estructura del Átomo y configuracion

8/2/2019 ESTRUCTURA DEL TOMO Y CONFIGURACION

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ESTRUCTURA DEL TOMO

1. Modelo cientfico

2. Evolucin de los modelos atmicos

-Modelo de Thompson

-Modelo de Rutherford

-Modelo de Bhr

-Modelo mecano-cuntico

3. Estructura del tomo

-Estructura del ncleo

-Estructura de la corteza

1. MODELO CIENTFICO.-

Supongamos que nos dan una caja cerrada que no nos est permitido abrir y que contiene algoen su interior. Como no la podemos abrir, tendremos que recurrir a hacer una serie de pruebas

o ensayos para averiguar lo que contiene: agitarla, pesarla, ... Con los datos obtenidos

podremos forjar una idea, una imagen mental, sobre el contenido de la caja. Por otra parte, la

idea o modelo que imaginamos nos permitir formular predicciones: si, por ejemplo,

concluimos que se trata de un lquido, podremos predecir que al hacerle un agujero, tal lquido

se derramar.

Una idea o teora sobre la naturaleza de un fenmeno para explicar hechos experimentales

constituye lo que en ciencias se denomina modelo cientfico.

Un ejemplo de modelo cientfico es el modelo atmico. Nadie ha visto nunca un tomo. Es ms,

la propia ciencia predice que nunca se podr ver. Sin embargo, observando una serie defenmenos en el comportamiento de la materia es posible desarrollar una serie de ideas de

como ser la estructura de la materia.

2. EVOLUCIN DE LOS MODELOS ATMICOS.-

Demcrito, filosofo griego, fueron probablemente los primeros en creer que la materia estaba

constituida por partculas que denominaron tomos, palabra que significa "sin divisin", yaque consideraban el tomo como nico e indivisible. Se basaba, no en pruebas experimentales,

sino en un razonamiento que puede sintetizarse as: un trozo de metal puede cortarse en 2

pedazos y cada uno de stos en dos pedazos ms...; estos pueden dividirse sucesivamente

hasta llegar a un momento en que se obtenga una partcula que ya no sea posible dividirla: el

tomo. Pensaba que los tomos tendran formas y tamaos distintos: esfricos ,cilndricos,

irregulares...

Empdocles, otro filsofo griego, no crea en tal teora y postulaba la idea de que la materia

estaba constituida por 4 elementos que se combinaban entre s. Segn l, la vida slo era

posible donde haba humedad: una flor sin agua se muere; luego el primer elemento era el

agua. Pero el agua no es slida, se escapa de las manos. Una montaa no puede estar formada

de agua y necesita, por tanto, otro elemento que le d consistencia, solidez. La tierra fue el

segundo elemento de que habl Empdocles, pues, a su juicio, daba consistencia al agua. Sin


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embargo, el barro que resultaba de esta mezcla era muy blando. Crey entonces que quien le

daba dureza era un tercer elemento, el aire, pues seca o evapora el agua que contienen las

cosas. Por ltimo, Empdocles consider el fuego como 4 elemento.

Posteriormente transcurre un largo perodo en la historia de la Qumica, la Alquimia, donde la

preocupacin primordial es tratar de convertir losmetalesconocidos en oro.

Hacia el 1800, el profesor ingls John Dalton recogi la idea del tomo que dio el filosofoDemcrito, si bien esta vez basndose en mtodos experimentales. Mediante el estudio de

las leyes ponderales, concluye que:

la materia est constituida por partculas indivisibles (tomos), todos los tomos de un mismo elemento qumico son iguales, los tomos de elementos diferentes son tambin diferentes.

Modelo atmico de Thompson.-

En 1897 Joseph

John Thompson realiza una

serie de experimentos ydescubre el electrn. En tubos

de gases a baja presin en los que se establece una diferencia de

potencial superior a 10.000 voltios, se comprob que aparecan

partculas con carga elctrica negativa a las que se llam electrones, y

demostr que haban sido arrancados de los tomos (los cuales eran neutros). Tal

descubrimiento modific el modelo atmico de Dalton, que lo consideraba indivisible.

Thompson supuso el tomo como una esfera homognea e indivisible cargada positivamente en

la que se encuentran incrustados los electrones.

