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ESTRUCTURA DE LA
ESTRUCTURA DE LA
MATERIA
MATERIA

1

John Dalton
John Dalton

Para él tenía que cumplirse, ante todo, que los átomos
de un mismo elemento debían tener la misma masa.
Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría Atómica
que podemos resumir:
La materia está formada por partículas muy
pequeñas, llamadas átomos , que son indivisibles e
indestructibles.
Todos los átomos de un mismo elemento tienen la
misma masa atómica.

Los átomos se combinan entre si en relaciones
sencillas para formar compuestos.
Los cuerpos compuestos están formados por
átomos diferentes. Las propiedades del
compuesto dependen del número y de la clase de
átomos que tenga.
2

Joseph John Thomson (1856Joseph John Thomson (18561940)
Físico Británico estudió las propiedades
1940)
especialmente la de los gases.

eléctricas de la materia,

Descubrió que los rayos catódicos
estaban formados por partículas
cargadas negativamente (hoy en
día llamadas electrones), de las
que determinó la relación entre su
carga y masa. En 1906 le fue
concedido el premio Nóbel por sus
trabajos.
Millikan calculó experimentalmente el
valor de la carga eléctrica negativa de un
electrón mediante su experimento con
gotas de aceite entre placas de un
condensador. Dió como valor de dicha
carga e = 1,6 * 10 -19 culombios.

La medida directa del cociente carga-masa, e/m, de los electrones por
J.J.Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el principio
para la compresión actual de la estructura atómica.
3

Thomson define así su modelo de átomo :
Considera el átomo como una gran esfera con
carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen
los electrones como pequeños granitos (de
forma similar a las semillas en una sandía)

Modelo atómico de Thomson
Concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en
la cual están incrustados los electrones .
4

Ernest Rutherford , , (1871-1937)
Ernest Rutherford (1871-1937)

Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester yy
Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester
director del laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge.
director del laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge.
Premio Nobel de Química en 1908. Sus brillantes investigaciones
Premio Nobel de Química en 1908. Sus brillantes investigaciones
sobre la estructura atómica yy sobre la radioactividad iniciaron el
sobre la estructura atómica
sobre la radioactividad iniciaron el
camino a los descubrimientos más notables del siglo. Estudió
camino a los descubrimientos más notables del siglo. Estudió
experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas por los
experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas por los
elementos radiactivos.
elementos radiactivos.
Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la
dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas
metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo
atómico de Thomson, que realizó Rutherford entre
1909-1911.
Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el átomo,
un estudio riguroso de la naturaleza de la desviación debe
proporcionar cierta luz sobre la constitución de átomo,
capaz de producir los efectos observados.
Las investigaciones se produjeron tras el descubrimiento de la
radioactividad y la identificación de las partículas emitidas en un
proceso radiactivo.
5

Experimento para determinar la constitución del
Experimento para determinar la constitución del
átomo
átomo

La mayoría de los rayos alfa atravesaba la
lámina sin desviarse , porque la mayor
parte del espacio de un átomo es espacio
vacío.
Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy
cerca de centros con carga eléctrica del mismo
tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA).

Muy pocos rebotan , porque chocan
frontalmente contra esos centros de
6
carga positiva.

El Modelo Atómico de Rutherford quedó así:
El Modelo Atómico de Rutherford quedó así:
Todo átomo está formado por un
núcleo y corteza.
-

El núcleo, muy pesado, y de muy
pequeño
tamaño,
formado por un
número de protones, donde se concentra
toda la masa atómica .
-

Existiendo un gran espacio vacío
entre el núcleo y la corteza donde se
mueven los electrones .
-

NÚMERO ATÓMICO= número de protones del núcleo
NÚMERO ATÓMICO= número de protones del núcleo
que coincide con el número de electrones si el átomo
que coincide con el número de electrones si el átomo
es neutro.
es neutro.
7

En 1932 el inglés Chadwik al bombardear átomos
con partículas observó que se emitía una nueva
partícula sin carga y de masa similar al protón,
acababa de descubrir el NEUTRÓN
En el núcleo se encuentran los neutrones y los
protones.

