Configuracion Electronica

La configuración electrónica de un átomo nos indica como se distribuyen los electrones en las diferentes capas, subcapas y orbitales. Esta distribución está relacionada con las propiedades físicas de los elementos. Para escribir la configuración electrónica de un átomo polielectrónico utilizaremos tres reglas: 1/ Regla de llenado o aufbau; 2/ Principio de exclusión de Pauli; 3/ Regla de Hund de la máxima multiplicidad.

• Regla de llenado o aufbau. Los electrones ocupan los orbitales de manera que se minimice la energía del átomo. Es decir, primero se ocupan los niveles de menor energía. El orden de llenado de las diferentes subcapas se obtiene mediante el siguiente diagrama en el que debemos comenzar por la linea superior e ir siguiendo las flechas.

• Principio de exclusión de Pauli. Dos electrónes de un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales. Los números cuánticos n,l y m determinan un orbital en el que solo pueden entrar dos electrones con valores diferentes de ms.
• La regla de Hund de la máxima multiplicidad nos dice que los orbitales de igual energía se van ocupando con un electrón (semillenan), una vez semiocupados se comienza el llenado. 

En la siguiente imagen podemos ver la aplicación del principio de Pauli y la regla de Hund al llenado de orbitales para nitrógeno, oxígeno, flúor y neon..

Configuración Electrónica de los Elementos

   Recuerda que en cada subnivel hay un número máximo de electrones s = 2e-, p = 6e-, d = 10e- y f = 14e-

   En el subnivel s solo puede haber como máximo 2 electrones, en el p 6, en el d 10 y en el f 14.

   Si hacemos la configuración electrónica de un átomo de un elemento con 10 electrones (número atómico que se saca de la tabla periódica, es el Neón) siguiendo la regla de la diagonal su configuración quedaría así:

  1s2 2s2 2p6

   Explicación

   Siguiendo el esquema empezamos por el nivel 1s el cual lo llenamos con su número máximo de electrones (2) y sería 2s2, como nos faltan 8 electrones más siguiendo el esquema pasamos al nivel 2s, que también como es nivel s solo puede tener 2 electrones, por lo tanto 2s2. Ahora pasamos al nivel 2p que por ser nivel p puede tener como máximo 6 electrones, precisamente los que nos faltan para llegar a 10,por lo tanto sería 2p6. Al final queda:

   1s2 2s2 2p6 

 ¿Y si tuviera 9 electrones? pues muy sencillo igual pero al llegar al nivel 2p solo pondríamos 5 electrones en ese nivel, 2p5 y quedaría 1s2 2s2 2p5. el nivel 2p no se llena por completo. ¿Fácil no?

   Cuantos electrones tiene un átomo en su última capa? Pues en el caso del de 10 electrones en su última capa tendrá 6 electrones y el en el caso del 9, en su última capa tendrá 5. Estos son sus electrones de valencia.

   Por cierto el de 9 electrones el es Flúor (F) y el de 10 el Neón (Ne). Lo puedes comprobar en la tabla periódica de los elementos.

La relacion de la tabla periodica con la configuracion electronica es de acuerdo con su nivel y el bloque de la tabla periodica donde se ubica el elemento quimico ya que su ultimo nivel de configuracion electronica es el que se toma para identificar el bloque al que pertenece el elemento.

Teoria cuantica

El estudio de la química cuántica tiene una fuerte y activa relación con algunos campos científicos como la física molecular, la física atómica y la fisicoquímica, y las contribuciones al respecto provienen tanto de físicos como de químicos
La teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación y la configuración electrónica es la distribución de los electrones en el átomo, según su número cuántico y atómico, y por tanto, es la más probable de los electrones en torno al núcleo. Otra definición podría ser la organización de los electrones en un átomo, que determina las propiedades químicas del mismo
.

Modelo atomico de Bohr- Sommerfeld.

El Modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico alemán Arnold Sommerfeld (1868–1951) que básicamente es

una generalización relativista del modelo atómico de Bohr (1913).

CARACTERÍSTICAS DEL MODELO

En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de éste. Para eso introdujo dos modificaciones básicas:

Órbitas casi-elípticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares.

La excentricidad de la órbita dio lugar a un nuevo número cuántico: el número cuántico azimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo

representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n-1. Las órbitas con:

• l = 0 se denominarían posteriormente orbitales s o sharp
• l = 1 se denominarían p o principal.
• l = 2 se denominarían d o diffuse.
• l = 3 se denominarían f o fundamental.

Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil,

sino que tanto el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una

masa varios miles de veces superior a la masa del electrón.

Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las órbitas

del electrón pueden ser circulares y elípticas. Introduce el número cuántico secundario o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores

0, 1, 2,…(n-1), e indica el momento angular del electrón en la órbita en unidades de h/2π , determinando los subniveles de energía en cada nivel

cuántico y la excentricidad de la órbita.

Teoria atomica de Bohr

• El electrón, el protón, el neutrón.