Modelo atmico de Rutherford

Posteriormente otro fsico ingls, Ernest Rutherford, realiz una serie de experimentos. Hizoincidir sobre una lmina finsima de oro un delgado haz de partculas cargadas positivamente

de masa mucho mayor que el electrn y dotadas de energa cintica alta. En el choque observ

distintos comportamientos:

la mayora atravesaban la lmina sin desviarse algunas se desviaban muy pocas retrocedanEsta experiencia implicaba:

que los tomos estaban casi vacos, pues la mayora de las partculas las atravesaban

que hay una zona cargada positivamente, ya que algunas partculas retrocedan o sedesviaban. Esta zona debe estar muy concentrada ya que es mayor el nmero de

desviaciones que de choques.

Esto le condujo a proponer en 1911 un nuevo modelo atmico en el que se afirmaba que los

tomos estaban constituidos por 2 zonas bien diferenciadas:
http://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtmlhttp://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtmlhttp://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtmlhttp://monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml


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Una de carga positiva con el 99,9% de la masa muyconcentrada y por tanto de gran densidad a la que

llam ncleo. Otra rodeando al ncleo a la que llam corteza dondeestaban los electrones con carga negativa girando alrededor del

ncleo.

Sin embargo, el modelo de Rutherford presentaba fallos:

Segn la teora clsica de electromagnetismo, unapartcula elctrica acelerada emite energa. Y el electrn

girando el torno al ncleo est sometido a una aceleracin centrpeta por lo que irradiara

energa, perdera velocidad y, por fin, caera al ncleo desestabilizando el tomo. Pero como

el tomo de hecho es estable, las cosas no pueden ocurrir segn el modelo de Rutherford.

No explicaba los espectrosRadioactividad

Radioactividad es la propiedad que presentan los ncleos atmicos de ciertos istopos demodificar espontneamente su constitucin, emitiendo simultneamente una radiacin

caracterstica.

La radioactividad puede ser:

Radioactividad natural: Es la que manifiestan los istopos que se encuentran en lanaturaleza.

Radiactividad artificial o inducida: Es la que ha sido provocada por transformacionesnucleares artificiales.

Radiactividad natural

En 1896 Becquerel descubri que ciertas sales de uranio emitan radiaciones espontneamente,

al observar que velaban las placas fotogrficas envueltas en papel negro.

Hizo ensayos con el mineral en caliente, en fro, pulverizado, disuelto en cidos y la intensidad

de la misteriosa radiacin era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia,

que recibi el nombre de radiactividad, no dependa de la forma fsica o qumica en la que se

encontraban los tomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el

interior mismo del tomo.

El estudio del nuevo fenmeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente a los

esposos Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio.

La intensidad de la radiacin emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo

que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atmica

El fenmeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el ncleo de los tomos

radiactivos. Y la causa que lo origina se cree que es debida a la interaccin neutrn-protn del

mismo.


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Al estudiar la radiacin emitida por el radio se comprob

que era compleja, pues al aplicarle un campo magntico

parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.

Se comprob que dicha radiacin consta de 3 partes:

Radiacina : Identificada con ncleos de Helio (), constituidos por dos protones y dos neutrones. Por

tanto, poseen dos cargas positivas y son desviadas por

campos elctricos y magnticos. Es poco penetrante aunque

muy ionizante.

Radiacinb : Son electrones resultantes de ladesintegracin de los neutrones del ncleo:

neutrn protn + electrn + neutrino

Debido a su carga es desviada por campos elctricos y

magnticos. Es ms penetrante, aunque su poder de

ionizacin no es tan elevado como el de la radiacin a .

Radiacing : No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturalezaelectromagntica. Al no tener carga, los campos elctricos y magnticos no la afectan. Es la

ms penetrante, y muy peligrosa.

Las leyes de desintegracin radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:

Cuando un tomo radiactivo emite una partcula a , la masa del tomo resultante disminuyeen 4 unidades y el nmero atmico en 2.

Cuando un tomo radiactivo emite una partcula b , la masa del tomo resultante no vara ysu nmero atmico aumenta en una unidad.

Cuando un ncleo exitado emite una radiacin g no vara ni su masa ni su nmero atmico,solo pierde una cantidad de energa hv.Las dos primeras leyes nos indican que cuando un tomo emite una radiacin a o b se

transforma en otro tomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo,

transformndose en otro, y as sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.

Radiactividad artificial.

Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos ncleos estables con

partculas apropiadas.

Si la energa de estas partculas tiene un valor adecuado penetran dentro del ncleo

bombardeado y forman un nuevo ncleo que, en caso de ser inestable, se desintegra despusradiactivamente.

Fue descubierta por los esposos Curie, bombardeando ncleos de boro y aluminio con

partculas a . Observaron que las sustancias bombardeadas emitan radiaciones despus de

retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partculas a de bombardeo.

