Fundamentos de la Estructura Atómica: Modelos, Cuánticos y Configuración Electrónica

Modelos Atómicos Fundamentales

Modelo Atómico de Thomson

• El átomo es una esfera maciza de carga eléctrica positiva.
• Los electrones están incrustados en esta esfera en un número suficiente como para neutralizar la carga eléctrica positiva de la esfera.

Modelo Atómico de Rutherford

• El átomo posee un núcleo central que contiene casi toda la masa del átomo y tiene carga positiva.
• Los electrones, de masa muy pequeña y carga negativa, se encuentran girando alrededor del núcleo en órbitas concéntricas.
• Los electrones se mantienen alrededor del núcleo por la atracción eléctrica entre sus cargas negativa y positiva.
• La suma de cargas negativas debe ser igual a la carga positiva del núcleo, pues el átomo es neutro.

Modelo Atómico de Bohr

• Primer Postulado: Los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo. El electrón no emite energía mientras permanece en una órbita estacionaria.
• Segundo Postulado: No todas las órbitas son posibles. Los electrones solo pueden girar en órbitas en las que se cumple la condición de cuantización del momento angular: mvr = n(h/2π), donde n es un número entero positivo (1, 2, 3, ...).
• Tercer Postulado: Si un electrón pasa de una órbita superior a una inferior, la diferencia de energía entre las dos órbitas se emite en forma de radiación electromagnética. Si el tránsito es inverso (de una órbita inferior a una superior), el electrón necesita absorber energía. Cualquier transición electrónica cumple: ΔE = hν, donde ΔE es la diferencia de energía, h es la constante de Planck y ν es la frecuencia de la radiación.

Números Cuánticos: Describiendo el Electrón

Número Cuántico Principal (n)

Cuantiza el nivel energético principal. Determina la distancia del electrón al núcleo, el radio de la órbita o la distancia a la que el electrón se sitúa del núcleo. Sus valores son enteros positivos (1, 2, 3, ...).

Número Cuántico Secundario o Azimutal (l)

Cuantiza la excentricidad de la órbita. Determina la forma del orbital. Sus valores van desde 0 hasta n-1.

Número Cuántico Magnético (m_l)

Cuantiza la orientación espacial de la órbita. Determina el ángulo de inclinación de la órbita en presencia de un campo magnético externo. Sus valores van desde -l hasta +l, incluyendo el 0.

Número Cuántico de Spin (m_s)

Cuantiza el momento magnético intrínseco del electrón, que se atribuyó al giro del electrón sobre sí mismo. Sus valores posibles son +1/2 y -1/2.

Principios y Reglas de Configuración Electrónica

Principio de Exclusión de Pauli

En un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan sus cuatro números cuánticos (n, l, m_l, m_s) iguales.

Regla de Hund o de Máxima Multiplicidad

Mientras sea posible, los electrones de un mismo subnivel se distribuyen de modo solitario en los orbitales, evitando formar parejas en un mismo orbital antes de que todos los orbitales del subnivel contengan al menos un electrón con espines paralelos.

Regla de Madelung (Principio de Aufbau)

Tiene menor energía el orbital con un valor de n+l más bajo. A igualdad de n+l, tiene menor energía el orbital con un n más bajo. Esta regla permite predecir el orden de llenado de los orbitales atómicos.