- Puesto que la materia es neutra el núcleo deberá tener un número

de cargas positivas protones ( número atómico=Z ) igual al de
electrones corticales.
En el núcleo es donde están también los
neutrones
- Los electrones giran a grandes distancias del núcleo de modo

que su fuerza centrífuga es igual a la atracción electrostática,
pero de sentido contrario. Al compensar con la fuerza electrostática
la atracción del núcleo evita caer contra él y se mantiene girando
alrededor .
8

PARTÍCULAS
PARTÍCULAS

FUNDAMENTALES

FUNDAMENTALES
Carga

Partícula



   +1

unidad
electrostática de
carga = 1,6. 10-19 C

PROTÓN

p+



Masa

1

unidad atómica de
masa
(u.m.a.) =1,66 10-27kg

  0

no tiene carga
eléctrica, es neutro

NEUTRON

n

NÚCLEO = Zona
NÚCLEO = Zona
central del átomo donde
central del átomo donde
se encuentran protones yy
se encuentran protones
neutrones
neutrones

1

unidad atómica de
masa
(u.m.a.) =1,66 10-27 kg

1
1

p

1
0

n

ELECTRÓN
e-

  -1

unidad
electrostática de
carga =-1,6. 10-19C

Muy pequeña y por
tanto despreciable
comparada con la de p+
y n 1/1840 umas

0
−1

CORTEZA =Zona que
CORTEZA =Zona que
envuelve al núcleo donde
envuelve al núcleo donde
se encuentran
se encuentran
moviéndose los
moviéndose los
electrones
electrones

e

Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los
Los protones y neutrones determinan la masa de los átomos y los
electrones son los responsables de las propiedades químicas.
electrones son los responsables de las propiedades químicas.
NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo.
NÚMERO ATÓMICO (Z) al número de protones que tiene un átomo.
Coincide con el número de electrones si el átomo está neutro. Todos los átomos de
Coincide con el número de electrones si el átomo está neutro. Todos los átomos de
un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo tanto, tienen el
un mismo elemento tienen el mismo número de protones, por lo tanto, tienen el
9
mismo número atómico.
mismo número atómico.

NÚMERO MÁSICO (A) aala suma de los protones yylos neutrones que tiene un átomo.
NÚMERO MÁSICO (A) la suma de los protones los neutrones que tiene un átomo.
Es el número entero más próximo aala masa del átomo medida en unidades de masa
Es el número entero más próximo la masa del átomo medida en unidades de masa
atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada).
atómica (la masa de la Tabla periódica redondeada).
ISÓTOPOS aa átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de
ISÓTOPOS átomos de un mismo elemento que se diferencian en el número de
neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número
neutrones. Tienen por tanto el mismo número atómico(Z) pero diferente número
másico(A).
másico(A).
Por ejemplo:

35
17

Cl

Un átomo se representa por:

37
17

Cl

Cuando un elemento está formado
por varios isótopos, su masa
atómica se establece como una
media ponderada de las masas de
sus isótopos

Su símbolo = una letra mayúscula o dos letras, la primera mayúscula que
derivan de su nombre. Ca , H , Li, S, He....
Su número atómico (Z) que se escribe abajo a la izquierda.

A
Z

E

Su número másico (A) que se escribe arriba a la izquierda.
IONES aa átomos oo grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han
IONES átomos grupos de átomos que poseen carga eléctrica porque han
ganado ooperdido electrones. Pueden ser:
ganado perdido electrones. Pueden ser:
CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
CATIONES si poseen carga positiva y, por tanto, se han perdido electrones.
ANIONES si poseen carga negativa yy, ,por tanto, se han ganado electrones.
ANIONES si poseen carga negativa
por tanto, se han ganado electrones.
10

Crítica del modelo de Rutherford:
Crítica del modelo de Rutherford:
Fue fundamental la demostración de la discontinuidad de la materia y
de los grandes vacíos del átomo. Por lo demás, presenta deficiencias
y puntos poco claros:
- Según la ya probada teoría electromagnética de Maxwell, al ser el electrón

una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante ya que
crea un campo magnético y por tanto, perder energía.

