ESTRUCTURA ELECTRNICA Mecnica cuntica Concepto de orbital Niveles y sub-niveles de energa Orden de ocupacin Reglas de Pauli y Hund Electrones internos y de valencia Propiedades magnticas de los tomos Concepto de ion ms probable y de valenciaMECNICA CUNTICA Falencias para predecir el comportamiento en tomos multielectrnicos. No se explicaban la aparicin de ms lneas en el espectro de emisin cuando se aplicaba un campo magntico. Cmo se poda determinar la posicin exacta de una onda? Heisenberg: es imposible conocer con certeza el momento p (masa x velocidad) y la posicin de una partcula simultneamente. Werner Heisenberg fsico alemn(1901-1976)PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE x y p son las incertidumbres en la medicin de la posicin y el momento de la partcula x 4ECUACIN DE SCHRDINGER 1926: Schrdinger, por medio de un desarrollo matemtico complejo, formul una ecuacin que describa el comportamiento y la energa de las partculas sub-atmicas. La ecuacin es anloga a las leyes de Newton del movimiento macroscpico Donde: operador hamiltoniano (tiempo), funcin de onda, E energa 2probabilidad de encontrar al electrn en cierta regin del espacioErwin Schrdinger fsicoaustriaco(1887-1961)

= DESCRIPCIN MECNICO-CUNTICA DEL TOMODE HIDRGENO La ES dictamina los posibles estados energticos que puede ocupar el electrn en el tomo de hidrgeno, e identifica las respectivas . Estos estados energticos y sus respectivas funciones de onda se caracterizan por un conjunto de nmeros cunticos Densidad electrnica: probabilidad de encontrar un electrn en cierta regin del tomo (2). Orbita: Bohr; Orbital Atmico: mecnica cuntica Orbital atmico: zona de mayor probabilidad de encontrar un electrn en el tomo. La ES slo funciona bien para el H, falla para sistemas multielectrnicos. Sin embargo actualmente se han desarrollado mtodos de aproximacin.2NMEROS CUNTICOS Por medio de la ES se obtienen tres nmeros cunticos que describen los orbitales atmicos (OAs) e identifican los electrones que estn dentro.Nmero cuntico principal (n)Puede tomar valores enteros de 1,2,3, etc. Slo en el H n define la energa del orbital. Tambin est relacionado con la longitud promedio del electrn al ncleo. Entre mas grande n, mas grande es la longitud entre un electrn en el orbital respecto del ncleo.Nmero cuntico del momento angular (l)Expresa la forma de los orbitales. Los valores de l dependen del nmero cuntico principal, n. Para cierto valor de n, l tiene todos los valores enteros posibles desde 0 hasta (n-1).Ej: n=1 slo existe un posible valor de l; l= n-1= 1-1= 0n=2; l puede tener dos valores: 0 y 1n= 3; l puede tenertres valores: 0,1,2 Los orbitales que tienen el mismo valor de n se conoce comnmente como nivel o capa. Los orbitales que tienen los mismos valores de n y l se conocen como subnivel o subcapa. Ej: n=2, est formado por dos subniveles, l= 0, y 1 (los valores permitidos para n= 2). Estos corresponden a los subniveles 2s y 2p, donde 2 expresa el valor de n, y s y p se refieren el valor de ll 0 1 2 3 4 5Orbitals p d f g hNmero cuntico magntico (ml) mldescribe la orientacin del orbital en el espacio. Para cierto valor de l existen (2l1) valores enteros de ml, como sigue:-l, (-l1),0,(l-1), lEj: si l= 0, entonces ml = 0Si l=1; ml= -1, 0 y 1Si l=2; ml= -2, -1, 0, 1, 2 El nmero de valores que tenga mlindica el nmero de orbitales presentes en un subnivel con cierto valor de lNmero cuntico de espn del electrn ms Los experimentos con los espectros de emisin de los tomos de sodio e hidrgeno indicaban que las lneas del espectro de emisin se podan separar aplicando un campo magntico Para tomar en cuenta el espn del electrn es preciso aadir un cuarto nmero magntico, conocido como ms, que toma valores de 1/2 y -1/2RELACIN ENTRE NMEROS CUNTICOS YORBITALES ATMICOSn l mlNmero de orbitalesDesignacin de OAs1 0 0 1 1s2 010-1, 0, 1132s2px, 2py, 2pz3 0120-1, 0, 1-2, -1, 0, 1, 21353s3px, 3py, 3pz3dx, 3dyz, 3dxz, 3dx2-y2, 3dz2ORBITALES ATMICOSOrbitales s: Diagramas de contorno de superficie En trminos poco estrictos, existe probabilidad de 90% de encontrar al electrn dentro de una esfera de 100 pm de radio alrededor del ncleo Todos los orbitales s son esfricos pero varan de tamao s aumenta con el incremento del nmero cuntico principal1s 2s 3sOrbitales p: Los orbitales p slo existen cuando n toma un valor de 2 Las letras del subndice sealan los ejes sobre los cuales se orientan los orbitales, 2p: 2px, 2py y 2pz Los tres orbitales p tienen la misma