El estudio de la radiactividad permiti un mayor conocimiento de la estructura del ncleo

atmico y de las partculas subatmicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en


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otros. Incluso el sueo de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace

realidad, aunque no resulte rentable.

ESPECTROS PTICOS.-

Cuando se hace pasar la radiacin emitida por un

cuerpo caliente a travs de un prisma ptico, se

descompone en distintas radiaciones electromagnticas

dependiendo de su distinta longitud de onda (losdistintos colores de la luz visible, radiaciones

infrarrojas y ultravioleta) dando lugar a unespectroptico. Todas las radiaciones obtenidas impresionanlas pelculas fotogrficas y as pueden ser registradas.

Cada cuerpo caliente da origen a un espectro diferente

ya que esta depende de la propia naturaleza del foco.

Los espectros pueden ser de emisin y absorcin. A su

vez ambos se clasifican en continuos y discontinuos:

ESPECTROS DE EMISIN: Son aquellos que se obtienen al descomponer lasradiaciones emitidas por un cuerpo previamente exitado.

- Los espectros de emisin continuos se obtienen al pasar las radiaciones decualquier slido incandescente por un prisma. Todos los slidos a la misma Temperaturaproducen espectros de emisin iguales.

Espectro continuo de la luz blanca

- Los espectros de emisin discontinuos se obtienen al pasar la luz devapor ogas exitado. Las radiaciones emitidas son caractersticas de los tomos exitados.

Espectro de emisin de vapores de Li


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ESPECTROS DE ABSORCIN: Son los espectros resultantes de intercalar unadeterminada sustancia entre una fuente de luz y un prisma

- Los espectros de absorcin continuos se obtienen al intercalar el slido entre el foco deradiacin y el prisma. As, por ejemplo, si intercalamos un vidrio de color azul quedan

absorbidas todas las radiaciones menos el azul.

- Los espectros de absorcin discontinuos se producen al intercalar vapor o gas entre lafuente de radiacin y el prisma. Se observan bandas o rayas situadas a la misma longitud de

onda que los espectros de emisin de esos vapores o gases.

Espectro de absorcin de vapores de Li

Se cumple as la llamada ley de Kirchhoff, que dice:

Todo cuerpo absorbe las mismas radiaciones que es capaz de emitir.TEORA DE PLANCK

En 1900 emiti una hiptesis que interpretaba los resultados experimentales

satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitan energa.

Segn Planck, la energa emitida o captada por un cuerpo en forma de radiacin

electromagntica es siempre un mltiplo de la constante h, llamada posteriormente constante

de Planck por la frecuencia v de la radiacin.

e =nhv

h=6,62 10-34 Js, constante de Planck

v=frecuencia de la radiacin

Ahv le llam cuanto de energa. Que un cuanto sea ms energtico que otro depender de su

frecuencia.

Modelo atmico de Bohr.-

Para salvar los inconvenientes del modelo anterior, N Bohr estableci una serie de postulados

(basados en la teora de Planck y los datos experimentales de los espectros) que constituyen el

modelo atmico de Bohr:

Admiti que hay ciertas rbitas estables en las cuales los electrones pueden girar alrededordel ncleo sin radiar energa. Deduce que slo son posibles aquellas rbitas en las que el

momento angular del electrn es mltiplo entero de

.


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Introduce un nmero n, llamado nmero cuntico principal, que da nombre a las distintas

rbitas del tomo.

El electrn, cuando emite energa cae de una rbita aotra ms prxima al ncleo. Lo contrario ocurre si capta

energa.

Como segn la teora electromagntica una carga acelerada

tiene que irradiar energa, no puede haber ningn orbital

permanente. Por eso, Bohr argumentaba que no se poda

perder energa continuamente, sino en cuantos (de acuerdo con

la teora de Planck) equivalentes a la diferencia de energa entre

las rbitas posibles.

Cuando a un tomo se le suministra energa y los electrones saltan

a niveles ms energticos, como todo sistema tiende a tener la

menor energa posible, el tomo es inestable y los electrones

desplazados vuelven a ocupar en un tiempo brevsimo (del orden de

10-8) el lugar que dejasen vaco de menor energa, llamados nivelesenergticos fundamentales.

As pues, ya tenemos una

explicacin de los espectros

atmicos con el modelo de

Bohr. Cuando un tomo es exitado por alguna

energa exterior, algn electrn absorbe dicha

energa pasando de un nivel energtico

fundamental a niveles de energa superior. Como,

segn Planck, la absorcin de energa est

cuantizada, la diferencia de energa entre ambos

niveles ser hv. El electrn absorbe solo una

radiacin de frecuencia v determinada

mayor cuanto mayor sea el "salto" del electrn.

