Unidad I. Teoría Cuántica Y Estructura Atómica.

Introducción 4 Unidad I. Teoría cuántica y estructura atómica. 5 1.1 El átomo y sus partículas subatómicas 1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos 1.1.2 Radiactividad 1.2 Base experimental de la teoría cuántica. 1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz 1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck. 1.2.3 Efecto fotoeléctrico. 1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales. 1.3 Teoría atómica de Bohr. 1.3.1 Teoría atómica de Bohr-Sommerfeld. 1.4 Teoría cuántica. 1.4.1 Principio de dualidad. Postulado de De Broglie. 1.4.2 Principio de incertidumbre de Heisenberg. 1.4.3 Ecuación de onda de Schrödinger. 1.4.3.1 Significado físico de la función de onda ψ 1.4.3.2 Números cuánticos y orbitales atómicos 1.5 Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos. 1.5.1 Principio de Aufbau o de construcción. 1.5.2 Principio de exclusión de Pauli. 1.5.3 Principio de máxima multiplicidad de Hund. 1.5.4 Configuración electrónica de los elementos y su ubicación en la clasificación periódica. 1.5.5 Principios de Radiactividad 1.6 Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos

UNIDAD I. TEORIA CUÁNTICA Y ESTRUCTURA ATÓMICA. COMPETENCIA ESPECÍFICA DE LA UNIDAD Relacionar y utilizar las bases de la química moderna en su aplicación para el conocimiento de la estructura atómica, orbítales atómicos, configuración electrónica.

1.1 El átomo y sus partículas subatómicas. Dentro de la filosofía de la antigua Grecia, la palabra átomo se empleaba para referirse a la parte más pequeña de materia y era considerada indestructible. Ya entonces, Demócrito (460-370 a.C.) entendía que todas las sustancias existentes son diferentes porque están constituidas por diversos tipos de unidades diminutas, es decir que todos los elementos deberían estar formados por pequeñas partículas que fueran INDIVISIBLES. Átomo, en griego, significa INDIVISIBLE. Hoy día sabemos, que los átomos no son, como creía Demócrito. http://aula2.elmundo.es/aula/laminas/lamina1071138344.pdf

En la actualidad sabemos que el átomo es la parte más pequeña en la que se puede obtener materia de forma estable, ya que las partículas subatómicas que lo componen no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales. De hecho están formados por partículas, llamadas subatómicas, las cuales son. Electrón El electrón es una partícula subatómica que tiene carga negativa, su descubrimiento deriva de los experimentos realizados con Electricidad. El Protón El protón es una partícula cargada positivamente, su estudio se debe en gran parte a Eugene Goldstein quien realizó experimentos con Rayos Catódicos en los cuales se introdujo Hidrógeno gas a baja presión, observando la presencia de Rayos que viajaban en dirección opuesta a los Rayos Catódicos. El llamó a estos “Rayos Positivos” Protones. Se determinó la relación e/m para el protón resultando ser: e/m = +9.5791 x 104 Coulomb/g A los protones se les asignó el símbolo H+ y se determinó que la carga del protón es igual a la del electrón sólo que de signo contrario (+). eH+ = +1.602 x 10-19 Coulomb Así mismo, se determinó la masa del Protón siendo ésta de:

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mH+ = 1.6726 x 10-24 g El Neutrón En 1932 Chadwik determinó mediante el estudio de reacciones nucleares la masa del neutrón, el cual no posee carga (Por eso le llamaron Neutrón) siendo ésta de: mn = 1.6750 x 10-24 g n = neutrón

El núcleo Es la parte central del átomo cargada positivamente: está compuesto principalmente de las partículas fundamentales llamadas protones y neutrones. Los electrones se mueven alrededor del núcleo. El núcleo contiene la mayor parte de la masa

NÚMERO ATÓMICO (Z) Indica el número de protones que tiene un átomo en el núcleo, el cual es igual a la cantidad de electrones, ya que la materia es eléctricamente neutra. La cantidad de protones varía según el elemento. EJEMPLO: EL Magnesio (Mg) tiene Z= 12

NÚMERO DE MASA (A) Es la suma del número de protones y neutrones contenidos en el núcleo. A = Z + N

EJEMPLO: El Sodio (Na) tiene Z = 11 y A = 23, por lo tanto contiene 11 protones, 11 electrones y 12 neutrones. ISÓTOPOS Son átomos de un mismo elemento que contienen el mismo número de protones y electrones, pero diferente número de neutrones. MASA ATÓMICA: Es la masa de un átomo expresada en relación al átomo de carbono-12 (12C).

1.1.1. RAYOS CATÓDICOS Y RAYOS ANÓDICOS En la década de 1890 los científicos estaban interesados en el estudio de la radiactividad, la emisión y transmisión de la energía a través del espacio en forma de ondas, que contribuyeron al conocimiento de las partículas subatómicas que conforman al átomo, las cuales fueron descubierta a través de la realización de varios experimentos que

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permitieron la construcción de modelos que explican cómo son y en donde se encuentran y así poder tener entender su estructura y funcionamiento, por ello a continuación se habla de los mismo e iniciaremos con los rayos catódicos.

Consiste en dos electrodos se encuentran dentro de un tubo sellado de vidrio al que se ha extraído casi completamente el aire. Cuando se aplica un Voltaje alto a través de los electrodos, emerge un haz de rayos desde el electrodo negativo llamado Cátodo hacia el electrodo positivo llamado Ánodo. Estos rayos tienen naturaleza negativa, ya que son repelidos por el extremo negativo de campos eléctricos (Cátodo) y magnéticos (Sur Magnético). En 1891 Stoney les llamó electrones. Finalmente en 1897 Joseph J. Thomson determinó la relación carga/masa (e/m) del electrón estudiando la desviación de los rayos Catódicos por los campos eléctrico y magnético. e/m = -1.75 x 108 coulomb/gramo En 1909 Robert A. Millikan determinó la carga del electrón que resultó ser: e = -1.602 x 10-19 Coulomb Al contar con el valor de e/m y con el de e, fue posible obtener el valor de m (masa del electrón) que resultó ser: me = 9.1096 x 10-28 g

Fig. 1.1 Rayos catódicos

Este experimento demostró la existencia de los rayos catódicos y que se alejaban del cátodo en línea recta ya que en él la parte del ánodo se reflejaba una luz. Por eso se supo que eran de naturaleza negativa.

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Si se introduce en un campo magnético un cátodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa positiva del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa dando origen al descubrimiento del electrón el cual presenta una carga negativa.

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