Esto debe hacer que disminuya el radio de su órbita y el electrón terminaría por
caer en el núcleo; el átomo sería inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar
el problema planteando, para un electrón, que la fuerza electrostática es igual a
la centrífuga debe haber algo más.
-Era conocida en el momento de diseñar su teoría la hipótesis de Planck que no
era tuvo en cuenta.
-Tampoco es coherente con los resultados de los espectros atómicos.
Los experimentos de Rutherford eran definitivos, pero el
planteamiento era incompleto y lógicamente, también los
cálculos.
11

..

LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
•

Una onda electromagnética consiste en la oscilación de un campo eléctrico y
otro magnético en direcciones perpendiculares, entre sí, y a su vez,
perpendiculares ambos a la dirección de propagación.

•

Viene determinada por su frecuencia (ν ) y por su longitud de onda (λ )
relacionadas entre sí por:

λλ =LONGITUD DE
=LONGITUD DE

ONDA: distancia entre
ONDA: distancia entre
dos puntos consecutivos
dos puntos consecutivos
de la onda con igual
de la onda con igual
estado de vibración
estado de vibración

c
ν =
λ

C= velocidad de
C= velocidad de
propagación de la luz
propagación de la luz
=3.10 88 m/s
=3.10 m/s

ν ==FRECUENCIA:
ν FRECUENCIA:

número de oscilaciones
número de oscilaciones
por unidad de tiempo
por unidad de tiempo

Propagación
ondulatoria

λ

12

Espectro continuo de la luz es la descomposición de la luz en todas su
longitudes de onda mediante un prisma óptico.

ν
λ

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:Es el conjunto de todas las
radiaciones electro-magnéticas desde muy bajas longitudes de ondas
(rayos γ 10–12 m) hasta kilómetros (ondas de radio)

13

Espectro atómico de
Espectro atómico de
absorción
absorción

Espectro de absorción: se obtiene
cuando un haz de luz blanca
atraviesa una muestra de un
elemento y, posteriormente, la luz
emergente se hace pasar por un
prisma (que separa la luz en las
distintas
frecuencias
que
la
componen)

Espectro de absorción

Cuando la radiación atraviesa
un gas, este absorbe una
parte, el resultado es el
espectro continuo pero con
rayas negras donde falta la
radiación absorbida.

14

ESPECTRO DE
ESPECTRO DE
EMISIÓN obtiene cuando
EMISIÓN
emisión: se

Espectro de
una muestra gaseosa de un
elemento se calienta hasta altas temperaturas y se hace pasar la luz emitida a
través de un prisma
Cuando a los elementos en estado
gaseoso se les suministra energía
(descarga eléctrica, calentamiento...)
éstos emiten radiaciones de
determinadas longitudes de onda.

Estas radiaciones dispersadas en un
prisma de un espectroscopio se ven
como una serie de rayas, y el conjunto
de las mismas es lo que se conoce como
espectro de emisión.

Espectro de emisión

15

El espectro de emisión de un elemento es el negativo del espectro de absorción:
a la frecuencia a la que en el espectro de absorción hay una línea negra, en el de
emisión hay una línea emitida ,de un color, y viceversa

Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un
Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un
modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de
modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de
cada elemento ..
cada elemento
16

TEORÍA CUÁNTICA DE
TEORÍA CUÁNTICA DE
PLANCK
PLANCK

La teoría cuántica se refiere a la
energía:
Cuando una sustancia absorbe o emite energía, no
puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de
energía, sino que definimos una unidad mínima de
energía, llamada cuanto (que será el equivalente en
energía a lo que es el átomo para la materia).
O sea cualquier cantidad de energía que se emita o
se absorba deberá ser un número entero de
cuantos.

