Download 1. Números cuánticos

PPTCTC046TC33-A17V1
Clase
Números cuánticos y configuración
electrónica
Resumen de la clase anterior
MCModelo atómico
ME
Átomo
divisible en
Protón
Neutrón
Electrón
Carga: +1
Carga: 0
Carga: – 1
Masa: 1
Masa: 1
Masa: 1/1840
Núcleo
Electrósfera
Aprendizajes esperados
•
Conocer los números cuánticos.
•
Trabajar con la configuración electrónica.
•
Relacionar los números cuánticos con la configuración electrónica.
Páginas del libro
desde la 37 a la 42
Mecánica cuántica en la cultura popular
El modelo atómico vigente en la actualidad se basa en principios de la mecánica
cuántica, emanados del mundo de la Física. Se trata de principios complejos y
muchas veces poco intuitivos que han sido recogidos por la cultura popular.
En 1935 Erwin Schrödinger intentó explicar la superposición de estados en
partículas subatómicas mediante un experimento imaginario con un gato: el
famoso gato de Schrödinger.
El gato de Schrödinger: dentro de la caja el
gato está a la vez vivo y muerto. Si se abre
la caja, solo puede estar vivo o muerto.
El cine ha recogido esta idea de los universos
paralelos.
Se busca “vivo y
muerto”.
Doodle en honor al natalicio de Schrödinger
el 12/08/2013
Gato de Schrödinger y Teoría de universos paralelos:
los gatos vivos y muertos existen en distintas
ramificaciones del universos. Ambos son reales, pero
no pueden interactuar entre sí.
1. Números cuánticos
2. Configuración electrónica
3. Reglas que rigen la configuración
electrónica
Introducción
La ecuación de onda de Schrödinger es la base de la
mecánica cuántica. Su origen se sitúa en la hipótesis
de De Broglie, y el principio de incertidumbre de
Heisenberg, junto con la hipótesis de Planck.
De la ecuación se obtienen funciones de onda,
que indican la probabilidad de existencia de los
electrones en una región delimitada del
espacio.
Las variables de la ecuación son los números
cuánticos.
¿Cuáles
son estas
hipótesis y
principios?
1. Números cuánticos
De la ecuación de Schrödinger emergen naturalmente cuatro números:
1.1 Número cuántico principal o energético, n
• Indica la energía de los orbitales.
• Permite establecer el tamaño del orbital.
n = 1, 2, 3, 4,…, ∞
1. Números cuánticos
1.2 Número cuántico secundario o azimutal, l
• Indica la forma de los orbitales.
• Depende del valor de n, desde 0 hasta (n – 1).
¿ Cómo es el
valor de l en
relación con n?
Valor l 0 1 2 3
Tipo
orbital
s p d
f
Orbital s
Orbital p
1. Números cuánticos
1.2 Número cuántico secundario o azimutal, l
Orbital d
Orbital s
Orbital p
¿ Cómo
representarías un
orbital p ubicado
Orbital f
en un nivel mayor?
1. Números cuánticos
1.3 Arquitectura electrónica
1.
2.
Los subniveles se designan por las letras minúsculas s, p, d y f.
Subnivel
Forma
Número de
orbitales
Capacidad
máxima de e–
s
Esférica
1
2
p
Elíptica
3
6
d
Roseta
5
10
f
No
determinada
7
14
Los niveles de energía están formados por uno o más subniveles.
Nivel
Número de
Subniveles
Número de
orbitales
s
p
d
1
1
1
2
2
1
3
3
3
1
3
5
4
4
1
3
5
Número máximo de
e– (2n2)
f
2
8
18
7
32
1. Números cuánticos
1.4 Número cuántico magnético, m
• Indica la orientación espacial de los orbitales.
¿ Cuáles serán
los valores
• Presenta valores enteros desde – l hasta + l, incluyendo
el 0. de m
para los orbitales
Orbital tipo s (l = 0)
0
de tipo f?