  • El electrón tiene una masa muy pequeña y una unidad de carga eléctrica, del tipo que llamamos negativa.
  • El protón tiene una masa mucho mayor que el electrón, y también una unidad de carga eléctrica, pero del tipo que llamamos positiva.
  • El neutrón no tiene carga eléctrica y posee una masa igual que la del protón. 

• El átomo está formado por núcleo y corteza.

  • En el núcleo se encuentran aglutinados protones y neutrones, en número diferente según el elemento de que se trate.
    Por ejemplo, el hidrógeno tiene un solo protón. En cambio el sodio tiene once protones y doce neutrones.
  • La corteza está formada por capas, en las cuales giran los electrones en órbitas circulares alrededor del núcleo.

FIG. 1.2

En cada capa hay uno o varios electrones. El número total de electrones de la corteza es igual al número de protones del núcleo, de tal manera que la carga eléctrica total de un átomo es nula.

Número de cargas negativa "electrones" = número de cargas positivas "protones"

Cuando un electrón salta de una capa a otra inferior, desprende energía radiante. Para que un electrón salte de una capa a otra superior, es preciso comunicarle energía exterior.

Espectros de emision y series espectrales

	Espectros de absorción y de emisión
	Ya sabemos que cuando hacemos pasar la luz a través de un prisma óptico se produce el efecto llamado dispersión que consiste en la separación de las distintas longitudes de onda que forman el rayo incidente. La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran. Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometidos a temperaturas elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda. El siguiente gráfico muestra el espectro de emisión del Na (sodio): El conjunto de líneas espectrales que se obtiene para un elemento concreto es siempre el mismo, incluso si el elemento forma parte de un compuesto complejo, y cada elemento produce su propio espectro diferente al de cualquier otro elemento. Esto significa que cada elemento tiene su propia firma espectral. Si hacemos pasar la luz blanca por una sustancia antes de atravesar el prisma sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia y obtendremos el espectro de absorción de dicha sustancia. El gráfico siguiente muestra el espectro de absorción del sodio: Observa que el sodio absorbe las mismas longitudes de onda que es capaz de emitir. La regularidad encontrada en los espectros discontinuos supone un apoyo muy importante para comprender la estructura de los átomos.

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Efecto Fotoelectrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).¹ A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia:

• Fotoconductividad: Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo XIX.
• Efecto fotovoltaico: Transformación parcial de la energía lumínica en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884 

El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz, en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck

Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y este último tiene más energía que la función de trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material.

Los electrones pueden absorber energía de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida, una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como una partícula libre.

Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y este último tiene más energía que la función de trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material.

Aumentar la intensidad del haz no cambia la energía de los fotones constituyentes, solo cambia el número de fotones. En consecuencia, la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, sino de la energía de los fotones.

Los electrones pueden absorber energía de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida, una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como una partícula libre.

Einstein no se proponía estudiar las causas del efecto en el que los electrones de ciertos metales, debido a una radiación luminosa, podían abandonar el metal con energía cinética. Intentaba explicar el comportamiento de la radiación, que obedecía a la intensidad de la radiación incidente, al conocerse la cantidad de electrones que abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era proporcional a la energía que impulsaba a dichas partículas.

Radiacion Cuerpo negro

EXPLICACIÓN DE LA RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO:
los investigadores veían que estaba más cerca la explicación de los procesos por los cuales la materia emitía o absorbía radiación. Sin embargo, al intentar explicar la radiación térmica emitida por un cuerpo caliente, los físicos se encontraron con un problema que se resistía a encuadrarse dentro de los conocimientos de la Física clásica (la Mecánica de Newton y el electromagnetismo de Maxwell).

Espectro de una lámpara incandescente del Helio
En las cercanías de un objeto muy caliente, como una estufa o un leño encendido nuestra piel percibe el calor que nos llega en forma de ondas infrarrojas. Pero no sólo los cuerpos muy calientes emiten ondas electromagnéticas: en realidad, todo cuerpo cuya temperatura sea superior al cero absoluto lo hace. Para las temperaturas que percibimos cotidianamente, la mayor parte de la energía se emite en el rango infrarrojo y un poco en el visible. En general, un cuerpo sólido emite todo un espectro de ondas

El espectro de dos cuerpos cualesquiera, a la misma temperatura, difiere dependiendo del material y de la forma que tengan. Para estudiar el problema de la radiación se eligió un cuerpo patrón ideal, que emitía y absorbía energía con eficiencia máxima, llamado cuerpo negro.Consistía en una cavidad con un pequeño orificio por donde salía la radiación a analizar, cuando las paredes se calentaban hasta una temperatura determinada. Independientemente del material con que estén fabricados, los espectros de los cuerpos negros a la misma temperatura son idénticos. 1. A medida que la temperatura aumenta, la cantidad de energía emitida es mayor. En particular, la energía aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (ley de Stefan-Boltzmann): 2. Un cuerpo emite mayor cantidad de energía en una longitud de onda determinada. A medida que la temperatura aumenta esta longitud de onda se hace más pequeña, cumpliéndose la ley de Wien: µmáxima T = constante Ley de Wein: Energía radiante por un objeto caliente a distintas longitudes de onda