Cuando la energía está en forma de radiación electromagnética (es decir, de una
radiación similar a la luz), se denomina energía radiante y su unidad mínima recibe
el nombre de fotón. La energía de un fotón viene dada por la ecuación
de Planck:
E = h ·· ν
E = h ν
h: constante de Planck = 6.62 · 10-34 Joule · segundo
ν : frecuencia de la radiación
La materia y la energía son discontínuas
18

Cátodo

Ánodo

EL EFECTO
EL EFECTO
FOTOELÉCTRICO
FOTOELÉCTRICOelectrones por la superficie de
• Consiste en la emisión de
un metal cuando sobre él incide luz de frecuencia
suficientemente elevada

Electrones

• La luz incide sobre el cátodo (metálico) produciendo la
emisión de e− que llegan al ánodo y establecen una
corriente que es detectada por el amperímetro
• La física clásica no explica que la energía cinética
máxima de los e− emitidos dependa de la frecuencia de
la radiación incidente, y que por debajo de una
frecuencia llamada frecuencia umbral, no exista
emisión electrónica

• Einstein interpretó el fenómeno aplicando el principio de conservación de la energía y
la teoría de Planck:

h ν = h ν 0 + Ec
h ν es la energía luminosa que llega al metal, Ec es la energía cinética
máxima del electrón emitido y h ν 0 es la energía mínima, energía umbral
(trabajo de extracción) para desalojar al electrón de la superficie metálica

19

MODELO ATÓMICO DE BÖHR. (En qué se basó)
MODELO ATÓMICO DE BÖHR. (En qué se basó)
El modelo atómico de Rutherford llevaba a
unas conclusiones que se contradecían claramente
con los datos experimentales.
La teoría de Maxwell echaba por tierra el
sencillo planteamiento matemático del modelo de
Rutherford.
El estudio de las rayas de los espectros
atómicos permitió relacionar la emisión de
radiaciones de determinada “λ ” (longitud de
onda) con cambios energéticos asociados a
saltos entre niveles electrónicos.

La teoría de Planck le hizo ver que la energía no era algo continuo sino que
estaba cuantizada en cantidades hν.
20

MODELO ATÓMICO DE BÖHR
MODELO ATÓMICO DE BÖHR
Primer postulado:
El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía
radiante llamadas ÓRBITAS ESTACIONARIAS . Cuando el átomo se
encuentra en ésta situación se dice que está en ESTADO
ESTACIONARIO y si ocupa el nivel de energía más bajo se dice que
está en ESTADO FUNDAMENTAL .
Así, el primer postulado nos indica que el
electrón no puede estar a cualquier distancia
del núcleo, sino que sólo hay unas pocas
órbitas posibles, las cuales vienen definidas
por los valores permitidos para un
parámetro que se denomina número
cuántico principal n.
Segundo postulado:
Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el
electrón tiene un momento angular que es
múltiplo entero de h /(2 · π)
Momento angular: L= r.m.v

21

r=radio de la órbita, m=masa del electrón y v= velocidad que lleva el

h
rmV = n
2π

rn =

n

mV 2
Fc =
r

2

2

mV
kq
= 2
r
r

kq 2
Fe = 2
r

h
2πmv
cuántico principal

n = número

radio de la órbita
de Planck=6,62.10 -34 J.s

r =
h = cte

k = Cte de Coulomb
• En las órbitas ESTACIONARIAS los electrones se mueven sin perder energía
m = masa del e-

q =

carga del eLos radios de las órbitas están cuantizados ( su valor depende
V=velocidad del electrón en la 22
de n)
órbita

RH
E =− 2
n

Rh = cte Rydberg = 2,180·10-18 J
n = número cuántico principal ,número entero (1,2,3....)

