2 oct 2014

NUMEROS CUANTICOS


OBJETIVO CLASE: Conocer los números cuánticos para elaborar configuraciones electrónicas para la determinación de las características de un elemento.
Existen 7 niveles de energía o capas donde pueden situarse los electrones, numerados del 1, que es el mas interno, hasta el 7, que es el mas externo
 A su vez, cada nivel tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f. 
En cada subnivel hay un número determinado de orbitales que pueden contener, como máximo, 2 electrones cada uno. Así, hay 1 orbital tipo s, 3 orbitales p, 5 orbitales d y 7 del tipo f. De esta forma el número máximo de electrones que admite cada subnivel es: 2 en el s; 6 en el p (2 electrones x 3 orbitales); 10 en el d (2 x 5); 14 en el f (2 x 7).La distribución de orbitales y número de electrones posibles en los 4 primeros niveles se resume en la siguiente tabla: 
La configuración electrónica; en la corteza de un átomo es la distribución de sus electrones en los distintos niveles y orbitales. Los electrones se van situando en los diferentes niveles y subniveles por orden de energía creciente hasta completarlos. Es importante saber cuantos electrones existen en el nivel más externo de un átomo pues son los que intervienen en los enlaces con otros átomos para formar compuestos.
Corteza Electrónica: Niels Bohr en 1913 supuso que la energía electrónica está cuantizada; es decir que los electrones se encuentran en órbitas que absorben o emiten energía cuando se mueven de una órbita a otra. Cada órbita corresponde así a un nivel de energía definido para cada electrón y caracterizado por un número (n) llamado número cuántico principal. Cuando un electrón se mueve de un nivel de energía inferior a uno superior absorbe una cantidad de energía definida y cuando vuelve a caer a su nivel de energía original emite la misma cantidad de energía que absorbió. 
•El número cuántico principal (n): Representa un nivel de energía e indica el tamaño del nivel.  Solo tiene valores enteros positivos y a medida que aumenta n:
•Mayor es el tamaño del orbital
•Mayor tiempo estará el electrón lejos del núcleo
•Mayor es la energía del electrón
•Menor es la atracción del electrón hacia el núcleo
El número máximo de orbitales permitidos en cada nivel se determina con n2
El número máximo de electrones permitidos por cada nivel (n), se puede obtener con la fórmula 2n2
 
•El número cuántico secundario o zimutal (l): Representa un subnivel y determina la forma su forma.  Puede tomar valores de 0 hasta n-1, por lo tanto se calcula con la formula l= n-1. Cada subnivel se designa con una letra de la siguiente manera:
l= 0, designa un subnivel s
l= 1, designa un subnivel p
l=2, designa un subnivel d
l=3, designa un subnivel f

A medida que aumenta el valor de l, la forma del subnivel se va alargando, como se muestra en la imagen,



CAPA O NIVEL
LETRA DEL NIVEL
No. ELECTRONES
1
K
2
2
L
8
3
M
18
4
N
32
5
O
32
6
P
18
7
Q
8

 
•El Número cuántico magnético (m): Representa un orbital y determina su orientación.  Puede tomar valores enteros dese –l hasta +l incluyendo el cero.  Los valores de m se determinan por la fórmula 2l+1
•Cuando l =0, m= 0
•Cuando l =1, m = -1, 0, +1
Cuando l= 2, m= -2, -1, 0, +1, +2


Número cuántico (s) o spin: Indica el giro del electrón y la orientación del campo magnético que este produce y puede tener valores de + ½  y – ½.
 
Principio de exclusión de Pauli :No pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, por lo tanto no puede haber mas de dos electrones en un orbital.