Orbital tipo p (l = 1)
Orbital tipo d (l = 2)
–2
–1
0
+1
–1
0
+1
+2
m = -2
m=0
m = +1
m = -1
m=0
m = +1
m = -1
m = +2
1. Números cuánticos
1.5 Número cuántico de espín, s
• Determina el giro del electrón sobre
sí mismo.
• Puede tomar solo dos valores: +1/2
y –1/2.
Si
↑
→ s = +1/2
Si
↑↓
→ s = –1/2
Antes de continuar, dirígete a la página 12 de tu guía y realiza la actividad
propuesta.
Indica qué es cada número cuántico en una o dos palabras.
n
ℓ
m
s
Ejercicio 6
“Guía del alumno”
Ejercitación
MC
¿Cuáles son los valores de los números cuánticos n y l de un electrón ubicado en el orbital 3s?
A)
B)
C)
D)
E)
n=2yl=0
n=3yl=1
n=3yl=0
n=0yl=3
n=1yl=0
3s
Nivel de energía
¿A qué número
cuántico
corresponde?
C
Aplicación
Tipo de orbital
¿A qué número
cuántico
corresponde?
¿Cuál es su
valor?
¿ Qué valores
podrían tomar m y s?
Número cuántico
principal
¿Qué indica?
Número cuántico
secundario
¿Qué representa?
l=0
l=1
l=2
l=3
2. Configuración electrónica
Permite la completa descripción de la estructura de la nube electrónica.
Corresponde a una versión resumida de los números cuánticos de todos
los electrones presentes en un átomo.
Configuración electrónica para 11 electrones
11Na
1s2 2s2 2p6 3s1
Números cuánticos para el último en = 3 l = 0 m = 0 s = +½
2. Configuración electrónica
2.1 Configuración electrónica abreviada
Las configuraciones electrónicas se pueden escribir abreviadas, utilizando la
configuración del gas noble más cercano.
¿Qué característica
tienen las
configuraciones
electrónicas de los gases
nobles?
Ejemplos: Mg (Z = 12): [Ne]3s2
Electrones internos
entre corchetes “[ ]”
Be (Z = 4): [He]2s2
Electrones de valencia
fuera de la configuración de
gas noble.
¿Qué son los
electrones de
valencia?
3. Reglas que rigen la configuración
electrónica
3.1 Principio de exclusión de Pauli
En un átomo no pueden existir dos electrones con el mismo conjunto de
números cuánticos.
¿En qué se
diferenciarán
estos dos e–?
Ejemplo:
Se tienen dos elementos: K y Ca.
K (Z = 19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
Los cuatro números cuánticos son:
n
l
m
s
4
0
0
+1/2
Ca (Z = 20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Los cuatro números cuánticos son:
n
l
m
s
4
0
0
– 1/2
3. Reglas que rigen la configuración
electrónica
3.2 Principio de mínima energía
Los electrones ocupan los orbitales de menor
energía y, progresivamente, se van llenando los
orbitales de mayor energía.
De acuerdo a este principio, la configuración
electrónica de un átomo se establece de acuerdo
a la secuencia:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d
5p 6s…
3. Reglas que rigen la configuración
electrónica
3.3 Regla de máxima multiplicidad de Hund
Las partículas subatómicas son más estables (tienen
menor
energía)
cuando
presentan
electrones
desapareados (espines paralelos).
¿Cómo serían las
Elementos
configuraciones del
C y el N si no se
Li
cumpliera esta
regla?
Be
N°electrones
Diagrama orbitales
Configuración
electrónica
3
1s22s1
4
1s22s2
B
5
1s22s22px1
C
6
1s22s22px12py1
N
7
1s22s22px12py12pz1
Ne
10
1s22s22px22py22pz2
Na
11
1s22s22p63s1
Ejercicio 17
“Guía del alumno”
Ejercitación
MTP
Con relación a la siguiente configuración electrónica asociada al hierro (Z = 26):
[Ar]
[Ar]
Se puede afirmar que
C
4s
3d
3d 3d
3d
3d
4s
3d
3d 3d
3d
3d
A) no respeta el principio de exclusión de Pauli.
B) corresponde a un estado ionizado del átomo.
Comprensión
Pueden haber máximo 2 electrones por orbital, con
distinto espín, ¿se cumple?