As, en el espectro de absorcin aparecer una

banda continua con algunas rayas negras que correspondern a aquellas frecuencias

determinadas que los electrones han captado para pasar de un nivel a otro ms energtico.

Como el tomo exitado es inestable, en un tiempo

brevsimo el electrn desplazado volver al nivel

energtico fundamental, emitiendo una energa de la

misma frecuencia hv que absorbi anteriormente.

As, el espectro de emisin del elemento estar formado

por lneas definidas, situadas en la misma longitud de

onda que el espectro de emisin, separadas por zonas

oscuras.

Ello explica por que los espectros de los vapores o gases

(en los que nos encontramos los tomos o molculas

aislados sin interaccionar entre s) son discontinuos.


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Es un hecho experimental que cada elemento qumico tiene su espectro atmico caracterstico.

Fue a partir de las series del hidrgeno, de las frecuencias de las distintas radiaciones emitidas,

de donde Bohr dedujo los niveles de energa correspondientes a las rbitas permitidas. Sin

embargo, al aplicar esta distribucin de los niveles energticos a otros elementos no se

correspondan esos clculos tericos con los resultados experimentales de los espectros, que

eran muchos ms complejos. Incluso el mismo tomo de Hidrgeno con espectroscopios msprecisos produca lneas que con el modelo de Bohr no se poda explicar.

Correccin de Somerfield.-

Al perfeccionarse los espectroscopios (aparatos que

muestran los espectros) se observ que las lneas del

espectro del hidrgeno eran en realidad varias lneas

muy juntas. Y lo que Bohr Crey que eran estados nicos

de energa eran varios estados muy prximos entre s.

Sommerfield lo interpret diciendo que las rbitas

podan ser elpticas. Para ello introdujo un nuevo

nmero cuntico l, tambin llamado nmero azimutal,que puede valer:

l=0,1,...,(n-1)

Este nmero nombra a cada uno de los niveles de energa posibles para cada valor de n. Con

Sommerfield, para determinar la posicin del electrn en el tomo de hidrgeno hay que dar 2

nmeros cunticos lym.

Efecto Zeeman.-

Cuando se obtiene el espectro del tomo de hidrgeno mientras el gas est dentro de un campo

magntico se observa un desdoblamiento de las lneas que analiz Sommerfield. Cada una de

estas lneas se desdoblaba en varias. Este fenmeno desapareca al desaparecer el campomagntico por lo que no se debe a que existan nuevos estados distintos de energa del electrn,

sino que est provocado por la interaccin del campo magntico externo y el campo magntico

que crea el electrn al girar en su rbita.

Este problema se solucion pensando que para algunas de las rbitas de Sommerfield existen

varias orientaciones posibles en el espacio que interaccionan de forma distinta con el campo

magntico externo. Para ello se creo un nuevo nmero cuntico magntico, que vale para cada

valor de l:

m=-l,...,-1,0,1,...,+l

Para determinar pues la posicin del electrn en el tomo de hidrgeno hay que dar 3 nmeros

cunticos: n, l, m.

Efecto Zeeman anmalo.-

Al perfeccionar los espectroscopios y analizar los espectros obtenidos por el efecto Zeeman, se

comprob que cada lnea era en realidad dos lneas muy juntas. Esto se llam efecto Zeeman

anmalo, y si desapareca el campo magntico externo tambin desapareca este efecto.

Se explic admitiendo que el electrn puede girar sobre s mismo y hay dos posibles giros, que

interaccionaban de forma distinta con el campo magntico externo y que por eso cada lnea se


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desdoblaba en 2. Se cre un nuevo nmero cuntico s, o nmero de spin (giro), al que se le dio

2 valores, uno para cada sentido:

s=+1/2,-1/2

Para describir la posicin de un electrn se necesitan 4 nmeros cunticos: (n,l,m,s).

Sin embargo, todo lo anterior slo era til para el tomo de hidrgeno, pues su aplicacin en ladescripcin de otros tomos fracas.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

Principio enunciado en 1927 por el alemn Werner Heisenberg segn el cual no puede serconocida con exactitud y simultneamente la posicin y la cantidad demovimiento de un electrn..

