Configuraciones electrónicas

Con este vídeo podrás aprender fácilmente a elaborar la configuración electrónica de cualquier elemento químico.

Con este vídeo podrás aprender fácilmente a elaborar la configuración electrónica simplificada (Kernel) de cualquier elemento químico.

Con este vídeo podrás aprender fácilmente a elaborar la configuración gráfica de cualquier elemento químico.

Con este vídeo podrás aprender fácilmente a designar los cuatro números cuánticos de cualquier elemento químico.

Modelo Atómico de Niels Bohr

Antecedentes del modelo atómico de Bohr.

Energía Radiante.

Para comprender la teoría cuántica de Planck es necesario tener cierto conocimiento acerca de la naturaleza de las ondas. Podemos pensar en una onda como una alteración vibrátil mediante la cual se transmite la energía. Las propiedades básicas de una onda se ilustran con un tipo muy conocido de ondas: las del agua. La variación regular de las crestas y los valles hace posible percibir la propagación de las ondas.

Las propiedades características de las ondas son su longitud y altura, así como el número de andas que pasan por determinado punto en un segundo. La longitud de onda  (lambda) es la longitud entre puntos iguales de ondas sucesivas. La frecuencia  (nu), es el número de ondas que pasan por un punto particular en un segundo. La amplitud de la onda es la longitud vertical de la línea media de una onda a su cresta o a su valle. La rapidez es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del tipo de onda y del medio en el cual viaja (por ejemplo, agua, aire o vacío). La rapidez (u) de una onda es el producto de su longitud y frecuencia:

Existen muchos tipos ondas, como las del agua, del sonido y de la luz, en 1873, James Clerk Maxwell propuso que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas. De acuerdo con esta teoría, una onda electromagnética tiene un componente de campo eléctrico y un componente de campo magnético. Ambos tienen la misma longitud de onda y frecuencia, y por tanto, igual rapidez, pero viajan en planos perpendiculares entre sí. La trascendencia de la teoría de Maxwell estriba en que aporta una descripción matemática del comportamiento general de la luz. En particular, el modelo de Maxwell describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación a través del espacio como una vibración de campo magnético y eléctrico. La radiación electromagnética es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas viajan a 3.00 x 10 ⁸ metros por segundo. Esta rapidez varía según el medio, pero no lo suficiente para modificar de manera sustancial los cálculos. Por convención, la rapidez de las ondas electromagnéticas, que comúnmente se llama rapidez de la luz, se expresa con el símbolo c. la longitud de onda de las ondas electromagnéticas se expresa normalmente en nanómetros (nm).

A continuación presentamos los distintos rangos de fotones que contiene el espectro electromagnético: Los fotones con más energía que se conocen son los Fotones gamma, son aquellos asociados a las longitudes de onda más corta y son llamados rayos gamma. Si se sigue incrementando la longitud de onda, continúan los rayos x, y luego los rayos ultravioleta.

Si seguimos aumentando la longitud de onda pasamos a la luz infrarroja; luego las, las microondas y finalmente las ondas de radio. Entre los rayos gamma y las ondas de radio tenemos un muy amplio espectro de luz y solo una muy pequeña zona de ese espectro es directamente perceptible a la visión. 

Teoría cuántica de Planck.

Cuando los sólidos se someten a calentamiento emiten radiación electromagnética que abarca una amplia gama de longitudes de onda, la luz rojiza tenue de un calentador eléctrico o la luz blanca brillante de una lámpara de tungsteno son ejemplos de la luz que emiten los sólidos calentados.

Las mediciones hechas en la última parte del siglo XIX mostraron que la cantidad de energía radiante que emitía un objeto a cierta temperatura dependía de su longitud de onda. Sin embargo, la explicación de esta dependencia con la teoría ondulatoria establecida y con las leyes de la termodinámica no era del todo satisfactoria. Una de las teorías explicaba la dependencia de la longitud de onda corta pero no la de longitudes de onda más largas. Otra teoría explicaba la dependencia de longitudes de onda larga, pero no la de las cortas. Era como si faltara algo fundamental en las leyes de la física clásica.

