átomos multielectrónicosVII.10. Configuración electrónicaVII.10. Configuración electrónica

El principio de incertidumbreEl principio de incertidumbre

Las propiedades ondulatorias del electrón se traducen en Las propiedades ondulatorias del electrón se traducen en que no se puede conocer su posición en un instante que no se puede conocer su posición en un instante dado.dado.

Werner Heisenberg (1901-1976):Werner Heisenberg (1901-1976):

“ “Es inherentemente imposible conocer simultáneamente Es inherentemente imposible conocer simultáneamente la cantidad de movimiento (mv) del electrón y su la cantidad de movimiento (mv) del electrón y su posición exacta en el espacio”posición exacta en el espacio”

La incertidumbre en la posición es inversamente proporcional a la La incertidumbre en la posición es inversamente proporcional a la incertidumbre en su cantidad de movimiento.incertidumbre en su cantidad de movimiento.

Esto trae como resultado el concepto de “orbital” ´(zona Esto trae como resultado el concepto de “orbital” ´(zona probable donde encontrar al electrón y no de “órbita. probable donde encontrar al electrón y no de “órbita.

Estructuras electrónicas de los elementosEstructuras electrónicas de los elementos

Schrödinger (1887-1961) propuso una ecuación Schrödinger (1887-1961) propuso una ecuación que incorpora el comportamiento onda-partícula que incorpora el comportamiento onda-partícula del electrón.del electrón.

Las Las funciones de ondafunciones de onda describen a cada tipo de describen a cada tipo de electrón, su ubicación en el átomo, electrón, su ubicación en el átomo, la la probabilidad de que el electrón se encuentre en probabilidad de que el electrón se encuentre en un lugar del espacioun lugar del espacio : : DENSIDAD ELECTRÓNICADENSIDAD ELECTRÓNICA

Las regiones en las que es muy probable Las regiones en las que es muy probable encontrar electrones son regiones encontrar electrones son regiones de alta de alta densidad electrónica.densidad electrónica.

Orbitales y números cuánticosOrbitales y números cuánticos En lugar de girar en órbitas circularesEn lugar de girar en órbitas circulares los los

electrones se disponen en electrones se disponen en orbitalesorbitales con energía y con energía y formaforma característica. característica. (Son soluciones de la ecuación de onda de (Son soluciones de la ecuación de onda de Schrödinger)Schrödinger)

Un orbital es una zona probabilística Un orbital es una zona probabilística donde se puede encontrar al donde se puede encontrar al electrón.electrón.

El modelo de la mecánica cuántica El modelo de la mecánica cuántica contempla tres números cuánticos contempla tres números cuánticos (valores a incluir en la ecuación de (valores a incluir en la ecuación de onda de Schrödinger) :onda de Schrödinger) :

n , l n , l yy m mll

55

Orbitales y números cuánticosOrbitales y números cuánticos

nn número cuántico principal número cuántico principal. .

valores enteros positivos. El electrón pasa valores enteros positivos. El electrón pasa más tiempo lejos del núcleo. A > más tiempo lejos del núcleo. A > nn, el , el orbital es más grande y el electrón tiene orbital es más grande y el electrón tiene más energía (unido con menos fuerza al más energía (unido con menos fuerza al núcleo).núcleo).

Los electrones con igual Los electrones con igual nn pertenecen a la pertenecen a la misma misma capa electrónicacapa electrónica

Orbitales y números cuánticosOrbitales y números cuánticos ll número cuántico número cuántico

azimutalazimutal. . valores enteros positivos de valores enteros positivos de

0 a (n-1). 0 a (n-1). Este número cuántico Este número cuántico

define la define la formaforma del del orbital.orbital.

Dada la cantidad de Dada la cantidad de electrones a distribuir en electrones a distribuir en las capas electrónicas el las capas electrónicas el número máximo de n es número máximo de n es 4 y por tanto 4 y por tanto ll llega a 3. llega a 3.

