Teoría cuántica y estructura atómica

Química

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Teoría cuántica y estructura atómica

La teoría cuántica nos ayuda a predecir y entender la función que desempeñan los electrones en la química.

Visión de la mecánica cuántica del átomo

Resulta más eficaz tratar los electrones en los átomos como ondas y no como partículas pequeñas y compactas que viajan en orbitas elípticas, esto es gracias a trabajos de Broglie, Davisson, Germer y otros más. Los objetos grandes en movimiento obedecen a las leyes de la mecánica clásica, pero no sucede igual para las partículas pequeñas como los electrones y átomos. La mecánica cuántica que se en propiedades ondulatorias de la materia describen mucho mejor el comportamiento de partículas pequeñísimas y es aquí que surge la cuantización de la energía como una consecuencia de estas propiedades.

Principio de incertidumbre de Heinsenberg

Declara que es imposible determinar con exactitud el momento y la posición de una partícula muy pequeña en forma simultánea. Esto se debe a que las partículas giran alrededor del átomo y no están estáticos.

Ideas básicas de la mecánica cuántica

1. Los átomos y las moléculas solo pueden existir en ciertos estados de energía, En cada estado el átomo o molécula posee una energía definida. Cuando estos cambian su estado deben absorber o emitir energía suficiente para llevarlo a otro estado.
2. Cuando los átomos o moléculas emiten o absorben luz, modifican su energía.
3. Los estados de energía permitidos de los átomos o moléculas pueden describirse mediante los números cuánticos.

Números cuánticos

• N° cuántico principal n, Define la energía del nivel principal donde podría estar el electrón, la distancia media de los electrones al núcleo y el volumen del orbital. Y sus valores son:       n = 1, 2, 3….
• N° cuántico secundario o número cuántico del momento angular l, Define la energía de los subniveles en que se divide cada nivel principal y sus valores van:  desde L= 0 hasta n -1
• N° cuántico magnético ml, Define a los orbitales y representa la posible orientación de los subniveles en el campo magnético del átomo y sus valores son: ml=-1, 0, 1 El valor máximo de ml depende del valor de l.
• N° cuántico spin ms, Indica el sentido de giro del electrón en su movimiento alrededor del átomo y sus valores son: 1/2 que es cuando el giro es en el sentido de las manecillas del reloj y -1/2 cuando es en sentido contrario.

Configuración electrónica

Se refiere a la distribución electrónica de cada átomo, está basada en el número atómico y es fácil de identificarlo porque el numero atómico va de forma creciente si se siguen las filas de arriba hacia abajo. Los electrones siguen una secuencia para formar su configuración electrónica y gracias a esto podemos saber cuántos niveles de energía poseen y como se distribuyen los electrones. En las subcapas con el mismo valor de n + l los electrones se asignan primero a la subcapa con menor valor de n.

Principio de exclusión de Pauli

Dice que dos electrones no pueden tener los mismos cuatro números cuánticos. Dos electrones pueden ocupar el mismo orbital sólo si tienen espines opuestos.

Periodicidad química

Se refiere a algunas propiedades que tienen los elementos químicos, pero que se repiten de forma que forman un patrón. Conocer la periodicidad es importante para comprender los enlaces entre los átomos en compuestos sencillos. Los cambios en estas propiedades dependen de la configuración electrónica, en especial de las configuraciones en la capa más externa ocupada y la lejanía de esta capa del núcleo.

Radio atómico

Se define como la mitad de la distancia entre dos núcleos en moléculas homonucleares (moléculas que están compuestas por un solo elemento).

En una familia de elementos (grupo vertical en la tabla periódica) el radio aumenta de arriba abajo conforme se añaden electrones a las capas mas externas. Conforme recorremos un periodo de izquierda a derecha de la taba, el radio atómico disminuye cada vez que se agrega un protón (partícula subatómica de carga positiva) al núcleo y un electrón a una capa particular.

Energía de ionización

Se conoce como primer potencial de ionización a la cantidad mínima de energía necesaria para separar un electrón de un átomo para formar un ion positivo. En la tabla periódica se observa como aumentan de izquierda a derecha y disminuyen de arriba abajo, aunque, existen excepciones en los grupos 3A y 6A.

Los elementos con baja energía de ionización pierden electrones con facilidad para formar cationes.

Afinidad electrónica

Se define como la cantidad de energía que se absorbe cuando se añade un electrón a un átomo para formar un ion de carga negativa. En la tabla periódica se nota como disminuye de izquierda a derecha y aumenta de arriba abajo, aunque existen muchas excepciones.

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