¿Cuántos protones y electrones tiene el elemento?
C) no cumple la regla de máxima multiplicidad de Hund.
Los electrones se distribuyen con espín paralelo
mientras sea posible, ¿se cumple?
D) no respeta el orden de llenado de los orbitales en función de su energía.
¿Cómo quedaría
el diagrama
Estado
en que algún electrón salta
aplicando
la
a un nivel de mayor energía, ¿es
regla de Hund? este el caso?
E) corresponde a un estado excitado o de mayor energía del átomo.
Para saber cuál es el orbital de
menor energía usamos el
diagrama de Aufbau. ¿Es correcto
el orden?
Pregunta HPC
MC
Ejercicio 7
“Guía del alumno”
Objetivo
¿Para qué se diseñó?
Un grupo de estudiantes diseña un experimento para evaluar cómo se relaciona
la configuración electrónica con las propiedades químicas de los elementos,
llegando a establecer que elementos con configuraciones electrónicas similares
se comportan de forma parecida en las reacciones químicas.
Con respecto al fragmento anterior, es correcto afirmar que contiene
¿Qué se
estableció?
A) una hipótesis y los resultados obtenidos al someterla a prueba.
B) una pregunta de investigación y los resultados obtenidos.
C) el objetivo de un experimento y las conclusiones derivadas de él.
D) un procedimiento experimental y las conclusiones obtenidas.
E) los antecedentes de un problema y el experimento para abordarlo. Conclusión
Habilidad de Pensamiento Científico: Identificación de
teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis,
procedimientos
experimentales,
inferencias
y
conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o
contemporáneas.
C
Comprensión
Pregunta oficial PSU
La configuración electrónica del átomo de sodio en su estado
fundamental es 1s22s22p63s1. Al respecto, ¿cuántos niveles de energía
están ocupados completamente?
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 11
B
Comprensión
Fuente: DEMRE – U. DE CHILE. Proceso de admisión 2012.
Pregunta oficial PSU
E
Aplicación
Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo de Ciencias Proceso de Admisión 2015.
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Unidad temática
Habilidad
1
A
Modelo atómico de la materia
Reconocimiento
2
B
Modelo atómico de la materia
Comprensión
3
C
Modelo atómico de la materia
Comprensión
4
C
Modelo atómico de la materia
Comprensión
5
E
Modelo atómico de la materia
Reconocimiento
6
C
Modelo atómico de la materia
Aplicación
7
C
Modelo atómico de la materia
Comprensión
8
E
Modelo atómico de la materia
Comprensión
9
E
Modelo atómico de la materia
Aplicación
10
C
Modelo atómico de la materia
Aplicación
11
D
Modelo atómico de la materia
Aplicación
12
A
Modelo atómico de la materia
Comprensión
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Unidad temática
Habilidad
13
A
Modelo atómico de la materia
Comprensión
14
E
Modelo atómico de la materia
Aplicación
15
C
Modelo atómico de la materia
Reconocimiento
16
C
Modelo atómico de la materia
Reconocimiento
17
C
Modelo atómico de la materia
Comprensión
18
E
Modelo atómico de la materia
Comprensión
19
D
Modelo atómico de la materia
Aplicación
20
A
Modelo atómico de la materia
Comprensión
21
D
Modelo atómico de la materia
ASE
22
D
Modelo atómico de la materia
ASE
23
E
Modelo atómico de la materia
Reconocimiento
24
A
Modelo atómico de la materia
Comprensión
25
B
Modelo atómico de la materia
ASE
Síntesis de la clase
Números
cuánticos
Principal
Secundario
Magnético
Espín
(n)
(l)
(m)
(s)
Energía y
tamaño
Forma
Orientación
espacial
Rotación
Configuración electrónica
Prepara tu próxima clase
En la próxima sesión, estudiaremos
Tabla periódica y propiedades
periódicas
Equipo Editorial
Área Ciencias: Química
ESTE MATERIAL SE ENCUENTRA PROTEGIDO POR EL REGISTRO DE
PROPIEDAD INTELECTUAL.