Configuración electrónica

CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

En física y química, la configuración electrónica es la manera en la cual los electrones se estructuran o se modifican en un átomo, molécula o en otra estructura físico-química, de acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual las funciones de ondas del sistema se expresa como un producto de orbitales anti simetrizadas. Cualquier conjunto de electrones en un mismo estado cuántico deben cumplir el principio de exclusión de Pauli. Por ser fermiones (partículas de espín sementero) el principio de exclusión de Pauli nos dice que esto es función de onda total (conjunto de electrones) debe ser anti simétrica  Por lo tanto, en el momento en que un estado cuántico es ocupado por un electrón, el siguiente electrón debe ocupar un estado cuántico diferente.

En los átomos, los estados estacionarios de la función de onda de un electrón en una aproximación no relativista (los estados que son función propia de la ecuación de Schrödinger  en donde  es el ha miltoniano mono electrónico correspondiente; para el caso general hay que recurrir a la ecuación de Dirac de la mecánica cuántica de campos) se denominan orbitales atómicos, por analogía con la imagen clásica de los electrones orbitando alrededor del núcleo. Estos estados, en su expresión más básica, se pueden describir mediante cuatro números cuánticos: n, l, m y ms, y, en resumen, el principio de exclusión de Pauli implica que no puede haber dos electrones en un mismo átomo con los cuatro valores de los números cuánticos iguales.

De acuerdo con este modelo, los electrones pueden pasar de un nivel de energía orbital a otro ya sea emitiendo o absorbiendo un cuanto de energía, en forma de fotón. Debido al principio de exclusión de Pauli, no más, de dos electrones pueden ocupar el mismo orbital y, por tanto, la transición se produce a un orbital en el cual hay una vacante.

La ecuación de Schrödinger

La ecuación de Schrödinger.

El desarrollo de la física cuántica a introducidas nuevas formas de comprender los fenómenos que rodean el comportamiento de las partículas elementales. Se ha visto que las ondas electromagnéticas poseen cualidades de partículas energéticas, así como los electrones poseen propiedades de ondas, es decir, es posible asignarles una frecuencia angular y una contante de movimiento determinada, pero además es imposible establecer un punto exacto del espacio donde se encuentra la partícula. La fusión definitiva que cuantifica estas ideas, ha sido conseguida gracias a estudios científicos desarrollados por Erwin Schrödinger, llamándola ecuación de onda, la cual incluye en comportamiento ondulatorio de las partículas y la fusión de la probabilidad de su ubicación.

Es cierto que la búsqueda de la solución de esta ecuación es en el extremo complicada, pero para situaciones reales es de gran utilidad para establecer un estudio matemático riguroso de modelos físicos.

POSTULADOS DE LA ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRODINGER

1. - Cada partícula del sistema físico se describe por medio de una onda plana descrita por una función denotada por Y(x, y, z, t); esta función y sus derivadas parciales son continuas, finitas y de valores simples.

2. - Las cantidades clásicas de la energía (E) y del momentum (P), se relacionan con operadores de la mecánica cuántica definida de la siguiente manera.

3. - La probabilidad de encontrar una partícula con la función de onda en el espacio viene dada por:

Donde Y *(x, y, z, t) es la conjugada compleja de Y (x, y, z, t) y se cumple que

Y (x, y, z, t) Y *(x, y, z, t) = | Y (x, y, z, t)|².

DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN DE SCHRODINGER 

La energía total de la partícula se expresa como:

 E = E_p + E_c

donde Ep es la energía potencial y Ec es la energía cinética:

Utilizando los operadores cuánticos para Ep constante:

Multiplicando por la función de onda Y (r, t) obtenemos la función de Schrödinger en el espacio r:

Para ampliar este resultado se emplea el operador de La place:

Obteniendo la Ecuación General de Schrödinger.

Modelo atómico cuántico.

Arquitectura Electronica

Arquitectura Electrónica

Algunas propiedades físicas y todas las propiedades químicas de los átomos, están determinadas por la corteza de los electrones,razón por la cual la importancia de conocer como están distribuidos los electrones en los átomos, esa manera como están distribuidos se le conoce como configuración electrónica del estado fundamental o basal de los átomos.

Condiciones Para La Realización De La Configuración Electrónica

Principio de Ordenamiento: Al ser ordenados los elementos de forma creciente de acuerdo a su número atómico en la tabla periódica, cada átomo de un elemento tendrá un electrón más que el del elemento que le precede. Ejemplo.: Nitrógeno (Z=7), Oxigeno ( Z=8).

