1. I. NT. GERARDO ANTONIO MUÑOZ RODRÍGUEZ
UNIDAD 1:Teoría Cuántica y Estructura Atómica
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QUÍMICA
2. 1. El átomo y sus partículas subatómicas
1. Rayos catódicos y rayos anódicos
2. Radiactividad
2. Base experimental de la teoría cuántica
1. Teoría ondulatoria de la luz
2. Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck
3. Efecto fotoeléctrico
4. Espectros de emisión y series espectrales
3. Teoría atómica de Bohr
1. Teoría Atómica de Bohr-Sommerfeld
4. Teoría cuántica
1. Principio de dualidad. Postulado de De Broglie
2. Principio de incertidumbre de Heisenberg
3. Ecuación de onda de Schrödinger
1. Significado físico de la función de onda
2. Números cuánticos y orbitales atómicos
2
3. 5. Distribución electrónica en sistemas polielectrónicos
1. Principio de Aufbau o de construcción
2. Principio de exclusión de Pauli
3. Principio de máxima multiplicidad de Hund
4. Configuración electrónica de los elementos y su ubicación en la tabla periódica
5. Principios de radiactividad
6. Aplicaciones tecnológicas de la emisión electrónica de los átomos
3
5. EL ÁTOMOY SUS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS
Átomo
Protón
NeutrónElectrón
Partícula indivisible por métodos
químicos, formada por un núcleo
rodeado de electrones
Átomo
Partícula elemental con carga
eléctrica negativa, que gira alrededor
del átomo
Electrón
Partícula elemental sin carga eléctrica,
que forma parte del núcleoNeutrón
Partícula elemental con carga
eléctrica positiva, que forma parte del
núcleo
Protón
5
www.rae.es
6. RAYOS CATÓDICOSY RAYOS ANÓDICOS
Rayos catódicos
• Flujo de electrones que viaja del
cátodo hacia el ánodo debido a
una corriente eléctrica
Rayos anódicos
• Flujo de iones positivos que viajan
del ánodo hacia el cátodo debido a
una corriente eléctrica
6
http://www.chemistry-assignment.com/anode-rays-or-canal-rays
7. RADIACTIVIDAD
La radiactividad no depende de la forma física del cuerpo radioactivo, es una cualidad de algunos átomos.
7
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radact.html
Partículas alfa
• Partículas compuestas de dos neutrones y dos
protones (núcleo de helio)
Partículas beta
• Emisiones de electrones durante la transformación
de neutrón a protón o viceversa.
Radiación gamma
• Energía liberada desde el núcleo después de la
emisión de partículas alfa y beta
9. TEORÍA ONDULATORIA DE LA LUZ
9
http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/particleorwave.html
10. RADIACIÓN DEL CUERPO NEGRO
Es una cavidad caliente donde hay radiación
electromagnética en equilibrio con las paredes.
Si se hiciera un pequeño agujero que permita
la salida de la radiación, el análisis de esta
mostrara la misma distribución de frecuencias
independientemente del material, solo
cambiando en función de la temperatura.
10
Sepulveda S.Alonso; Los conceptos de la física: evolución histórica, pg 291
11. TEORÍA DE PLANCK
Planck descubrió por medio de sus experimentos
que los átomos y las moléculas emitían radiación en
cantidades discretas llamadas “cuantos”.
Propuso asi su teoría para determinar la energía
emitida por medio de:
𝐸 = ℎ𝑣
11
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/estructura_atomica/ap1/bohr07.gif
13. ESPECTROS DE EMISIÓNY SERIES ESPECTRALES
13
https://i.stack.imgur.com/bPtWq.gifChang, R. , Química General; 7ma ed, pg 254
14. TEORÍA ATÓMICA DE BOHR-SOMMERFELD
Orbitas
elípticas
Velocidad
relativista
14
Los
electrones
giran
alrededor del
núcleo en
orbitas
Cada nivel u
orbita le
corresponde
un valor de
energía
El electrón
nunca caerá
al núcleo
15. POSTULADO DE DE BROGLIE
Relaciona las ecuaciones de energía de un fotón con la ecuación de Energía de Einstein:
𝐸 = 𝑚𝑐2
=
ℎ𝑐
𝜆
⟹ 𝑚𝑐 =
ℎ
𝜆
⟹ 𝜆 =
ℎ
𝑚𝑣
=
ℎ
𝑝
Con lo que se concluye que a cualquier longitud de onda le corresponde una masa y viceversa
15
16. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG
16
A partir de las ecuaciones de energía y de longitud de onda de de Broglie, establece la siguiente relación:
ℎ =
𝐸𝜆
𝑐
y ℎ = 𝜆𝑝
𝐸
𝑣
= 𝜆𝑝
Concluyendo que por la medición de la posición y el momento, se lleva una incertidumbre en cada medición, por
lo que es imposible determinar la posición y el momento de manera precisa.
17. ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRÖDINGER
Schrödinger propuso una ecuación que no especificaba orbitas discretas, pero en cambio describía la onda
asociada con el electrón.
𝜕2
Ψ
𝜕𝑥2 +
𝜕2
Ψ
𝜕𝑦2 +
𝜕2
Ψ
𝜕𝑧2 +
8𝜋2
𝑚
ℎ2 𝐸 − 𝑉 Ψ = 0
La ecuación de onda propuesta por Schrödinger considera la posición del electrón y la energía del mismo, tanto
cinética como potencial.
17
Douglas, B., Conceptos y modelos de química inorgánica; 2da edición, pg 10, 1994.
18. PRINCIPIO DE AUFBAU
El llenado de los subniveles energéticos se lleva a
cabo de menor a mayor energía
18
http://images.tutorvista.com/cms/images/81/energy-level-diagram-and-aufbau-principle.png
19. PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULLI
No es posible que dos electrones del
mismo átomo posean los mismos 4
números cuánticos
19
1S 2S 2P 2P 2P
N
N
20. REGLA DE HUND
Establece que la distribución electrónica mas
estable es la que cuenta con el mayor número
de espines paralelos
20
1S 2S 2P 2P 2P
N
N
N
21. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ELEMENTOS
21
https://image.slidesharecdn.com/clase-141210225755-conversion-gate02/95/clase01-tabla-periodica-13-638.jpg?cb=1418252323
2P3
Número cuántico
n
Número cuántico
l
Número de electrones
en el orbital
22. PRINCIPIO DE RADIACTIVIDAD
Propiedad de ciertos cuerpos cuyos
átomos, al desintegrarse espontáneamente,
emiten radiaciones, y cuya unidad de
medida en el sistema internacional es el
becquerel.
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www.rae.es http://profesores.fi-b.unam.mx/jlfl/Fundamentos/Radiaciones_residuos_aplicaciones.pdf
