Unidad 2: Estructura electrónica de los átomos y tabla periódica de los elementos

Contents

2.1. Introducción
2.2. Ondas Electromagnéticas – Teorías de Planck y Bohr
2.3. Configuración electrónica de los átomos y números cuánticos
2.3.1. Principio de exclusión de Pauli – Principio de Aufbau – Regla de Hund
2.3.2. Energía de los orbitales
2.3.3. Propiedades magnéticas – electrón diferenciador y de valencia
2.3.4. Carga nuclear efectiva
2.4. Tabla periódica de los elementos y propiedades periódicas

2.1. Introducción

La tabla periódica la conocen todos, pero saben …

Figura 2.1 La tabla periódica con los nuevos elementos químicos. (Wiki Commons)

… ¿cuál fue su origen, de dónde salió, quién tuvo la idea de ordenar los elementos químicos de esa manera, en qué año?

2.2. Ondas Electromagnéticas – Teorías de Planck y Bohr

Para poder comprender la teoría cuántica de Plank, debemos revisar algunos conceptos sobre ondas. Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto.

Todas las ondas, menos las ondas electromagnéticas, requieren de un medio físico para propagarse. Éste medio físico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.

2.3. Configuración electrónica de los átomos y números cuánticos

Sin duda alguna, Bohr contribuyó de manera significativa a la comprensión de los átomos y su teoría según la cual la energía de un electrón en un átomo está cuantizada sigue prevaleciendo en el siglo XXI. Pero esta teoría no describía el comportamiento de los electrones en un átomo polielectrónico.

Fue en 1926 que Erwin Schrödinger, físico austriaco, desarrolló una ecuación que permite describir el comportamiento y la energía de las partículas subatómicas. A esta ecuación Schrödinger la llamo función de onda ψ (psi).

2.3.1. Principio de exclusión de Pauli – Principio de Aufbau – Regla de Hund

Principio de exclusion de Pauli

“Dos electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales”

Si dos electrones tienen iguales valores de n, l y m se encuentran en el mismo orbital, por lo tanto es necesario que un electrón tenga un s =+1/2 y el otro un s = -1/2

2.3.2. Energía de los orbitales

Una vez que se ha comprendido la forma y el tamaño de los orbitales, se pueden estudiar las energías relativas y determinar cómo estos niveles de energía influyen en las distribuciones electrónicas reales.

Si pensamos en el átomo de hidrógeno, que tiene un solo electrón, podemos ver que la energía de éste estará marcada solo por un número cuántico, esto quiere decir que la energía de los orbitales atómicos se diferenciara únicamente por el número cuántico principal (n).

2.3.3. Propiedades magnéticas – electrón diferenciador y de valencia

Todos conocemos que un imán atrae un trozo de hierro (por ejemplo un clavo), pero un trozo de cobre no será atraído con la misma fuerza por el imán. Si analizamos la configuración electrónica del átomo de hierro (Fe), y la comparamos con la configuración electrónica de un átomo de cobre (Cu), puedes compararlo en el siguiente enlace:http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/celectron.htm

Veremos que el número de electrones desapareados en el Fe, es mayor que el número de electrones desapareados del Cu.

2.3.4. Carga nuclear efectiva

Para explicar la Carga Nuclear Efectiva y el efecto de Apantallamiento

Vamos a explicar el concepto de carga nuclear efectiva de la manera más simple, el cálculo y la comprensión de ella puede ser mucho más complejo.

2.4. Tabla periódica de los elementos y propiedades periódicas

La tabla periódica de los elementos

En la introducción a la Unidad 2, ya vimos cómo los científicos del siglo XIX tenían un vaga idea de los átomos y de las moléculas y no sabían de la existencia de los electrones ni protones. Ellos pudieron desarrollar la tabla periódica, teniendo en cuenta las relaciones entre las masas atómicas y las propiedades físicas y químicas de los elementos que conocían en esa época.
Hoy en día, después de los conocimientos adquiridos por la mecánica cuántica, la configuración electrónica de los elementos, el avance de la tecnología, se tiene la tabla periódica, en donde hasta la fecha, se tienen reportados 118 elementos.

Los elementos super pesados 113, 115, 117 y 118 son elementos sintéticos creados por el hombre y no se encuentran en la naturaleza. Fueron descubiertos por científicos de Japón, Rusia y Estados Unidos.