TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PRIMER PARCIAL

Estimados alumnos:

El contenido del trabajo que van a investigar es el siguiente (el formato ya se explicó en clase):

TÍTULO: MECÁNICA CUÁNTICA

1. Definir los términos:
a) Mecánica cuántica.
b) radiación electromagnética
c) espectroscopia y  espectroscopio.

d)cuantos

e) energía de radiación, energía cinética y energía potencial en elátomo.

2.Determinar la energía, longitud de onda y la frecuencia cuando un electrón salta ó pasa de una órbita de número cuántico principal n (2) a otro más pequeño n (1), y su relación con las líneas espectrales.

3. Explicar de manera resumida la relación de la ecuación de Schrodinger con los números cuánticos (n, l, m) y los orbitales atómicos.

4. Distinguir las formas probabilística de los orbitales (s, p, d y f) y su representación espacial. 

5. Investigar el  Principio de exclusión, principio de incertidumbre, principio de complementariedad, Regla De Hund, Principio de edificación de Aufbau, Configuración electrónica y ejemplos.

6. Contestar correctamente los siguientes cuestionamientos (ver: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/celectron.htm)

1. ¿Cuántos electrones poseen los átomos de argón (Ar), de número atómico 18, en su capa o nivel de energía más externo?:

1.  2 electrones
2.  6 electrones
3.  8 electrones
4.  18 electrones

2. ¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas corresponde al átomo de cobre (Cu), de número atómico 29? (En la notación se indican los niveles por números colocados como coeficientes y los índices de las letras indican el número de electrones en ese subnivel):

1.  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4p¹
2.  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s²
3.  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹
4.  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹⁰ 4p²

3. ¿Qué electrones de la corteza de átomo de bromo (Br) influyen más notablemente en sus propiedades químicas?, número atómico 35:

1.  Los del nivel 2
2.  Los del subnivel 3d
3.  Los del orbital 1s
4.  Los del nivel 4

4. ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Li, Na, K y Rb?:

1.  Que poseen un solo electrón en su capa o nivel más externo
2.  Que poseen el mismo número de capas o niveles ocupados por electrones
3.  Que tienen completo el subnivel s más externo
4.  Sus configuraciones electrónicas son muy diferentes y no tienen nada en común

5. ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Ca, Cr, Fe, Cu y Zn? Señala las afirmaciones correctas:

1.  Todos tienen el mismo número de capas o niveles ocupados por electrones
2.  Tienen el mismo número de orbitales ocupados por electrones
3.  Todos tienen el mismo número de electrones en su nivel más externo
4.  Tienen pocos electrones en su nivel más externo

saludos!!

MECÁNICA CUÁNTICA

En la mecánica cuántica, los electrones del átomo están distribuidos en niveles y subnivelesenergéticos. A su vez, los subniveles están compuestos de orbitales, los cuales son ocupados por electrones. Los electrones de los elementos se pueden representar mediante las configuraciones electrónicas.

El uso de la mecánica cuántica ha permitido penetrar profundamente en la estructura electrónica de los átomos. Una vez que estudies la estructura electrónica general de los átomos vas a poder aprender a hacer fórmulas químicas y comprenderás los enlaces y las reacciones químicas.

La posición de los electrones en la tabla periódica permite predecir la configuración de los átomos y de los iones.

La solución matemática de la ecuación de Schrödinger precisa de tres números cuánticos. Cada trío de valores de estos números describe un orbital.

Nº cuántico principal (n): puede tomar valores enteros (1, 2, 3...) y coincide con el mismo nº cuántico introducido por Bohr. Está relacionado con la distancia promedio del electrón al núcleo en un determinado orbital y, por tanto, con el tamaño de este e indica el nivel de energía. Nº cuántico secundario (ℓ): puede tener todos los valores desde 0 hasta n – 1. Está relacionado con la forma del orbital e indica el subnivel de energía. Nº cuántico magnético (mℓ): puede tener todos los valores desde - ℓ hasta + ℓ pasando por cero. Describe la orientación espacial del orbital e indica el número de orbitales presentes en un subnivel determinado.

