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Teoría cuántica y la estructura

electrónica de los átomos

• Átomos polielectrónicos

Elaborado por RV y MV

Niveles de energía de los orbitales de un átomo con un único electrón

Energía depende sólo del número cuántico principal n

En = -RH ( ) 1 n2

n=1

n=2

n=3

Ene

rgía

Orbitales degenerados

Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.

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Átomo neutro con número atómico Z:

Z protones (Z cargas positivas) e igual número de electrones (cargas negativas)

Ejemplos:

Be Z=4 4 protones y 4 electrones

Al Z=13 13 protones y 13 electrones

¿Cómo se distribuyen estos electrones en los orbitales atómicos?


Niveles de energía de los orbitales de un átomo polielectrónico

n=1 l = 0

n=2 l = 0 n=2 l = 1

n=3 l = 0 n=3 l = 1

n=3 l = 2

Ene

rgía

Energía depende de n y l


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Orden de llenado de los subniveles atómicos en un átomo polielectrónico

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s Elaborado por RV y MV Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.

La existencia (y energía) de un electrón en un átomo se describe por su función de onda única, Ψ.

Principio de exclusión de Pauli - no es posible que dos electrones de un átomo tenga los mismos cuatro números cuánticos.

Ecuación de onda de Schrödinger

Ψ = Ψ(n, l, ml, ms)

¿Cuántos electrones puede contener un orbital?

Si n, l y ml son fijos, entonces ms = ½ ó - ½

Ψ = (n, l, ml, ½) ó Ψ = (n, l, ml, -½) Un orbital puede contener 2 electrones


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¿Cuántos electrones pueden colocarse en el subnivel 3d?

3d

n=3

l = 2

Si l = 2, entonces ml = -2, -1, 0, +1 ó +2

5 orbitales (cada orbital puede tener dos electrones) los cuales pueden contener en total 10 e-


Capas (n) y subcapas (l) •  En la estructura electrónica de los átomos, hablamos de

capas y subcapas. •  La capa, contiene a los orbitales con el mismo número

cuántico principal n •  Los orbitales en una capa se agrupan en subcapas

identificadas por una letra: –  s, un orbital (subcapa s) –  p, tres orbitales (subcapa p) –  d, 5 orbitales –  f, 7 orbitales…

Nivel o capa – electrones con el mismo valor de n

Subnivel – electrones con los mismos valores de n y l


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Niveles de energía de los orbitales de un átomo polielectrónico

n=1 l = 0

n=2 l = 0 n=2 l = 1

n=3 l = 0 n=3 l = 1

n=3 l = 2 E

nerg

ía

Energía depende de n y l


“Llenado” de electrones en los orbitales de energía más bajos (Principio de Aufbau)

H 1 electron

H 1s1

He 2 electrons

He 1s2

Li 3 electrons Li 1s22s1

Be 4 electrons Be 1s22s2

B 5 electrons B 1s22s22p1 C 6 electrons

? ?

Ene

rgía


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C 6 electrons

La distribución electrónica mas estable en los subniveles es la que tiene el mayor número de espines paralelos (Regla de Hund).

C 1s22s22p2 N 7 electrons N 1s22s22p3 O 8 electrons O 1s22s22p4 F 9 electrons F 1s22s22p5 Ne 10 electrones Ne 1s22s22p6

Ene

rgía

Configuración electrónica del estado basal


Tipo de subnivel externo que se llena con electrones


Adaptada de Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Química, R. Chang, Séptima Edición.

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Escribe la configuración electrónica de Mg Mg 12 electrones

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s

1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrones

Forma abreviada [Ne]3s2 ; [Ne] 1s22s22p6

Escribe el conjunto completo de números cuánticos del electrón más externo en Cl Cl 17 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s

1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electrones El último electrón agregado es el del orbital 3p

n = 3 l = 1 ml = -1, 0 ó +1 ms = ½ ó -½


Paramagnético electrones desapareados

2p

Diamagnético electrones apareados

2p

¿cómo reaccionan los átomos a un campo magnético?


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• Resumen:

• En los átomos polielectrónicos (de más de un electrón) la energía depende de n y l.

• A la distribución de los electrones en los orbitales atómicos se le llama configuración electrónica.

• Para construir la configuración electrónica de un átomo se siguen: El principio de exclusión de Pauli, el principio de aufbau (construcción) y la regla de Hund.

• La tabla periodica se divide en bloques de acuerdo a las subcapas que ocupan los últimos electrones de cada átomo.

• Si el átomo tiene electrones desapareados será paramagnético y si no, diamagnético

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