Este principio tiene su origen en la mecnica cuntica segn la cual el mismo hecho de medir la

velocidad o la posicin de un electrn implica una imprecisin en la medida

Por ejemplo, en el caso de que pudiramos "ver" un electrn u otra partcula subatmica, para

poder medir la velocidad habra que iluminarlo. Pues bien, el fotn que ilumina a ese electrnmodifica la cantidad de movimiento del mismo. Por tanto, modificara su velocidad original

que es lo que queramos medir.

DUALIDAD ONDA-CORPSCULO

Al igual que el tomo, la luz ha sido motivo de estudio del hombre desde hace mucho tiempo,

debido a su afn de comprender mejor las cosas que le rodean.

Ya 500 aos antes de Jesucristo, Pitgoras afirmaba que la luz est formada por partculas que

fluyen en lnea recta y a gran velocidad del propio cuerpo luminoso que captan nuestros ojos.

Ms tarde, Aristteles sostuvo que la luz se propaga desde el cuerpo hasta el ojo, anlogamente

a como el sonido parte del cuerpo y llega al odo por vibraciones del aire.

Newton (1642-1727), se opuso tenazmente a esta teora ondulatoria y fue partidario de la teora

corpuscular, cuya idea coincida con la de Pitgoras. Esta teora explica bien la reflexin (la luz

se refleja en un espejo de modo anlogo como una bola de billar rebota en la banda de la mesa).

La refraccin de la luz, aunque con ms dificultades es tambin explicada, pero otros

fenmenos como la polarizacin y la difraccin no encuentran respuestas.

Para otros, partidarios de la teora ondulatoria de Huyghens (1629-1695), la luz est formada

por vibraciones del ter. Sin embargo, pese a que esta explica perfectamente fenmenos como

la polarizacin y la defraccin, el gran prestigio de Newton, hizo que la teora corpuscular

prevaleciera durante todo el siglo XVIII.

Hasta el siglo XIX los fsicos estaban divididos sobre la naturaleza de la luz. En 1815, el ingls

Maxwell dedujo tericamente que la velocidad de las ondas electromagnticas era la misma que

la de la luz. Este hecho le sugiri la idea de que la luz deba estar formada por vibraciones

electromagnticas de frecuencia elevada que no necesitan ningn medio material para

propagarse. Segn esta teora no era necesaria la existencia del hipottico ter y la luz entraba a

formar parte de las radiaciones electromagnticas. Esto supuso un golpe de muerte para la

teora corpuscular.


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Cuando pareca que el modelo ondulatorio de Huygens haba logrado dar una explicacin

exacta sobre la naturaleza de la luz, los experimentos de Hertz en el ao 1887 vienen a

introducir un nuevo problema: el efecto fotoelctrico: cuando se ilumina una superficie

metlica con una radiacin de frecuencia adecuada se produce una emisin de electrones. La

teora ondulatoria no da explicacin suficiente del efecto fotoelctrico, ya que segn la misma la

energa transportada por una onda es independiente de su frecuencia, mientras que la

experiencia nos demuestra que por debajo de cierta frecuencia el efecto fotoelctrico no se

produce.

La explicacin del efecto fotoelctrico fue dada por A. Einstein, basndose en la Teora de

Planck. Para Einstein, si la energa es emitida o absorbida de manera discontinua mediante

cuantos de energa (como sostena Planck) es porque la misma naturaleza de la luz (la energa

radiante) es discontinua y est formada por paquetes de energa hv a los que llam fotones, de

modo que actan de manera similar a los corpsculos de Newton.

Se permaneci as, con un doble carcter corpuscular y ondulatorio, que prevaleca uno sobre

otro segn qu fenmeno se tratase, hasta que en 1923 Luis de Broigle acab con las

discrepancias y estableci la dualidad onda-corpsculo. Segn Broigle, el fotn puede ser

considerado como un corpsculo que parte del cuerpo luminoso y que en su rpido movimientoorigina una onda electromagntica (cuya longitud de onda dedujo: l =h/mv), convertiendose

as en un corpsculo-onda, del mismo modo que al avanzar rpido un proyectil origina un

movimiento peridico que nosotros percibimos como sonido. Del mismo modo que electrn

transporta su campo elctrico, cada cuanto de radiacin transporta consigo un fenmeno

peridico que se extiende por el espacio circundante. Por consiguiente, la aparente

contradiccin sobre la doble naturaleza de la luz cesa desde el momento en que la energaradiante constituida a la vez por ondas y corpsculos, indisolublementeasociados. Porque entonces se concibe sin dificultad que el carcter ondulatorio se manifiestams especialmente en ciertos fenmenos, mientras que en otros prevalece el carcter

corpuscular.