Para explicar determinadas características de los espectros de emisión se consideró que los electrones podían girar en torno a un eje propio, bien en el sentido de las agujas del reloj, bien en el sentido contrario. Para caracterizar esta doble posibilidad se introdujo el nº cuántico de espín (m_s) que toma los valores de + ½ o - ½.

(n, ℓ, m_ℓ) Definen un orbital

(n, ℓ, m_ℓ, m_s)  Definen a un electrón en un orbital determinado

La configuración electrónica de un átomo es la manera en que están distribuidos los electrones entre los distintos orbítales atómicos.

El conocimiento de las configuraciones electrónicas es fundamental para entender y predecir las propiedades de los elementos.

En el estado fundamental de un átomo, los electrones ocupan orbítales atómicos de tal modo que la energía global del átomo sea mínima.

Se denomina principio de construcción (Aufbau) al procedimiento para deducir la configuración electrónica de un átomo, y consiste en seguir un orden para el llenado de los diferentes orbítales, basado en los diferentes valores de la energía de cada uno de ellos. Para recordarlo se utiliza el diagrama de Möller o de las diagonales, así como la regla de la mínima energía (n+l)..

Además del principio de construcción hay que tener en cuenta:

el principio de exclusión de Pauli: establece que no es posible que dos electrones de un átomo tengan los mismos cuatro números cuánticos iguales. Esto implica que en un mismo orbital atómico sólo pueden coexistir dos electrones con espines opuestos.

 la regla de Hund: establece que si hay más de un orbital en un mismo subnivel, los electrones estan lo más desapareados posibles, ocupando el mayor número de ellos.

 DISTRIBUCIÓN DE ELECTRONES DENTRO DE UN ÁTOMO

DISTRIBUCIÓN DE ELECTRONES POR NIVEL DE ENERGÍA

EJEMPLO DE CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS:

La configuración representa el orden de acomodo de electrones (proceso Aufbau), los cuadros o líneas horizontales, los orbitales moleculares (regla de Hund) y las flechas, el giro del electrón (spin).

El electrón que se acomoda al final de una configuración electrónica recibe el nombre de ELECTRÓN DIFERENCIAL, y la forma como quedan acomodados dará al elemento propiedades y características especiales para reaccionar con otros. Por otra parte, los electrones del último nivel se conocen como ELECTRONES DE VALENCIA, y son los que reaccionarán con electrones de valencia de otros átomos para formación de enlaces químicos y la posible conformación de compuestos.

Ejemplo: Determinar la configuración electrónica del Sodio cuyo número atómico es 11.

1s²  2s²  2p⁶  3s¹

 ^{en este caso el electrón diferencial = electrón de valencia  en}    3s¹

^{es el último que se acomoda en la configuración, pero también ocupa un lugar en el último nivel de energía, que en este caso es el tercero, así que también es el electrón de valencia. Pero no sucede igual en todos los elementos.}

^{Ejemplo. Determinar la configuración electrónica del Hierro cuyo número atómico es 26.Indica cuál es el electrón diferencial y los electrones de valencia.}

^EJERCICIOS:

Consultando en la tabla periódica los respectivos números atómicos, elabora las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos por el principio de Aufbau o edificación progresiva, llenando la siguiente tabla:

ELEMENTO	SIMBOLO	NUM. ATÓMICO	CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA	e- de val
AZUFRE
	Pd
ALUMINIO
		51
BROMO
MERCURIO
	Cu

PARTICULAS SUBATÓMICAS

PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

·                     En todo átomo los electrones están representados por (e−). Los electrones de carga negativa rodean al núcleo, el cual a su vez de compone de protones (carga +) y neutrones (carga cero). El electrón es la partícula más pequeña y su movimiento genera corriente eléctrica. Los electrones que se encuentran en los niveles externos de un átomo son los que definen las atracciones con los demás átomos; estas partículas tienen un papel primordial en la química.

Partículas subatómicas	Símbolo	Carga	Masa relativa
Electrones	(e-)	-1	1/1,837 = 0
Protones	(p+)	+1	1
Neutrones	(n)	0	1

Todo átomo es neutro, ya que tiene el mismo número de protones y de electrones. Debido a que la masa del electrón es prácticamente cero, toda la masa de un átomo está contenida en su núcleo; por lo tanto, el número de masa es la suma de los protones y de los neutrones, y es igual al número de electrones cuando un átomo es neutro. Se representa por la letra (A y se escribe en la parte superior  de un elemento (X).