forma, tamao y energa Al igual que los orbitales s, el tamao de los orbitales aumenta desde 2p hasta 3p, 4p y as sucesivamente.Orbitales d: Para un valor de n= 3, existen cinco valores para ml Los orbitales d son: 3dxy, 3dyz, 3dxz, 3dx2-y2y 3dz2 Todos los orbitales 3d de un mismo tomo tienen la misma energa Los orbitales que tienen ms energa que los d, se representan con las letras f y g. Los orbitales f explican el comportamiento de los elementos con nmero atmico mayor que 57. La qumica general no incluye orbitales que tengan valores de l mayores de 3.ENERGA DE LOS ORBITALES La energa del electrn se establece por su nmero cuntico principal Aunque las distribuciones de densidad electrnica no son iguales en los orbitales 2s y 2p, el electrn del tomo de H tendr las misma energa en estos dos orbitales. En estos caso la E del tomo depende tanto de n como de su nmero cuntico de momento angular4s_ 4p_ _ _ 4d_ _ _ _ _ 4f_ _ _ _ _ _ _3s_ 3p_ _ _ 3d_ _ _ _ _2s_ 2p_ _ _1s_Energa 5s_4d_ _ _ _ _4p_ _ _3d_ _ _ _ _4s_3p_ _ _3s_2p_ _ _2s_1s_Energa CONFIGURACIN ELECTRNICA Los 4 nmeros cunticos (n, l, mly ms) son suficientes para identificar por completo un electrn en cual orbital en cualquier tomo. Los NC indica el domicilio de un electrn en un tomo La forma correcta de indicar los 4 NC en un tomo es la siguiente: Los 4 NC para un electrn de un orbital 2s son: n= 2, l= 0, ml= 0, y ms= +1/2 o -1/2; (n, l, mly ms); (2, 0, 0, +1/2) o (2, 0, 0, -1/2) El valor de msno influye en la energa, tamao, forma u orientacin del orbital, pero si determina la distribucin de electrones en el orbital.1s1Nmero de electrones en el subnivelDenota el nmero cuntico del momento angular lDenota el nmero cuntico principalEJEMPLO Escribir los 4 nmeros cunticos para un electrn situado en un orbital 3p.A partir de 3p sabemos que, n= 3 y l= 1 (es un orbital p)Para l= 1, ml= -1, 0, 1 y ms= 1/2 o -1/2 (3, 1, -1, +1/2)(3, 1, 0, +1/2)(3, 1, 1, +1/2)(3, 1, -1, -1/2)(3, 1, 0, -1/2)(3, 1, 1, -1/2)EL PRINCIPIO DE EXCLUSIN DE PAULI No es posible que dos electrones de un tomo tengan los mismos cuatro nmeros cunticos Slo dos electrones pueden coexistir en el mismo orbital atmico, y deben tener espines opuestos Los primeros dos diagramas son imposibles por el principio de exclusin de Pauli La tercera configuracin es posible, porque un electrn tiene los NC: (1, 1, 0, +1/2) y el otro (1, 1, 0, -1/2)He 1s21s21s2Wolfgang Pauli fsicoaustriaco(1900-1958)DIAMAGNETISMO Y PARAMAGNETISMO Paramagntica: son aquellas que contienen espines no apareados y son atradas por un imn. Diamagnticas: no contienen espines no apareados y son repelidas ligeramente por un imnREGLA DE HUND La distribucin electrnica ms estable en los subniveles es la que tiene mayor nmero de espines paralelos La configuracin electrnica del carbono (Z= 6) es: 1s22s22p2 2px2py 2pz 2px2py2pz 2px2py2pz 1s22s22px2py2pz Ninguna viola el PEP Realizar la configuracin electrnica del N, O, F y del NeFrederick Hund fsico alemn(1896-1997)REGLAS GENERALES PARA LA ASIGNACIN DEELECTRONES EN LOS OAS Cada capa o nivel de nmero cuntico principal n contiene n subniveles. Cada subnivel de nmero cuntico l contiene (2l+1) orbitales. Por ejemplo, si l= 1, hay tres orbitales p. Cada orbital admite un mximo de dos electrones. Por tanto, el mximo nmero de electrones es simplemente el doble del nmero de orbitales empleados. De acuerdo con la frmula 2n2es fcil calcular el mximo nmero de electrones que puede tener un tomo en el nivel principal n.EJERCICIOS Cul es el mximo nmero de electrones que es posible encontrar en el nivel principal para el que n= 3?Cuando n= 3, l= 0, 1 y 2El nmero de orbitales para cada valor de l est dado por:Cada orbital puede acomodar dos electrones, y existen nueve orbitales, el nmero total de electrones es 18.Valor de l Nmero de orbitales (2l + 1)0 11 32 5TALLER Un electrn de un tomo est en el nivel cuntico n= 3. Enumere los posibles valores de los subniveles l y ml Indique el nmero total de electrones p en el N (Z=7); electrones s en el Si (Z=14) y electrones 3d en el S (Z=16) Cuntos electrones no apareados existen en cada uno de los siguientes tomos: B, Ne, P, Mn, Se, Kr, Fe, Cd, I. D los valores de los nmeros cunticos asociados a los orbitales: 2p 3s 5d Para cada uno de los siguientes pares de orbitales de un tomo polielectrnico, indique cul orbital tiene menos energa: 2s, 2p 3p, 3d 3s, 4s 4f, 5s D los valores de los nmeros cunticos de un electrn en los siguientes orbitales: 3s, 4p y 3d.