Tercer Postulado
La energía liberada al caer el electrón desde una órbita a otra de menor energía
se emite en forma de fotón, cuya frecuencia viene dada por la ecuación de
Planck:

E a -- E b = h ·· ν
Ea Eb = h ν
Un electrón podrá saltar de una órbita a otra absorbiendo o emitiendo la
energía necesaria, que corresponde a la diferencia energética de las
órbitas.
Así, cuando el átomo absorbe (o emite) una radiación, el electrón pasa a una
órbita de mayor (o menor) energía, y la diferencia entre ambas órbitas se
corresponderá con una línea del espectro atómico de absorción (o de emisión).
23

Niveles permitidos según el modelo de Bohr
Niveles permitidos según el modelo de Bohr

((calculados para el átomo de hidrógeno))
calculados para el átomo de hidrógeno

Energía

n=∞
n=5
n=4

E= 0J
E = –0,87 · 10–19 J
E = –1,36 · 10–19 J

n=3

E = –2,42 · 10–19 J

n=2

E = –5,43 · 10–19 J

n=1

E = –21,76 · 10–19 J
24

•Si un electrón asciende desde una órbita ni a otra de mayor energía nj debe absorber una
∆E = E(nj) – E(ni)
cantidad de energía igual a:
•Si un electrón desciende desde una órbita nj a otra de menor energía ni, la
diferencia de energía ∆E = E(nj) – E(ni) se emite en el salto

La energía intercambiada por un electrón en un salto puede adoptar la forma de
radiación electromagnética, que puede considerarse una onda o un chorro de
partículas llamadas fotones cuya energía es proporcional a la frecuencia de
radiación (ν):
E
= = hc
hν
λ
Según el valor de su
longitud de onda, las
radiaciones
electromagnéticas
se dividen en: rayos
gamma, rayos X,
ultravioleta,
visible,
infrarrojo,
microondas, ondas de
radio
25

•Si un electrón asciende desde una órbita ni a otra de mayor energía nj debe absorber una
∆E = E(nj) – E(ni)
cantidad de energía igual a:
•Si un electrón desciende desde una órbita nj a otra de menor energía ni, la
diferencia de energía ∆E = E(nj) – E(ni) se emite en el salto
La energía intercambiada por un electrón en un salto puede adoptar la forma de radiación
electromagnética, que puede considerarse una onda o un chorro de partículas llamadas
fotones cuya energía es proporcional a la frecuencia de radiación (ν):
E
hν

•Los espectros de
absorción
se
originan cuando los
electrones absorben
la energía de los
fotones y ascienden
desde un nivel (ni)
hasta otro de mayor
energía (nj)

= = hc
λ

El modelo atómico de Bohr
explica satisfactoriamente el
espectro del átomo de
hidrógeno

26

•Los espectros de emisión se deben a las radiaciones emitidas cuando un
electrón “excitado” en un nivel alto (nj) desciende a otro nivel de energía
inferior (ni)

•La conservación de la energía exige que la energía del fotón absorbido o

emitido sea igual a la diferencia de energía de las órbitas entre las que se
produce el salto del electrón

∆ E = E( n j ) − E( ni ) = hν

•Sólo se emiten fotones cuya energía coincide con la diferencia de energía entre

dos niveles permitidos: por ello, el espectro consta solo de determinadas
frecuencias,ν, que verifican:

ν=

E( n j ) − E( ni )
h

27

De acuerdo con el modelo de Bohr, la energía de las diferentes órbitas viene dada por:

E( n ) =

RH
n2

Por tanto, las frecuencias de las líneas del espectro satisfacen la ecuación:

RH  1 1 
ν =  2 − 2
h  ni n j 


Que coincide con la fórmula obtenida experimentalmente por los
espectroscopistas para el espectro del hidrógeno
Los espectroscopistas habían calculado y estudiado a fondo las rayas del
espectro atómico más sencillo, el del átomo de hidrógeno. Cada uno estudió
un grupo de rayas del espectro.

