4. Números cuánticos
De acuerdo a la mecánica cuántica, cada electrón en un átomo es descrito por
cuatro números cuánticos:
a) Número cuántico principal. Se representa con la letra n y describe los
niveles de energía en que se encuentran los electrones. Toma valores que
van desde el 1 al 7, o bien, de la letra K hasta la Q. El átomo de
hidrógeno solo presenta un nivel de energía, el 1, debido a que solo posee
un electrón.
b) Número cuántico del momento angular. Se representa con la letra l e
indica la forma de los orbitales. Describe los subniveles de energía y
normalmente son representados por las letras s, p, d, f, etc.
c) Número cuántico magnético. Se representa como ml y describe la
orientación del orbital en el espacio. Define el número de orbitales que
tiene cada subnivel de energía.
d) Número cuántico del spin. Se representa como ms y representa la forma
en que giran los electrones.
4. Números cuánticos
Configuración electrónica.
En cierto sentido, se puede considerar al conjunto de los números cuánticos
como el “domicilio” de un electrón en un átomo. Para entender el
comportamiento electrónico de los átomos, se debe conocer la
configuración electrónica del átomo, es decir, la forma en que están
distribuidos los electrones entre los distintos orbitales atómicos. Para ello,
hay que tomar en cuenta a los cuatro números cuánticos.
El principio de exclusión de Pauli establece que dos electrones en un mismo
átomo no pueden tener los mismos cuatro números cuánticos; en
consecuencia, un orbital no podrá tener mas de dos electrones, ya que
solo hay dos formas en las que gira el electrón.
La regla de Hund establece que la distribución más estable de electrones en
los subniveles es aquella que tenga el mayor número de espines paralelos.
4. Números cuánticos
Configuración electrónica.
La secuencia de ocupación no es exactamente regular, pero puede resumirse
de la siguiente manera:
4. Números cuánticos
Configuración electrónica.
Hay que tomar en cuenta el número de orbitales que posee cada subnivel:
Subnivel
orbitales
electrones
s
1
2
p
3
6
d
5
10
f
7
14
4. Números cuánticos
Configuración electrónica.
Por ejemplo, la configuracion electrónica del 24Cr es:
Ejercicio: Hacer la configuración electrónica del 87Fr.
4. Tabla periódica
El descubrimiento de elementos químicos es un proceso que se ha
llevado a cabo desde tiempos antiguos. Ciertos elementos como el
oro y la plata aparecen en la naturaleza en forma elemental y así
fueron descubiertos hace miles de años. Sin embargo, la mayor
parte de los elementos, aunque estables, solo se encuentran en la
naturaleza combinados con otros elementos.
A partir de los trabajos de Lavoisier, los científicos encontraron los
métodos necesarios para aislar a los elementos. Así, para el año de
1800 solo se conocían 31 elementos, pero este número creció y se
dobló en solo 65 años. Esto es, para 1865 ya se conocían 63
elementos y, con tal diversidad, abundaron las propuestas para
poder clasificarlos.
Surgen, pues, las primeras clasificaciones.
4. Tabla periódica
La triada de Döbereiner.
En 1829, este químico alemán notó que algunos elementos tenían
propiedades similares y clasificó algunos de estos elementos en
grupos de tres, a los que llamó triadas.
Sin embargo, al crecer el número de elementos descubiertos, la
clasificación de los mismos se hizo más difícil. De hecho, en
aquellos tiempos no se conocían las partículas subatómicas, y solo
se contaba con las masas relativas de los elementos. En las triadas
de Döbereiner, el elemento de en medio poseía, más o menos, el
promedio de la masa atómica de los otros dos.
4. Tabla periódica
La clasificación de Mendeleiev.
En 1869, Mendeleiev en Rusia y Meyer en Alemania publicaron
esquemas casí idénticos para la clasificación de los elementos.
Ambos se dieron cuenta que las propiedades físicas y químicas de
los elementos se repetían en forma ordenada si los organizaban de
acuerdo con el aumento de su masa atómica.
Mendeleiev se llevó el mayor crédito debido a que predijo la existencia
de elementos desconocidos hasta entonces como el Ga y el Ge. Fue
tan acertado su pronóstico que, incluso, se aventuró a predecir
algunas propiedades de estos elementos. Se aventuró también a
poner primero el Te en lugar del I aún teniendo este último menor
masa atómica que el primero.
En sus previsiones dejó muchos espacios en blanco, donde pronto se
acomodarían los nuevos elementos descubiertos.
4. Tabla periódica
La Tabla periódica de Mendeleiev.
4. Tabla periódica
La actual tabla periódica.
En 1913, cuando ya se conocían algunas partículas subatómicas,
Henry Moseley descubrió una correlación entre lo que el llamó
“número atómico” y la frecuencia de los rayos X que se generaban
al bombardear un elemento con electrones de alta energía. Hoy en
día, el número atómico se define en función del número de
electrones o protones, con lo cual es más fácil explicar la
repetición de las propiedades físicas y químicas de los elementos.
Por ejemplo, en la tabla de Mendeleiv el Ar iría antes del K y quedaría
fuera de los gases nobles, problema que se resuelve al clasificarlo
acorde al número atómico.
4. Tabla periódica
Organización de la tabla periódica.
Los elementos se pueden clasificar en cinco grandes categorías de acuerdo a
la configuración electrónica de los mismos:
1. Elementos representativos. Todos estos elementos tienen en común
subniveles s o p en su máximo número cuántico principal.
2. Gases nobles. Son los elementos del grupo VIII A, los cuales tienen
completamente lleno su último nivel de energía en el subnivel
correspondiente.
3. Elementos de transición. Son los elementos de los grupos B, a
excepción del IIB. Tienen en común que sus electrones de valencia se
encuentran en el subnivel d.
4. Elementos del grupo IIB. No tienen similitud con los elementos
representativos ni con los elementos de transición. Aún así, no tienen un
nombre en especial (Zn, Cd, Hg).
5. Lantánidos y Actínidos. Se les conoce como elementos de transición del
bloque f por tener incompleto este subnivel.
4. Tabla periódica
Organización de la tabla periódica.
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