1. 1. Teora cuntica y la estructura electrnica de los tomos Captulo 7 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
2. 2. Propiedades de las ondas Longitud de onda () es la distancia entre puntos idnticos de ondas sucesivas. Amplitud es la distancia vertical de la lnea media a la cresta o al vallle de la onda. 7.1 H2 Longitud de Onda Amplitud Direccin de propagacin de onda Longitud de onda Longitud de onda Amplitud Amplitud
3. 3. Propiedades de las ondas Frecuencia () es el nmero de ondas que atraviesan un punto particular en 1 segundo (Hz = 1 ciclo/s). La velocidad (u) de la onda = x 7.1 Longitud de onda
4. 4. Maxwell (1873), propus que la luz visible consiste en ondas electromagnticas. Radiacin electromagntica es la emisin y transmisin de energa en la forma de ondas electromagnticas. La velocidad de luz (c) en el vaco = 3.00 x 108 m/s Toda radiacin electromagntica x = c 7.1 Componente del campo elctrico Componente del campo magntico
5. 5. 7.1 Rayos X Lmparas solares Hornos de microondas, radar policiaco, estaciones de satlite Lmparas incandes- centes TV UHF, telfonos celulares Radio FM. TV VHF Radio AM Ondas de radioMicroondasInfrarrojoUltra violetaRayos XRayos gamma Tipo de radiacin Frecuencia (Hz) Longitud de onda (nm)
6. 6. Misterio #1, problema del cuerpo negro. Resuelto por Planck en 1900 La energa (luz) es emitida o absorbida en unidades discretas (cuanto). E = h x Constante de Planck (h) h = 6.63 x 10-34 Js 7.1
7. 7. La luz tiene ambos: 1. naturaleza de onda 2. naturaleza de partcula h = KE + BE Misterio #2, efecto fotoelctrico. Resuelto por Einstein en 1905 Fotn es una partcula de luz KE = h - BE h KE e- 7.2 Luz incidente Fuente de voltaje Detector
8. 8. 7.3 Lnea del espectro de emisin de tomos de hidrgeno Placa fotogrfica Colimador Prisma Espectro de lneas Luz separada en varios componentes Tubo de descarga Alto voltaje
9. 9. 7.3 Pectro de lneas brillantes Metales alcalinos (monovalentes) Elementos alcalino- trreos (divalentes) Metales (divalentes) Litio(Li) Sodio (Na) Potasio(K) Calcio(Ca) Estroncio (Sr) Bario(Ba) Cadmio(Cd) Mercurio(Hg) Hidrgeno(H) Helio(He) Litio(Li)
10. 10. 1. e- slo puede tener valores de energa especficos (cuantizadas) 2. la luz se emite como movimientos de e- de un nivel de energa a una energa de ms bajo nivel Modelo del tomo de Bohr (1913) En = -RH ( ) 1 n2 n (nmero cuntico principal) = 1,2,3, RH (constante de Rydberg) = 2.18 x 10-18 J 7.3 Fotn
11. 11. E = h E = h 7.3
12. 12. Efotn = E = Ef - Ei Ef = -RH ( ) 1 n2 f Ei = -RH ( ) 1 n2 i i f E = RH( ) 1 n2 1 n2 nf = 1 ni = 2 nf = 1 ni = 3 nf = 2 ni = 3 7.3 Series de Brackett Series de Paschen Energa
13. 13. Efotn = 2.18 x 10-18 J x (1/25 - 1/9) Efotn = E = -1.55 x 10-19 J = 6.63 x 10-34 (Js) x 3.00 x 108 (m/s)/1.55 x 10-19 J = 1280 nm Calcule la longitud de onda (en nm) de un fotn emitido por un tomo de hidrgeno durante la transicin de su electrn del estado n = 5 al estado n = 3 . Efotn = h x c / = h x c / Efotn i f E = RH( ) 1 n2 1 n2 Efotn = 7.3
14. 14. De Broglie (1924) razon que el e- es partcula y onda. 2r = n = h/mu u = velocidad del e- m = masa del e- Por qu es cuantizada la energa del e-? 7.4
15. 15. Ecuacin de la onda de Schrodinger En 1926 Schrodinger escribi una ecuacin que describi la partcula y naturaleza de la onda del e - La funcin de la onda () describe: 1. la energa del e- con un dado 2. la probabilidad de encontrar el e- en un volumen del espacio La ecuacin de Schrodinger slo se puede resolver exactamente para el tomo de hidrgeno. Debe aproximar su solucin para los sistemas del multi- electrn. 7.5
16. 16. Ecuacin de la onda de Schrodinger = fn(n, l, ml, ms) nmero cuntico principal n n = 1, 2, 3, 4, . n=1 n=2 n=3 7.6 distancia del e- de los ncleos