28

•

•

•
•
•

Serie Balmer hasta
n=2: aparece en la zona
visible del espectro.
Serie Lyman hasta
n=1: aparece en la zona
ultravioleta del
espectro.
Serie Paschen Aparecen
en la zona
n=3
infrarroja
Serie Bracket
del
n=4
espectro
Serie Pfund
n=5

29

MECÁNICA
MECÁNICA
CUÁNTICA.
CUÁNTICA.
La mecánica cuántica surge ante la imposibilidad de dar una explicación satisfactoria,
con el modelo de Bohr, a los espectros de átomos con más de un electrón
Se fundamenta en dos hipótesis
• La dualidad onda corpúsculo
De Broglie sugirió que un electrón
puede mostrar propiedades de onda.
La longitud de onda asociada a una
partícula de masa m y velocidad v,
viene dada por
λ=

h
mv

donde h es la constante de Planck

• Principio de incertidumbre de Heisenberg
Heisenberg propuso la imposibilidad de
conocer con precisión, y a la vez, la
posición y la velocidad de una partícula.
Se trata al electrón como una onda y se
intenta determinar la probabilidad de
encontrarlo en un punto determinado del
espacio

Cada electrón tenía
una órbita fijada. La
probabilidad de
encontrarlo en una
órbita de radio ro es
del 100%
Modelo de Bohr

La probabilidad
de encontrar al
electrón en una
órbita de radio r
es máxima
cuando r = ro

30

Modelo cuántico

ORBITAL
ORBITAL
Un orbital es una solución de la ecuación de ondas aplicada a un átomo.
Determina la región del espacio en el átomo donde hay una probabilidad
muy alta de encontrar a los electrones
La función de onda no permite saber en qué punto del espacio se encuentra el
electrón en cada momento, pero sí la probabilidad de encontrarlo en una región
determinada
La probabilidad de encontrar al
electrón dentro de la región dibujada
es del 90%
Mientras que en el modelo de Bohr cada
nivel corresponde a una única órbita,
ahora puede haber varios orbitales
correspondientes a un mismo nivel
energético
En el átomo de hidrógeno hay n2 orbitales en el nivel de energía n-ésimo. Al
valor n se le denomina número cuántico principal
31

ORBITALES Y NÚMEROS
ORBITALES Y NÚMEROS
CUÁNTICOS
CUÁNTICOS los n2 orbitales del nivel n dejan de tener todos
En átomos polielectrónicos,
la misma energía y se separan en diferentes subniveles
• El número de subniveles que hay en un nivel depende del valor de n

para n=1 (primer nivel de energía principal) ⇒ un subnivel
para n=2 (segundo nivel de energía principal) ⇒ dos subniveles
para n=n (n-ésimo nivel de energía principal) ⇒ n subniveles
• Los distintos subniveles se diferencian por medio de un parámetro, denominado número
cuántico secundario, l, y se nombran mediante una letra
para n = 1 ⇒ l=0 ⇒ letra s
para n = 2 ⇒

l=0 ⇒ letra s

⇒ letra p
l=0 ⇒ letra s
para n = 3 ⇒ l=1 ⇒ letra p
l=2 ⇒ letra d

l=1

Al pasar de Z=1 a Z>1, el nivel de energía n se separa en n subniveles. El número de
orbitales en un subnivel dado es igual a (2L + 1)

32

Nomenclatura de los subniveles
Valor de l

0

1

2

3

Letras

s

p

d

f

33

Número cuántico secundario o azimutal (L):
Número cuántico secundario o azimutal (L):
corrección de Sommerfeld
corrección de Sommerfeld
El desdoblamiento de algunas rayas espectrales observado con las mejoras
técnicas de algunos espectroscopios llevó a la necesidad de justificar estas
nuevas rayas y por tanto de corregir el modelo de Bohr.
En 1916, Sommerfeld modificó el modelo de Böhr considerando que las órbitas del
electrón no eran necesariamente circulares, sino que también eran posibles órbitas
elípticas; esta modificación exige disponer de dos parámetros para caracterizar al electrón.
Una elipse viene definida por dos parámetros, que son los valores de sus semiejes mayor y
menor. En el caso de que ambos semiejes sean iguales, la elipse se convierte en una
circunferencia.