Modelo mecanocuntico del tomo.-

Una de las consecuencias deducidas del Principio de Indeterminacin de Heisenberg es que la

interaccin entre los aparatos de medida y los objetos de la medicin hace imposible

determinar simultneamente y con precisin la posicin y la velocidad del electrn. De aqu se

sigue la imposibilidad de hablar de trayectorias: una trayectoria significa el conocimiento de la

posicin de una partcula en cada instante, y de la velocidad correspondiente a cada posicin.

Con este punto de vista, los modelos de Bohr y Sommerfield, muy intuitivos, han de parecer

forzosamente limitados. En 1924 el francs Luis de Broigle ampla al electrn (y a otras

partculas) la nocin de dualidad onda-corpsculo, segn la cual el electrn lleva asociada una

onda electromagntica de longitud l =h/mv. La hiptesis ondulatoria de la materia y el

principio de indeterminacin, alteraron los conceptos de posicin, velocidad y orbital

electrnico. Naci as un nuevo dominio de la fsica, la mecnica cuntica, que explica

coherentemente los fenmenos del microcosmos.

En 1926 el austraco Schrdiger basndose en la hiptesis de De Broigle y la idea de rbitas

permitidas de Bohr, supone que esas rbitas deban de contener un nmero entero de

longitudes de onda lo que dara origen a una onda estacionaria. Considerar una onda asociada

al electrn explicara la razn de ser de los orbitales posibles que Bohr estableci como

postulado, cuya circunferencia sera un mltiplo de la longitud de onda de los electrones.


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El estado de un electrn de obtendra mediante la ecuacin que Shrringer postula en 1926.

Teniendo en cuenta el principio de incertidumbre dichas ecuaciones no se pueden resolver,

pero se obtienen la llamada funcin de onda (Y ), aproximacin de carcter estadstico que nos

permite deducir para cada nivel de energa la probabilidad de que los electrones estn en una u

otra situacin. Las rbitas electrnicas quedan sustituidas por zonas del espacio en la que

existe el 99% de encontrar al electrn, a la que llamamos orbitales.

3. ESTRUCTURA DEL TOMO.-

a) Ncleo atmico.

Tiene un tamao diminuto respecto al volumen del tomo.

P. ej., para el tomo de Al:

Con Rutherford slo se saba que tiene carga elctrica positiva. Hoy en da se sabe que, con el

excepcin que el tomo de hidrgeno (que slo tiene un protn), los ncleos atmicos

contienen una mezcla de protones y neutrones, colectivamente llamados como nucleones. El

protn tiene la misma carga que el electrn pero positiva. El electrn es de tamao similar,pero elctricamente neutro. Ambos tienen una masa de 1 UMA. Los protones y los neutrones en

el ncleo atmico se mantienen unidos por la accin de la fuerza nuclear fuerte, que supera a la

fuerza de repulsin electromagntica mucho ms dbil que acta entre los protones de carga

positiva.

La corteza del tomo est formada por unas partculas llamadas electrones y de masa 1/1836

UMA, por lo que al ser tan pequea se desprecia. Como el tomo es neutro debe haber el

mismo nmero de electrones que de protones.

Al nmero de protones se le llama Z o nmero atmico, y se corresponde con el nmero de

orden en el sistema peridico.

Como el tomo es elctricamente neutro debe haber el mismo nmero de protones que deelectrones.

Al nmero de neutrones se llama N

La masa atmica (A) de un tomo ser la suma de los protones y de los neutrones (ya que la del

electrn por ser muy pequea se desprecia).

A=N+Z

Los tomos se representan as: (puede que nos encontremos el nmero atmico y la masa

cambiada, pero simepre sabremos cual es uno y cual es otro porque la masa atmica siempre

ser mayor que el nmero atmico).Ej.:

,

Para un mismo elemento qumico, el nmero de protones que tienen sus tomos en sus ncleos

es el mismo, pero no el de neutrones, el cual puede variar. Se llaman Istopos de un elemento

qumico a los tomos deun mismo elemento qumico que tienen el mismo nmero atmico

pero distinto nmero de electrones.Ej.:

Istopos del Hidrgeno: (protn), (deuterio), (titrio)


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Esto es opuesto a lo que afirmaba Dalton, ya que crea que lo caracterstico de los tomos de un

mismo elemento qumico era su masa atmica . Pero no, lo caracterstico es su nmero

atmico, es decir, todos los tomos de un mismo elemento qumico siempre tienen igual

nmero de protones en sus ncleos, pero pueden tener distinto nmero de neutrones, y por

tanto diferentes masas atmicas.