El conjunto de orbitales El conjunto de orbitales con igual con igual nn y y ll constituyen constituyen una subcapa (ej. “3d”)una subcapa (ej. “3d”)

Valor de Valor de ll 00 11 22 33

Letra Letra designacióndesignación ss pp dd ff

Orbitales y números cuánticosOrbitales y números cuánticos

mmll número cuántico magnético número cuántico magnético

valores entre valores entre –l –l a a +l+l, incluyendo el cero., incluyendo el cero.

Describe la orientación del orbital en el Describe la orientación del orbital en el espacio.espacio.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Un electrón puede entonces caracterizarse Un electrón puede entonces caracterizarse por un valor de por un valor de nn, uno de , uno de ll y uno de y uno de mmll

Orbitales y números cuánticosOrbitales y números cuánticos

CAPA ELECTRÓNICA: conjunto de orbitales con CAPA ELECTRÓNICA: conjunto de orbitales con igual n. Ej n = 3igual n. Ej n = 3

Significa que en este orbital existen las Significa que en este orbital existen las subcapassubcapas l l = 0 , = 0 , l l = 2 y = 2 y l l = 2; o sea, subcapas 3s, 3p y 3d= 2; o sea, subcapas 3s, 3p y 3d

[[a la distancia (y energía) del nivel n y con las formas de a la distancia (y energía) del nivel n y con las formas de los orbitales s, p y d]los orbitales s, p y d]

En la subcapa (orbital) 3p pueden estar, “caber” En la subcapa (orbital) 3p pueden estar, “caber” electrones con (-p a +p; p equivale a 1):electrones con (-p a +p; p equivale a 1):

-1, 0, +1; o sea en los orbitales:-1, 0, +1; o sea en los orbitales: (3,2,-1) ; (3,2,0) ; (3,2,-1)(3,2,-1) ; (3,2,0) ; (3,2,-1)

Valores de números cuánticosValores de números cuánticos

Para n=1, sólo existe el orbital 1s [#orbitales = nPara n=1, sólo existe el orbital 1s [#orbitales = n2 2 = 1= 122 = 1] = 1]

Para n=2, existen 1s y 3 orbitales p (x, y, z) [#orbitales = nPara n=2, existen 1s y 3 orbitales p (x, y, z) [#orbitales = n2 2 = 2= 222 = 4] = 4]

Para n=3, existen 1s, 3 p y 5 orbitales p [#orbitales = nPara n=3, existen 1s, 3 p y 5 orbitales p [#orbitales = n2 2 = 3= 322 = 9] = 9]

Para n=4: 1s, 3 p, 5 d y 7 f [#orbitales = nPara n=4: 1s, 3 p, 5 d y 7 f [#orbitales = n2 2 = 4= 422 = 16] = 16]

Formas de los orbitales atómicosFormas de los orbitales atómicos

Orbital Orbital ssDentro de una misma Dentro de una misma

capa es el de < capa es el de < energíaenergía

Forma: esféricaForma: esféricaEl diámetro de la esfera El diámetro de la esfera

se incrementa con el se incrementa con el valor de valor de nn

Cada capa (n) tiene un Cada capa (n) tiene un solo orbital s.solo orbital s.

Formas de los orbitales atómicosFormas de los orbitales atómicos

Orbital Orbital pp

No son No son esféricamente esféricamente simétricossimétricos

Cada orbital tiene dos Cada orbital tiene dos lóbuloslóbulos

Hay 3 orbitales p en Hay 3 orbitales p en cada capa (excepto cada capa (excepto en la 1ª; n = 1)en la 1ª; n = 1)

13/04/2313/04/23

Formas de los orbitales atómicosFormas de los orbitales atómicos

Orbitales Orbitales dd y y ffExisten para n Existen para n ≥ 3≥ 3(valores de l = 2)(valores de l = 2)

Hay (5) orbitales 3d, (5) 4dHay (5) orbitales 3d, (5) 4d

Para n Para n ≥ 4 ≥ 4 (valores de l = 3)(valores de l = 3)

Pueden existir los Pueden existir los orbitales orbitales ff

Forma: más complicada Forma: más complicada que los d.que los d.