Así, introducimos el número cuántico secundario o azimutal (l), cuyos valores permitidos
son: L= 0, 1, 2, ..., n – 1
Por ejemplo, si n = 3, los valores que puede tomar L serán: 0, 1, 2

34

Número cuántico magnético
Número cuántico magnético
(m).
(m).

El efecto Zeemann se debe a que cualquier carga eléctrica en movimiento crea un
campo magnético; por lo tanto, también el electrón lo crea, así que deberá sufrir la
influencia de cualquier campo magnético externo que se le aplique. Aplicando un campo
magnético a los espectros atómicos las rayas se desdoblan lo que indica que deben existir
diferentes orientaciones posibles .
Indica las posibles orientaciones en el espacio que puede adoptar la órbita del electrón
cuando éste es sometido a un campo magnético externo (efecto Zeemann). Valores
permitidos: - L, ..., 0, ..., + L
Por ejemplo, si el número cuántico secundario vale L= 2, los valores permitidos para m
serán: -2, -1, 0, 1, 2

Número cuántico de espín (s).
Número cuántico de espín (s).
Indica el sentido de giro del electrón en torno a su propio eje. Puede tomar sólo dos
valores para el electrón: +1/2, -1/2.

35

número cuántico secundario o azimutal (l)
número cuántico secundario o azimutal (l)
número cuántico magnético (m)
número cuántico magnético (m)
número cuántico de espín (s)
número cuántico de espín (s)
Cada electrón viene determinado por 4 números cuánticos: n, L, m y s (los tres
primeros determinan cada orbital, y el cuarto “s” sirve para diferenciar a cada uno
de los dos e– que componen el mismo).
Los valores de éstos son los siguientes:

n = 1, 2, 3, 4, ...

(nº de capa o nivel)

l = 0, 1, 2, ... (n – 1)

(forma del orbital o subnivel)

m = – l, ... , 0, ... L

(orientación orbital o orbital)

s=–½,+½

(spín rotación del electrón )
36

1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f

n
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4

l
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3

m
0
0
–1,0,1
0
–1,0,1
–2, –1,0,1,2
0
–1,0,1
–2, –1,0,1,2
–3,–2, –1,0,1,2,3
37

s
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2
±1/2

MODELO ACTUAL
MODELO ACTUAL

El átomo está formado por un núcleo
donde se encuentran los neutrones y los
protones y los electrones giran alrededor
en diferentes orbitales.

ORBITAL: ZONA DEL ESPACIO EN TORNO AL NÚCLEO DONDE LA
POSIBILIDAD DE ENCONTRAR AL ELECTRÓN ES MÁXIMA
Los electrones se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para situar dos de ellos:
• 1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–)
2
ss 2
• 2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)
6
• 3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)
pp 6
5 orb. “d” (10 e–)
10
dd 10
–
–
• 4ª capa: 1 orb. “s” (2 e ) + 3 orb. “p” (6 e )
f 14
5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–)
f 14
• Y así sucesivamente…
Primero se indica el nivel que es el número cuántico principal n
Los valores del número cuántico L (subnivel) indican la letra del orbital que
corresponde: (L=0 es s ; L=1 es p ; L=2 es d ; L=3 es f)
Los valores de m indican los diferentes orbitales que caben en cada subnivel.
En cada orbital solo caben dos electrones uno girando de un lado y otro del
otro+1/2 y –1/2 número de spin

38

LA FORMA DE LOS
LA FORMA DE LOS
ORBITALES
ORBITALES

• Orbitales s (l=0)
- tienen forma esférica
- la probabilidad de encontrar al
electrón es la misma en todas las
direcciones radiales
- la distancia media del electrón al
núcleo sigue el orden 3s > 2s > 1s

• Orbitales p (l=1)
- tienen forma de elipsoides de revolución y se diferencian sólo en la orientación en el
espacio
- un electrón que se encuentre en un orbital px pasa la mayor parte del tiempo en las
proximidades del eje X. Análogamente ocurren con py y pz
- los tres orbitales np tienen igual forma y tamaño

39

• Orbitales d (l=2)

- tienen forma de elipsoides de revolución
- tienen direcciones y tamaños distintos a los p

