TEORÍA DE LA CLASE N°1 DE SEMINARIO 2- Química II- Facultad de Ingeniería- UNJu II. ESTRUCTURA ATÓMICA, TABLA PERIÓDICA.UNIONES QUÍMICAS Y ENLACES INTERMOLECULARES. Estructura atómica: Partículas subatómicas. Electrones, protones y neutrones. Número atómico y número másico. Isótopos. Modelo atómico actual. Nociones sobre la teoría de Schrödinger y sus resultados. Números cuánticos. Principio de exclusión de Pauli. Regla de Hund. Principio de estructuración (aufbau). Tabla Periódica. : Tabla periódica moderna. Aplicación del principio de estructuración: configuración electrónica. Período y grupo. Propiedades periódicas seleccionadas: radio atómico, radio iónico, carácter metálico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Naturaleza ondulatoria del electrón. Modelo actual del átomo ( modelo mecánico cuántico) La idea de Einstein de que la luz podía exhibir propiedades tanto de ondas como de partículas sugirió a Louis de Broglie a pensar que las partículas muy pequeñas, como los electrones, también podían exhibir propiedades ondulatorias. Predijo que una partícula de masa m y velocidad v debería tener una longitud de onda asociada con ella. Gracias a los trabajos de De Broglie, Davisson y Germer se sabe que resulta más eficaz tratar los electrones en los átomos como ondas y no como partículas pequeñas y compactas viajando en órbitas circulares o elípticas. La mecánica cuántica se basa en las propiedades ondulatorias de la materia. La cuantización de la energía es una consecuencia de estas propiedades. El Principio de incertidumbre de Heisenberg enuncia que es imposible determinar con exactitud el momento y la posición de un electrón ( o de cualquier otra partícula muy pequeña ) en forma simultánea. Por ésta razón hablamos de la probabilidad de encontrar al electrón en regiones especificadas del espacio. Los átomos y moléculas sólo pueden existir en ciertos estados de energía y para modificar su estado de energía deben absorber o emitir energía. En el modelo atómico de Schrödinger define los electrones como ondas de materia (dualidad onda-partícula). El enfoque matemático de este modelo implica el tratamiento del electrón como una onda estacionaria y se lo caracteriza por una función de onda Ψ usando una una ecuación diferencial de segundo grado, donde aparecen derivadas segundas de Ψ. En el espacio alrededor del núcleo sólo pueden existir ciertas “ondas”. Cada onda permitida recibe el nombre de orbital y corresponde a un estado estable de energía del electrón y se describe mediante una serie de números cuánticos bien definidos. Un orbital atómico es una región del espacio en la que existe una probabilidad grande de encontrar al electrón Ecuación de Schrodinger Cuando se resuelve esta ecuación, se ve que la función depende de unos parámetros que son los números cuánticos ( n, l, ml). Para cada una de las combinaciones permitidas de estos tres números cuánticos existe una función de onda solución de la ecuación de Schrödinger. Paul Dirac volvió a formular la mecánica cuántica electrónica a fin de tomar en cuenta los efectos de la relatividad lo cual dio origen a un cuarto número cuántico: ms. . El cuadrado de la función de ondas corresponde a la probabilidad de encontrar al electrón en una región concreta, lo que nos introduce en el Principio de Heisenberg. Es por esto, que en el modelo de Schrödinger, aparece un concepto para definir la región del espacio en la cual cabría mayor posibilidad de hallar al electrón: el orbital. Entonces según el modelo atómico actual el átomo está formado de la siguiente manera: Y en la tabla periódica los átomos de los diferentes elementos están caracterizados por los siguientes números Los iones son átomos o grupos de átomos que poseen carga neta diferente de cero debido a la pérdida o ganancia de electrones. Pueden ser cationes o aniones CATIÓN ANIONES ÁTOMO NEUTRO Es la existencia de isótopos la razón por la que la masa atómica que figura en la tabla periódica son pesos promedios ponderados. En el siguiente problema se ejemplifica el cálculo: IMPORTANCIA DE LOS NÚMEROS CUÁNTICOS Los números cuánticos son parámetros que describen el estado energético de un electrón y las características de un orbital. Estos números se encuentran relacionados entre sí y la descripción matemática que se le da a cada orbital se encuentra asociado a tres números cuánticos Al conjunto de los cuatro números cuánticos los podemos denotar como sigue: Los tres primeros números cuánticos caracterizan el tamaño, la forma y la orientación del orbital ¿Cómo designamos los niveles de energía? ¿Cuántos orbitales hay en cada nivel de energía? CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA La Configuración Electrónica de los elementos muestra la distribución de todos los electrones de un elemento en los niveles y subniveles energéticos. Para escribir la configuración electrónica se deben cumplir Regla de las diagonales: escribamos configuraciones electrónicas Escribir la Configuración Electrónica del Manganeso (Mn) (átomo neutro) PASO 1: Lo primero que debemos conocer es el Número Atómico (Z) del elemento en cuestión, en este caso, el Manganeso el cual nos indica la cantidad de protones. Al tratarse de un átomo neutro, la cantidad de protones será igual a la cantidad de electrones. PASO 2: El siguiente paso será ubicar la totalidad de los electrones en los orbitales correspondientes utilizando la Regla de las Diagonales. Veamos: El Manganeso (Mn) tiene un número atómico Z=25, es decir, que tiene 25 protones y 25 electrones. Siguiendo la Regla de las Diagonales escribimos la configuración electrónica (CE) del Mn de la siguiente manera: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE UN ANIÓN Y UN CATIÓN ÁTOMO EN ESTADO FUNDAMENTAL, EXCITADO Y PROHIBIDO ( IMPOSIBLE) El estado fundamental se refiere al estado en el que todos los electrones están en los niveles de energía más bajos posibles. El estado de excitación de un átomo se refiere al estado que tiene una energía más alta que el estado fundamental de ese átomo. Los electrones se han movido a un nivel de energía más alto al absorber la energía proveniente del exterior. Los estados prohibidos o imposibles pueden darse por uno u otro motivo ( violación del principio de máxima multiplicidad de Hund, electrones antiparalelos en un mismo orbital…).