““Spín” del electrón: 4º número cuánticoSpín” del electrón: 4º número cuántico

El electrón se comporta como si fuera una El electrón se comporta como si fuera una diminuta esfera que gira sobre su propio eje.diminuta esfera que gira sobre su propio eje.

mmss :: número cuántico magnético del spín.número cuántico magnético del spín.

Valores: + Valores: + ½½ y - y - ½.½.““En un átomo no puede haber dos electrones que En un átomo no puede haber dos electrones que

tengan iguales los cuatro número cuánticos”tengan iguales los cuatro número cuánticos”

[Princicio de exclusión de Pauli (1900-1958)][Princicio de exclusión de Pauli (1900-1958)]

UN ORBITAL PUEDE TENER UN MÁXIMO DE DOS UN ORBITAL PUEDE TENER UN MÁXIMO DE DOS ELECTRONES (CON SPINES OPUESTOS)ELECTRONES (CON SPINES OPUESTOS)

Configuraciones electrónicasConfiguraciones electrónicas Forma en que los electrones se Forma en que los electrones se

distribuyen (energía, distancia del núcleo y distribuyen (energía, distancia del núcleo y forma del orbital) en el átomo.forma del orbital) en el átomo.

Configuración Configuración basalbasal: la de menor energía: la de menor energía Los orbitales “se llenan” en orden Los orbitales “se llenan” en orden

creciente de energía, con uncreciente de energía, con un máximo de máximo de dos electrones por orbital.dos electrones por orbital.

Ej. Átomo de Litio (NA = 3) Ej. Átomo de Litio (NA = 3) 1s 2s1s 2s

Dos electrones en un orbital están “apareados”Dos electrones en un orbital están “apareados”

Configuraciones electrónicasConfiguraciones electrónicas

Regla de HundRegla de Hund: “: “En En el caso de el caso de orbitales orbitales degenerados degenerados (=energía), se (=energía), se alcanza la menor alcanza la menor energía cuando el energía cuando el número de número de electrones que electrones que tienen el mismo tienen el mismo espín es el más espín es el más alto posible”alto posible”

Configuraciones electrónicasConfiguraciones electrónicas

Gases nobles:Gases nobles:He NA= 2 1sHe NA= 2 1s22

Ne NA= 10 1sNe NA= 10 1s2 2 2s2s2 2 2p2p66

Ar NA= 18 1sAr NA= 18 1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6

Kr NA= 36 1sKr NA= 36 1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d3d10 10 4s4s2 2 4p4p66

Xe NA= 54 1sXe NA= 54 1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d3d10 10 4s4s2 2 4p4p6 6 4d4d10 10 5s5s2 2 5p5p6 6

Rn NA= 86 Rn NA= 86 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d3d10 10 4s4s2 2 4p4p6 6 4d4d10 10 4f4f14 14 5s5s2 2 5p5p66 5d5d10 10 6s6s2 2 6p6p66

Todos los orbitales se encuentran ocupados por dos electrones; de Todos los orbitales se encuentran ocupados por dos electrones; de aquí su no reactividad química.aquí su no reactividad química.

quimicaquimica

Configuraciones electrónicasConfiguraciones electrónicas

Configuraciones Configuraciones abreviadas:abreviadas:

[Na] [Na] (11)(11): : [Ne]3s[Ne]3s11 Electrones de configuración Electrones de configuración del gas noble: del gas noble: “internos” “internos” ; ; restantes; restantes; “electrones de “electrones de valencia”.valencia”.

El orbital 4s tiene menos El orbital 4s tiene menos energía que los 3d, por energía que los 3d, por lo que se llena primero.lo que se llena primero.

[K] [K] (19)(19): : [Ar]4s[Ar]4s11 (no 3d)(no 3d)

Hay diez elementos que Hay diez elementos que llenan primero el 4s antes llenan primero el 4s antes de los 3d; se denominan de los 3d; se denominan elementos de transiciónelementos de transición, , o o metales de transiciónmetales de transición

Configuraciones electrónicasConfiguraciones electrónicas

Electrones del Gas Noble: Electrones del Gas Noble: electrones internoselectrones internos

Electrones de capa interna: Electrones de capa interna: electrones de valenciaelectrones de valencia

Que tengas

un buen día.