Planck resolvió el problema con una suposición que se apartaba en forma radical de los conceptos establecidos. La física clásica asumía que los átomos y las moléculas emitían (o absorbían) cualquier cantidad de energía radiante. En cambio, Planck proponía que los átomos y las moléculas emitían o (o absorbían) energía solo en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos. A la mínima cantidad de energía que se podía emitir (o absorber) en forma de radiación electromagnética, Planck la llamó cuanto. La E de un solo cuanto de energía está dada por

E = hv

Donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia de la radiación. El valor de la constante de Planck es 6.63 x 10 ^-34 J  s. 

Concepto de cuanto.

Efecto Fotoeléctrico.

En 1905, solo cinco años después de que Planck presentara su teoría cuántica, Albert Einstein la utilizó para resolver otro misterio en la física, el efecto fotoeléctrico, un fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que han sido expuestos a la luz de al  menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como frecuencia umbral. El número de electrones liberados, no su energía, era proporcional a la intensidad (o brillantez) de la luz. No importaba que tan intensa fuera la luz. Los electrones no se liberaban cuando la frecuencia no llagaba al umbral.

La teoría de la onda de luz no podía explicar el efecto fotoeléctrico, pero Einstein partió de una extraordinaria hipótesis al considerar que un rayo de luz es, en realidad, un torrente de partículas. Tomando como punto la teoría cuántica de Planck, Einstein dedujo que cada uno de estas partículas de luz, que ahora se conocen como fotones debe poseer una energía E, de acuerdo con la ecuación:

E = hv

Donde  es la frecuencia de la luz.

                Los electrones se mantienen unidos en el metal por fuerzas de atracción y, para emitirlos, se necesita una luz que tenga una frecuencia suficientemente alta. 

Modelo Atómico de Rutherford.

El experimento de Rutherford, en 1911, que pretendía comprobar la validez del modelo de atómico de Thomson, consistió en bombardear una lámina muy fina de oro (10^-3 cm de espesor) con un haz de partículas a, cuya carga eléctrica es positiva.

En la experiencia de Rutherford los elementos radiactivos servían como “cañones de partículas”. Si se coloca una porción de material que contenga algún elemento radiactivo en una caja forrada de plomo con un orificio, dado que el plomo absorbe la radiación, casi todas las partículas que salen despedidas quedan absorbidas por el plomo, pero algunas atravesarán el agujero y formarán un delgado flujo de partículas muy energéticas que pueden dirigirse contra un blanco. 

Observa con atención el siguiente vídeo:

1. Todos los protones y neutrones se encuentran en el centro del átomo, en el núcleo. Puesto que la mayor parte de la masa del átomo está concentrada en esta región tan pequeña, el núcleo del átomo tiene una densidad muy alta (1.0 x 10¹⁴ g/mL). ¡Un mililitro de materia nuclear tendría una masa de 1.1 x 10⁸ toneladas! Asimismo, en razón de que los protones tienen carga positiva y los neutrones son neutros, la carga relativa en el núcleo debe ser positiva e igual a la cantidad de protones.

               

2. La cantidad de protones más la cantidad de neutrones es igual al número de masa del átomo debido a que la masa del electrón es insignificante.

3. Un átomo es eléctricamente neutro. En un átomo neutro, la cantidad de protones es igual a  la cantidad de electrones. Si un átomo gana o pierde electrones, se convierte en un ión. En los iones, la cantidad de electrones no es igual a la cantidad de protones y por lo tanto tienen cargas positiva o negativa. Los átomos son neutros, los iones tienen carga.

4. Fuera del núcleo hay principalmente espacio vacío, pero en este espacio se encuentran los electrones en ciertos niveles de energía. Los niveles de energía son una serie de áreas fuera del núcleo de un átomo en las que se localizan los electrones.

Modelo Atómico de J. J. Thomson.

Experimentos de Thomson:

Las conclusiones a las que Thomson llegó fueron las siguientes:

      Las partículas de los rayos catódicos poseen carga negativa, ya que son atraídas hacía la parte positiva del campo eléctrico además son partículas fundamentales que se encuentran en todos los átomos.

      Las partículas de los rayos catódicos tienen una masa muy pequeñísima (la cual no pudo determinar)

                 A las partículas de los rayos catódicos Thomson las llamó electrones (nombre propuesto por en 1874 por J. Stoney), palabra de origen griego que significa “ámbar” en referencia a que el primer experimento electromagnético realizado en el mundo tuvo lugar en la antigüedad en la ciudad de Magnesia, donde se utilizaron dos trozos de ámbar gris.

