Fundamentos de la Química Cuántica: Modelo Atómico, Números Cuánticos y Propiedades Periódicas

Modelo Atómico Actual: Mecánica Cuántica

El Modelo Atómico Actual, también conocido como mecánico cuántico, se fundamenta en principios clave que revolucionaron nuestra comprensión del átomo.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Lo planteado por Bohr fue modificado por Heisenberg, quien postuló que es imposible conocer de manera simultánea la posición y la velocidad de una partícula que rodea al núcleo del átomo. Esto se conoce como el "Principio de Incertidumbre de Heisenberg". De esta forma, aparece un nuevo modelo atómico, el Modelo Mecánico Cuántico, el cual establece que el átomo existe en zonas delimitadas, conocidas como orbitales. Aquí hay una mayor probabilidad de encontrar electrones. Estos orbitales se agrupan, a su vez, en distintos niveles de energía. Para describir la ubicación de cada electrón, es necesario conocer los llamados números cuánticos, que permiten obtener la configuración electrónica de cada uno de los elementos que forman parte de la tabla periódica.

Números Cuánticos: Describiendo la Ubicación Electrónica

Los números cuánticos son fundamentales para describir el estado energético y la ubicación probable de un electrón dentro de un átomo.

Número Cuántico Principal (n)

Es el número que indica el nivel de energía dentro del átomo. Puede tomar valores de números enteros de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Cuanto más alto es el valor de n, mayor es la distancia de un electrón en el orbital respecto del núcleo, lo que resulta en un orbital de mayor tamaño y menos estable.

Número Cuántico Secundario (l)

Es el número que proporciona información sobre los subniveles presentes en cada nivel energético. Los subniveles son regiones de probabilidad de encontrar al electrón en dicho nivel. Sus valores pueden ser 0, 1, 2, 3.

Número Cuántico Magnético (m)

Este número indica la orientación espacial de los orbitales dentro de los subniveles. El valor de m dependerá del valor del número cuántico secundario (l).

Número Cuántico de Spin (s)

Este número indica el sentido de giro del electrón dentro de un orbital. Sus valores son +1/2 (giro antihorario) y -1/2 (giro horario), aunque a veces se representan como +1 y -1.

Configuración Electrónica y Reglas Fundamentales

Regla de Exclusión de Pauli

Cada orbital acepta como máximo dos electrones, los cuales deben poseer espines opuestos.

Configuración Electrónica

Se refiere a la distribución de los electrones dentro del átomo, la cual se rige por las reglas básicas de la teoría mecánica cuántica.

Pasos para Determinar la Configuración Electrónica

1. Conocer el número de electrones del átomo.
2. Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energía.
3. Respetar la capacidad máxima de electrones para cada subnivel y, por lo tanto, cada orbital.

Propiedades Periódicas de los Elementos

La configuración electrónica es una característica periódica de los átomos. Esta propiedad se ve reflejada en el ordenamiento de los elementos en la tabla periódica y está determinada por la distribución de los electrones en su último nivel energético.

a) Radio Atómico

Es el radio real de un átomo que forma parte de un elemento puro. Si tomamos dos átomos del mismo elemento y los unimos, se puede determinar la distancia entre los núcleos de ambos. El radio atómico corresponde a la mitad de esa distancia.

b) Potencial de Ionización

Es la energía mínima necesaria para extraer un electrón de un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, transformándolo en un catión (ion positivo).

c) Electroafinidad

Se define como la energía que se desprende cuando un átomo gaseoso y en su estado fundamental capta un electrón para convertirse en un ion negativo (anión).

d) Electronegatividad

Es la capacidad de un átomo para atraer uno o más electrones hacia sí.