17. 17. la densidad del e- (orbital 1s) cae rpidamente al aumentar la distancia del ncleo Donde 90% de la densidad e- se encuentra por el orbital 1s 7.6 Distancia del ncleo Densidaddelelectrn
18. 18. = fn(n, l, ml, ms) nmero cuntico del momento angular l para un valor dado de n, l = 0, 1, 2, 3, n-1 n = 1, l = 0 n = 2, l = 0 o 1 n = 3, l = 0, 1, o 2 La forma del volumen de espacio que ocupa el e- l = 0 orbital s l = 1 orbital p l = 2 orbital d l = 3 orbital f Ecuacin de la onda de Schrodinger 7.6
19. 19. l = 0 (orbitales s) l = 1 (orbitales p) 7.6
20. 20. l = 2 (orbitales d) 7.6
21. 21. = fn(n, l, ml, ms) nmero cuntico magntico ml para un valor dado de l ml = -l, ., 0, . +l Orientacin del orbital en el espacio if l = 1 (orbital p ), ml = -1, 0, o 1 if l = 2 (orbital d ), ml = -2, -1, 0, 1, o 2 Ecuacin de la onda de Schrodinger 7.6
22. 22. ml = -1 ml = 0 ml = 1 ml = -2 ml = -1 ml = 0 ml = 1 ml = 2 7.6
23. 23. = fn(n, l, ml, ms) nmero cuntico del spin ms ms = + o - Ecuacin de la onda de Schrodinger ms = -ms = + 7.6 HornoRayo de tomos Pantalla colimadora Imn Pantalla detectora
24. 24. La existencia (y energa) del electrn en el tomo se describe por su nica funcin de onda . Principio de exclusin de Pauli: dos electrones en un tomo no pueden tener los mismos cuatro nmeros cunticos. Ecuacin de la onda de Schrodinger = fn(n, l, ml, ms) Cada lugar se identifica singularmente (E, R12, S8) Cada lugar puede admitir slo uno individual en un momento 7.6
25. 25. Ecuacin de la onda de Schrodinger = fn(n, l, ml, ms) Nivel(capa): electrones con el mismo valor de n Subnivel(subcapa): electrones con los mismos valores de n y l Orbital: electrones con los mismos valores de n, l, y ml Cuntos electrones puede admitir un orbital? Si n, l, y ml son fijos, entonces, ms = o - = (n, l, ml, ) o = (n, l, ml, -) Un orbital puede admitir dos electrones 7.6
26. 26. Cuntos orbitales 2p estn ah en un tomo? 2p n=2 l = 1 Si l = 1, entonces ml = -1, 0, o +1 3 orbitales Cuntos electrones pueden colocarse en el subnivel 3d? 3d n=3 l = 2 Si l = 2, entonces ml = -2, -1, 0, +1, o +2 5 orbitales que pueden admitir un total de 10 e- 7.6
27. 27. Energa de orbitales en un tomo de un slo electrn La energa slo depende del nmero cuntico principal n En = -RH ( ) 1 n2 n=1 n=2 n=3 7.7 Energa
28. 28. La energa de orbitales en un tomo polielectrnico La energa depende de n y l n=1 l = 0 n=2 l = 0 n=2 l = 1 n=3 l = 0 n=3 l = 1 n=3 l = 2 7.7 Energa
29. 29. Llenar electrones en orbitales de energa ms baja (Principio de Aufbau) H 1 electrn H 1s1 He 2 electrones He 1s2 Li 3 electrones Li 1s2 2s1 Be 4 electrones Be 1s2 2s2 B 5 electrones B 1s2 2s2 2p1 C 6 electrones ? ? 7.7 Energa
30. 30. C 6 electrones La distribucin de electrones ms estable en los subniveles es la que tiene el mayor nmero de espines paralelos (regla de Hund). C 1s2 2s2 2p2 N 7 electrones N 1s2 2s2 2p3 O 8 electrones O 1s2 2s2 2p4 F 9 electrones F 1s2 2s2 2p5 Ne 10 electrones Ne 1s2 2s2 2p6 7.7 Energa
31. 31. El orden de (llenando) de orbitales en un tomo polielectrnico 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s 7.7
32. 32. Cul es la configuracin electrnica del Mg? Mg 12 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s2 2s2 2p6 3s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 electrones 7.7 Abreviado como [Ne]3s2 [Ne] 1s2 2s2 2p6 Cules son los nmeros cunticos posibles para el ltimo (externo) electrn en Cl? Cl 17 electrones 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electrones En ltimo electrn sumado al orbital 3p n = 3 l = 1 ml = -1, 0, o +1 ms = o -
33. 33. Subnivel externo que se llena con electrones 7.8
34. 34. Paramagntica electrones paralelos 2p Diamagntica todos los electrones apareados 2p 7.8