Los istopos son los responsables de que la masa de los elementos qumicos en el sistemaperidico no sea un nmero entero, ya que la masa que presentan las tablas peridicas es una

masa resultante de promediar las masas de los diferentes istopos existentes de un mismo

elemento.

Los tomos son neutros, pues el nmero de cargas positivas es igual al nmero de cargas, es

decir, el nmero de electrones es igual al nmero de protones.

Puede ocurrir que el tomo pierda o gane electrones (nunca que pierda o gane protones pues

esto acarreara la transformacin de ese tomo en otro tomo de un elemento qumico

diferente), adquiriendo carga elctrica neta y dando lugar a un in:

Si pierde electrones, adquiere carga elctrica positiva y el in se llama catin. Si gana electrones, adquiere carga elctrica negativa y el in se llama anin.b) Corteza atmica.-

NMEROS CUNTICOS

La situacin de los electrones, su nivel de energa y otras caractersticas se expresan mediante

los nmeros cunticos. Estos nmeros cunticos, que se fueron introducinedo comopostulados a partir de las modificaciones introducidas en el modelo de Bhr para explicar los

fenmenos experimentales, se pueden deducir tericamente al resolver la ecuacin de onda

Shrdinger.

Cada electrn dentro de un tomo viene identificado por 4 nmeros cunticos:

Nmero cuntico principal. Se reperesenta por la letra n.Nos da idea del nivel de energa y el volumen real del orbital. Puede tomar los valores:

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

(K, L, M, N,...)

Nmero cuntico secundario o azimutal. Se representa por la letra l.Determina la forma del orbital. Puede tomar los valores:

l=0, 1, 2, 3, ...,n-1(s, p, d, f,...)

O sea,

Para n=1 l=0 (s)

n=2


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n=3

n=4

...

Nmero cuntico magntico. Se representa por la letra m.Nos indica la orientacin que tiene el orbital al someter el tomo a un campo magntico fuerte

(efecto Zeeman).

Puede tomar los valores:

m=-l,...,0,...,+l

O sea,

Para l=0 m=0

l=1

l=2

l=3

Cada valor de m es un orbital. En cada orbital caben como mximo 2 electrones.

Aspectos espaciales de los orbitales atmicos.-


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Los orbitales s (l=0) son esfricos. Su volumen depende del valor de n. Los

orbitales p son 3,tienen forma de 2

lbulos unidos por

los extremos y

orientados en la

direccin de los 3

ejes del espacio.

Los orbitales d son 5, cuya disposicin y orientacin dependen de

los valores de m.

CONFIGURACINELECTRNICA

Se entiende por configuracin

electrnica la distribucin ms

estable, y por tanto, ms probable de los

electrones en torno al

ncleo.

Para distribuir los electrones en los distintos niveles de energatenemos en cuenta los siguientes pricipios y reglas:

Principio de relleno o Aufbau. Los electrones entran enel tomo en los distintos orbitales de energa ocupando

primero los de menor energa.

Para saber el orden de energa de los orbitales se usa el diagrama de Mouller.

O Bien se sigue esta regla: "Los orbitales menos energticos son los de

menor valor de n+l. Si los orbitales tienen el mismo valor de n+l, tandr

menos energa los de menor valor de n".

De acuerdo con estas reglas el orden es el siguiente:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s

Sin embargo, este orden terico presenta algunas excepciones. Por

ejemplo, en las configuraciones de los lantnidos, aunque en teora los

orbitales 4f son ms energticos que los 5d, en realidad el tomo coloca

primero un electrn en el 5d que entonces se vuelve ms energtico, y


15/20

empieza a rellenar los 4f.

En cada orbital slo caben 2 electrones. Por tanto, la capacidad de los distintos subnivelesson:

Subnivel N de orbitales Electrones por orbital Nmero de electrones

s 1

(l=0)

* 2 2

p 3

(l=-1,0,+1)

* 2 6

d 5

(l=-2+1,0,1,2)

* 2 10

f 7

(l=-3,-2,-1,0,1,2,3)

* 2 14

El nmero de electrones que caben en cada sunivel se puede tambien facilmente mediante la

frmula 2(2l+1) y el de cada nivel mediante la frmula 2n2.

Principio de exclusin de Pauli. No pueden existir dentro de un tomo dos electronescon sus 4 nmeros cunticos iguales. La consecuencia de esto es que en un orbital slo

puede haber 2 electrones con spines diferentes.