  

Modelo atómico de John Dalton

En 1803 John Dalton, presentó su teoría atómica con la publicación de su New System of Chemical Philosohy. La teoría atómica de Dalton puede definirse en los siguientes postulados:

1. Los elementos están compuestos de pequeñas partículas separadas llamadas átomos. Esta hipótesis ha sido comprobada de manera experimental. Los átomos individuales de diversos elementos han sido fotografiados con un microscopio electrónico de barrido.

2. Los átomos son indivisibles e indestructibles y conservan su identidad a través de los cambios físicos y químicos. La investigación moderna ha modificado esta hipótesis. Los átomos ya no son indestructibles y pueden perder su identidad cuando se dividen durante las reacciones nucleares. Sin embargo, la hipótesis de Dalton sigue siendo cierta para reacciones químicas.

3. Los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y tienen las mismas propiedades químicas y físicas. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes masas y difieren en sus propiedades físicas y químicas. No obstante, los átomos de un mismo elemento (denominados isotopos) pueden tener diferentes masas.

4. Cuando los átomos de los elementos se combinan para formar moléculas de compuestos lo hacen siempre en proporciones de números enteros. Por ejemplo, los átomos se pueden combinar en proporciones de 1:1, 1:2 o 2:3. Este principio ha sido confirmado de manera experimental.

5. Los átomos de diferentes elementos pueden unirse en diferentes proporciones para formar más de un compuesto. Éste es otro principio demostrado experimentalmente En la imagen anterior, dos átomos de hidrógeno se unieron con un átomo de oxígeno para forma agua (H₂O). Dos átomos de hidrógeno también se pueden combinar con dos átomos de oxígeno para formar una molécula de peróxido de hidrógeno (H₂O₂).

Lógicamente el modelo y la teoría inicial de Dalton han sido modificados y algunas de sus partes han sido descartadas a medida que se han ido acumulando millares de nuevos hechos químicos. No obstante, los aspectos principales del modelo y la teoría de Dalton son todavía útiles y válidos.  

Modelo Atómico de Democrito y Leucipo

Alrededor del año 400 a. C; los filósofos griegos Demócrito y Leucipo fueron los primeros en introducir la palabra átomo, que se refería a una porción indivisible de la materia. Cuando se divide un pedazo de madera –argumenta Demócrito–, es lógico pensar que la hoja del cuchillo penetra en intersticios existentes en la materia. Las partículas últimas indivisibles de la materia son los átomos. Cada uno de estos átomos eternos, indestructibles y eternamente invariables, representa una unidad parmenidiana (de Parménides). Los átomos no poseen sabor, olor, no color; todas estas propiedades no residen en la materia. Todas las cosas se componían de átomos. Resumiendo la filosofía atómica antigua;

1.  Todas las cosas están hechas de átomos sólidos.
2. Espacio o vacío, es decir, vacuidad, existe entre los átomos.
3. Los átomos son eternos.
4. Los átomos, por ser demasiado pequeños no son visibles.
5. Los átomos son indivisibles, homogéneos e incomprensibles.
6. Los átomos difieren uno de otro por su forma, tamaño, distribución geométrica.
7. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.   

Introducción a los modelos atómicos.

Introducción 

Desde la antigüedad, los hombres se han preguntado de qué están hechas las cosas. El primero del que tenemos noticias fue un pensador griego, Tales de Mileto, quien en el siglo VII antes de Cristo, afirmó que todo estaba constituido a partir de agua, que enrareciéndose o solidificándose formaba todas las sustancias conocidas. Con posterioridad, otros pensadores griegos supusieron que la sustancia primigenia era otra. Así, Anaxímenes de Mileto, en al siglo VI a. C. creía que era el aire y Heráclito de Éfeso, el fuego.

En el siglo V, Empédocles de Agrigento reunió las teorías de sus predecesores y propuso no una, sino cuatro sustancias primordiales, los cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego. La unión de estos cuatro elementos, en distinta proporción, daba lugar a la vasta variedad de sustancias distintas que se presentan en la naturaleza. Aristóteles, añadió a estos cuatro elementos un quinto: el quinto elemento, el éter o quinta esencia, que formaba las estrellas, mientras que los otros cuatro formaban las sustancias terrestres.