El número atómico es el número de protones que hay en el núcleo; todos los átomos de un elemento en particular tienen el mismo número de protones. El número atómico  se representa por la letra (Z), en la parte inferior izquierda del símbolo de un elemento representado por (X).

En las partículas de un átomo, el número de protones determina qué elemento es. Así, un elemento que contiene 3 protones en el núcleo es un átomo de litio.

Formación de iones

Se puede producir una entrada de carga llamada ion en un átomo tomando un átomo neutro y adicionándole o sustrayéndole uno o más electrones, por ejemplo:

El sodio (Z = 11) tiene 11 protones (+) y 11 electrones (-), si pierde o cede un electrón tendrá 11 cargas positivas y 10 negativas. Esto forma un ion con carga neta positiva de 1(+):

(11+) + (10-) = 1+   El ion positivo es llamado catión

 Isótopos

En el estudio de la desviación de los átomos se demostró que algunos núcleos del mismo número atómico pueden tener masas diferentes. Los isótopos son átomos de un mismo elemento, pero con distinto número de masa. Los isótopos de un mismo elemento son átomos cuyo núcleo es idéntico en cuanto al número de protones, pero con diferente número de neutrones.

El litio que se encuentra en la naturaleza tiene tres isótopos, indicados de la siguiente manera:

OTRO EJEMPLO:

Todos los elementos químicos que se encuentran en la naturaleza son una mezcla de isótopos; la masa atómica que se encuentra representada en la tabla periódica es un promedio de todas las masas isotópicas naturales, razón por la cual la mayoría no son números enteros.

En nuestros días, las aplicaciones de los isótopos son muy numerosas, principalmente en la química, la biología, la medicina, la arqueología, las ciencias de la tierra, la alimentación, entre otras.

En la medicina se utilizan isótopos radiactivos en las imágenes (rayos x, tomografías) para estudiar la acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardíaca, descubrir las células cancerosas, etc.

En la arqueología el carbono 14 se utiliza para determinar la edad de los objetos de menos de 50.000 años. Existen otros métodos de datación que al hacer uso de diferentes isótopos permiten definir una edad para los acontecimientos, así como describir la historia de la tierra, de su clima y de los seres vivos que la han habitado hasta hoy.

En la industria, los isótopos son útiles para tomar radiografías industriales, por ejemplo, de la estructura de los aviones, la soldadura de oleoductos o para diagnosticar el estado de estructuras de concreto en puentes y edificios, también para verificar el contenido de sustancias químicas en el material en los procesos.

A lo largo de siglos de estudio e investigación, las teorías acerca del átomo han evolucionado hasta los tiempos modernos. Gracias a la ciencia y a la tecnología es posible tener un acercamiento a un modelo atómico cuya composición y estructura explica las incontables formas de materia que componen el universo. ´

ACTIVIDAD:

1. Los átomos de un mismo elemento químico tienen todos en su núcleo el mismo número de

 .

2. Un átomo tiene 12 protones, 13 neutrones y 12 electrones. ¿Cuál es su número atómico?

1.             12

2.             13

3.             24

4.             25

3. Los isótopos oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18, se diferencian en:

1.             El número de protones

2.             El número atómico

3.             El número de neutrones

4.             El número de electrones

4. Un átomo de volframio (W) tiene 74 protones y 108 neutrones. ¿Cuál es su representación adecuada?

5. Señala las afirmaciones correctas:

1.             El número másico de un átomo es la suma del número de protones, neutrones y electrones

2.             Todos los átomos de un mismo elemento químico tienen el mismo número de neutrones

3.             Los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número atómico

4.             Los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número másico

5.             Los isótopos de un elemento químico tienen distinto número de neutrones

6. Completa la siguiente tabla:

	ELEMENTO	SIMBOLO	NÚMERO ATÓMICO	NÚMERO DE ELECTRONES (e-)	MASA ATÓMICA	NÚMERO DE NEUTRONES	NÚMERO DE PROTONES
1	CLORO
2		K
3			14
4				8
5	COBRE
6		F
7							15