Principio de Aufbau o Principio de Construcción: El electrón que precede aun electrón de un elemento posterior se ubica en el orbital atómico de menor energía disponible (s ó p).

Principio de Exclusión de Paule: Establece que no es posible que dos electrones tengan los mismos cuatro números cuánticos  ( n, l, ml, ms ), es decir, un orbital no puede contener más de dos electrones y los espines de dichos electrones deben tener valores opuestos (↓↑).

Principio de Máxima Multiplicidad de Carga (regla de Hund): los electrones de un mismo subnivel se organizan de modo que exista el mayor número posible de electrones desapareados con el mismo valor del espín, es decir,primero se ocupa con un solo electrón con el mismo valor del espín los orbitales presentes, y después se complementan con electrones con espín opuesto al anterior colocado en el orbital; cuando un orbital contienen únicamente un electrón se dice que este está desapareado.

Modelo de Sommerfeld

Modelo de 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).

Insuficiencias del modelo de Bohr

El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno, sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que existía un error en el modelo. Su conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes. Además desde el punto de vista teórico, Sommerfeld había encontrado que en ciertos átomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudió la cuestión para electrones relativistas.

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 son:

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 , determinando los subniveles de energía en cada nivel cuántico y la excentricidad de la órbita.

Teoria cuantica

INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA CUÁNTICA:

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE Y ECUACIÓN DE SHCORODINGER.

Aunque el modelo atómico de Bohr y el perfeccionamiento introducido por Sommerfield conducen a buenos resultados cuando son aplicados a átomos sencillos como el hidrógeno, en la actualidad se tiende a considerar al átomo desde la perspectiva  de la mecánica cuántica, presidiendo de considerarlo como una partícula material. La principal diferencia de la teoría - inicialmente propuesta por los físicos heisenberg y schrodinger y después perfeccionaba por Dirac - es que llega a las mismas conclusiones mediante cálculos matemáticos y no introduce postulados y no introduce postulados arbitrarios como lo hace la teoria de Bohr.

uno de los principales factores que determinaron la aplicación de la mecánica cuántica al estudio del átomo fue el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Es evidente que la realización de una medición cualquiera conlleva un cierto grado de error y que este  depende en gran medida del nivel perfeccionamiento del instrumento que estamos utilizando. Incluso si contásemos con un hipotético instrumento de medida perfecto, el error seguiría existiendo pues el propio hecho de efectuar la medición produce una alteración del sistema que se esta midiendo e, por tanto, lleva implícito el error. No obstante, si el sistema en cuestión en macros copio  el error asociado podría considerarse como despreciable. Pero en un sistema tan microscópico como es el átomo no puede hablarse de error despreciable, cualquier alteración significativa Si tenemos en cuenta estas consideraciones podemos deducir mediante cálculos matemáticos  que cualquier intento de medir simultáneamente la posición y energía del electrón lleva asociado un error tan grande que no es posible acceder con exactitud a tal conocimiento. Este principio fue enunciado en 1927 por heisenberg y es una de las bases de la mecánica cuántica en la que no se habla de la posición exacta del electrón en el espacio, sino de la probabilidad de encontrarlo en un punto determinado.

Espectro electromagnetico

El concepto de ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO lo podemos abordar desde dos puntos de vista: uno jurídico y otro técnico-físico.

El punto de vista jurídico, lo  define nuestra Carta Política  como un bien de USO PUBLICO. Está establecido para el aprovechamiento de todos los habitantes del territorio nacional, al igual que las Calles, Plazas, Puentes, Tierras de Resguardo, Ríos, Playas o el Patrimonio Arqueológico. Es para el servicio de todos en sentido colectivo. Por consiguiente, una persona particular no puede ejercer el derecho de propiedad privada sobre ningún bien denominado de USO PUBLICO, incluyendo por supuesto al ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.

Es que el ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO como todos los demás bienes de USO PUBLICO se encuentran bajo la administración y control del Estado, con lo cual corresponde a él determinar igualdad de oportunidades para el acceso a su goce.

Desde el punto de vista TÉCNICO-FÍSICO, el ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO, encierra conceptos más complejos. Sin embargo, de un modo sencillo y comprensible, puede decirse que es un como un IMÁN que capta las ondas, sonidos e imágenes que comunicante a la sociedad y al país con el mundo.

El ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO, en este orden de ideas, es una especie de fuerza productiva activada por la electricidad con la propiedad de atraer señales con sonido, imagen y datos. Por ello se manifiesta a través de las empresas de comunicación (Radio, Televisión o Telefonía), a las cuales el Estado les permite su uso mediante concesiones que implican una selección previa de acuerdo al cumplimiento de requisitos específicos.