El físico alemán Werner K. Heisenberg es conocido sobre todo por formular el principio de incertidumbre, una contribución fundamental al desarrollo de la teoría cuántica. Este principio afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula.
Regla de máxima multiplicidad de Hund: Se basa en el llenado de orbitales atomicos que tengan igual energía, así podemos decir que existen tres orbitales tipo p, cinco orbitales atómicos tipo d, y siete tipo f. En ellos se van colocando los electrones con spines paralelos en la medida de lo posible. La partícula analizada será más estables ( es decir, tendrá menor energía), cuando los electrones se encuentren en modo desapareado, con espines colocados paralelamente, en cambio poseerá mayor energía cuando los electrones se encuentren apareados, es decir los electrones colocados de manera antiparalela o con espines de tipo opuestos. Para escribir estructuras electrónicas:
1. Se llenan los orbitales de menor energìa posible
2. En cada orbital solo puedne situarse 2 electrones (principio de exclusión de Pauli)
Existen cuatro tipos de configuraciones electrónicas, las cuales se describen a continuación.
 
CONFIGURACION  ESTANDAR: Es la configuración obtenida del diagrama de las diagonales o de Aufbau, es decir se utiliza  la siguiente configuraciòn.  Siguiendo la regla de las diagonales de la imagen anterior obtendremos la siguiente configuración:

1s2 2s2 2p63s2 3p6 4s2  3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6
Cada numero representa el nivel o capa del átomo, cada letra representa el subnivel  y los numeros en superíndice son la cantidad máxima de electrones que puede contener el subnivel.  En la configuración se van sumando dichos superíndices hasta completar la cantidad de electrones que indica el número atómico de algun elemento de la tabla periódica,

Ejemplo: Determinar la configuración electrònica estandar del elemento Silicio (Si), cuyo número atòmico es Z=14.
R= Su configuración electrónica estandar es  1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

CONFIGURACION CONDENSADA:  Los niveles que aparecen llenos en la configuración estándar se pueden representar con un gas noble selecto del grupo VIIl A ( tabla periódica de los elementos), donde el numero atómico del gas coincide con el numero de electrones que llegaron en el ultimo nivel.  En esta configuración se utiliza el Kernel, el cual consiste en utilizar el gas noble con el menor numero de electrones mas cercano y completa con los electrones que faltan. Los gases nobles son He, Ne, Ar ,Kr, Xe y Rn.
TABLA DE LOS GASES NOBLES PARA USAR EL KERNEL


GAS NOBLE O INERTE
NIVEL EN EL QUE SE INICIA
He2
2s2
Ne10
3s2
Ar18
4s2
Kr36
5s2
Xe54
6s2
Rn86
7s2



Ejemplo: Realizar la configuración electrónica del elemento Calcio (Ca), cuyo número atómico es 20.  Utilizar el Kernel.

20Ca: [ Ar18 ]4s2 
El gas noble inmediato anterior al calcio es el Argón, por lo tanto se usa en el Kernel y se continúa con el nivel 4s, de acuerdo con la tabla anterior.

CONFIGURACION DESARROLLADA: Consiste en representar todos los electrones de un átomo empleando flechas para simbolizar el spin de cada uno. El llenado se realiza respetando el principio de exclusión de Pauli y regla de la máxima multiplicidad de Hund.
 

CONFIGURACION SEMIDESARROLLADA: Esta representación es una combinación entre la configuración condensada y la configuración desarrollada. En ella solo se representa los electrones del ultimo nivel de energía.
Ejemplo: Realiza la configuración electrónica del Cromo en su forma semidesarrollada:




Electrones de Valencia: Son los electrones que se encuentran en los mayores niveles de energía del átomo, siendo estos los responsables de la interacción entre átomos de distintas especies; son los que presentan la facilidad de formar enlaces.
Valencia: Es el número de electrones que necesita o que le sobra para tener completo su último nivel. La valencia de los gases nobles, por tanto, será cero, ya que tienen completo el último nivel. En el caso del sodio, la valencia es 1, ya que tiene un solo electrón de valencia, si pierde un electrón se queda con el último nivel completo.  Estos electrones son los que el elemento pone en juego durante una reacción química o para establecer un enlace con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia, por ello se reemplaza a este concepto con el de números de oxidación que a fin de cuentas representa lo mismo.
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