Principio de Hund o de mxima multiplicidad. Un segundo electrn no entra en unorbital que est ocupado por otro mientras que haya otro orbital desocupado de la mismaenerga (o sea, igual los valores de n y l)

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 7s

H 1 1

He 2 2

Li 3 2 1

Be 4 2 2

B 5 2 2 1


16/20

C 6 2 2 2

N 7 2 2 3

O 8 2 2 4

F 9 2 2 5

Ne 10 2 2 6

Na 11 2 2 6 1

Mg 12 2 2 6 2

Al 13 2 2 6 2 1

Si 14 2 2 6 2 2

P 15 2 2 6 2 3

S 16 2 2 6 2 4

Cl 17 2 2 6 2 5

Ar 18 2 2 6 2 6

K 19 2 2 6 2 6 1

Ca 20 2 2 6 2 6 2

Sc 21 2 2 6 2 6 1 2

Ti 22 2 2 6 2 6 2 2

V 23 2 2 6 2 6 3 2

Cr 24 2 2 6 2 6 5 1

Mn 25 2 2 6 2 6 5 2

Fe 26 2 2 6 2 6 6 2


17/20

Co 27 2 2 6 2 6 7 2

Ni 28 2 2 6 2 6 8 2

Cu 29 2 2 6 2 6 10 1

Zn 30 2 2 6 2 6 10 2

Ga 31 2 2 6 2 6 10 2 1

Ge 32 2 2 6 2 6 10 2 2

As 33 2 2 6 2 6 10 2 3

Se 34 2 2 6 2 6 10 2 4

Br 35 2 2 6 2 6 10 2 5

Kr 36 2 2 6 2 6 10 2 6

Rb 37 2 2 6 2 6 10 2 6 1

Sr 38 2 2 6 2 6 10 2 6 2

Y 39 2 2 6 2 6 10 2 6 1 2

Zr 40 2 2 6 2 6 10 2 6 2 2

Nb 41 2 2 6 2 6 10 2 6 4 1

Mo 42 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1

Tc 43 2 2 6 2 6 10 2 6 6 1

Ru 44 2 2 6 2 6 10 2 6 7 1

Rh 45 2 2 6 2 6 10 2 6 8 1

Pd 46 2 2 6 2 6 10 2 6 10

Ag 47 2 2 6 2 6 10 2 6 10 1


18/20

Cd 48 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2

In 49 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 1

Sn 50 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2

Sb 51 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 3

Te 52 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 4

I 53 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 5

Xe 54 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6

Cs 55 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1

Ba 56 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 2

La 57 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1 2

Ce 58 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 6 2

Pr 59 2 2 6 2 6 10 2 6 10 3 2 6 2

Nd 60 2 2 6 2 6 10 2 6 10 4 2 6 2

Pm 61 2 2 6 2 6 10 2 6 10 5 2 6 2

Sm 62 2 2 6 2 6 10 2 6 10 6 2 6 2

Eu 63 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 2

Gd 64 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 1 2

Tb 65 2 2 6 2 6 10 2 6 10 9 2 6 2

Dy 66 2 2 6 2 6 10 2 6 10 10 2 6 2

Ho 67 2 2 6 2 6 10 2 6 10 11 2 6 2

Er 68 2 2 6 2 6 10 2 6 10 12 2 6 2


19/20

Tm 69 2 2 6 2 6 10 2 6 10 13 2 6 2

Yb 70 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2

Lu 71 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 1 2

Hf 72 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 2

Ta 73 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 3 2

W 74 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 4 2

Re 75 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 5 2

Os 76 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 6 2

Ir 77 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 7 2

Pt 78 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 9 1

Au 79 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 1

Hg 80 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2

Tl 81 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 1

Pb 82 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2

Bi 83 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 3

Po 84 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 4

At 85 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 5

Rn 86 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6

Fr 87 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1

Ra 88 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2

Ac 89 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 2


20/20

Th 90 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 2

Pa 91 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 6 1 2

U 92 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 3 2 6 1 2

Np 93 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 4 2 6 1 2

Pu 94 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 5 2 6 1 2

Am 95 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 6 2 6 1 2

Cm 96 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 1 2

Bk 97 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 8 2 6 1 2

Cf 98 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 9 2 6 1 2

Es 99 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 10 2 6 1 2

Fm 100 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 11 2 6 1 2

Md 101 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 12 2 6 1 2

No 102 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 13 2 6 1 2

Lr 103 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 2

estructura del Átomo y configuracion

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