El valor de n afecta al tamaño del orbital, pero no a su
forma. Cuanto mayor sea el valor de n, más grande es
el orbital

40

LA ENERGÍA DE LOS
LA ENERGÍA DE LOS
ORBITALES.
ORBITALES.
de un orbital depende de los valores

La energía
de los números cuánticos
principal y secundario pero no del magnético, por tanto todos los orbitales de un
mismo subnivel tienen la misma energía
Los orbitales vacíos tienen unos niveles energéticos definidos primeramente
por el número cuántico principal y luego por el secundario
Conforme se van llenando de electrones, la repulsión entre estos modifica la
energía de los orbitales y todos disminuyen su energía (se estabilizan) al
aumentar Z, pero unos más que otros, y esto origina que su orden energético no
sea constante

41

La energía de un orbital perteneciente a un átomo polielectrónico no es única. Sin
embargo, en referencia a su sucesivo llenado, el orden de energía a utilizar es el
siguiente:

Regla de llenado de Hund: la energía de un orbital en orden a su
llenado es tanto menor cuanto más pequeña sea la suma (n+l).
Cuando hay varios orbitales con igual valor de n+l, tiene mayor
energía aquel que tenga menor valor de n
42

COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN DIAGRAMA DE ENERGÍA
COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN DIAGRAMA DE ENERGÍA
Se siguen los siguientes principios:
• Principio de mínima energía (aufbau)
• Principio de máxima multiplicidad (regla de Hund)
• Una vez colocados se cumple el principio de exclusión de Pauli.

•
•

Principio de mínima
energía (aufbau)
•
Principio de máxima
multiplicidad (regla
de Hund)

Principio de exclusión
de Pauli.

•

Se rellenan primero los niveles con menor energía.
No se rellenan niveles superiores hasta que no
estén completos los niveles inferiores.
Cuando un nivel electrónico tenga varios orbitales con
la misma energía, los electrones se van colocando lo
más desapareados posible en ese nivel electrónico.
No se coloca un segundo electrón en uno de dichos
orbitales hasta que todos los orbitales de dicho nivel
de igual energía están semiocupados (desapareados).

“No puede haber dos electrones con los cuatro
números cuánticos iguales en un mismo átomo”
43

Orbitales
Elemento

1s 2s 2px 2py 2pz 3s

Configuración electrónica

H

1s1

He

1s2

Li

1s2 2s1

Be

1s2 2s2

B

1s2 2s2 2p1

C

1s2 2s2 2p2

N

1s2 2s2 2p3

O

1s2 2s2 2p4

F

1s2 2s2 2p5

Ne

1s2 2s2 2p6

Na

1s2 2s2 2p6 3s1

44

Energía

6p
5d

6s

4 f

5p
4d

5s

4s

4p

3d

ORDEN EN QUE
ORDEN EN QUE
SE RELLENAN
SE RELLENAN
LOS ORBITALES
LOS ORBITALES

3p
3s

2s

1s

2p

n = 1;; ll = 0;; m = 0;1;s= = ½½
4;
3;
;
;
+ ;1; s – +
s
n = 2; = 1; m = – 2; === – ½
4;
3;
2;
1; 2;
2;
1;
0;
+ s ++
– ;s = – –
0;2; s + ½
45

Se llama CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA de un átomo aala distribución de
Se llama CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA de un átomo la distribución de
sus electrones en los diferentes orbitales , ,teniendo en cuenta que se van llenando en
sus electrones en los diferentes orbitales teniendo en cuenta que se van llenando en
orden creciente de energía yysituando 22electrones como máximo en cada orbital . .
orden creciente de energía situando electrones como máximo en cada orbital

1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4d 4p 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p
LA TABLA PERIÓDICA SE ORDENA SEGÚN EL NÚMERO ATÓMICO,
como es el número de protones pero coincide con el de electrones
cuando el átomo es neutro, la tabla periódica queda ordenada según
las configuraciones electrónicas de los diferentes elementos.

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