Principios de la Mecánica Cuántica y Aplicaciones de los Elementos Químicos

Fundamentos del Modelo Atómico

• Un electrón se mueve en una órbita circular alrededor del núcleo en un átomo.
• El electrón se mueve en una órbita permitida sin radiar energía electromagnética; de esta manera, su energía total es constante.
• Cuando el electrón pasa de una órbita a otra, hay emisión o absorción de energía.

Evolución de la Física Cuántica

La Física Cuántica se inicia en 1923 con los trabajos de Louis-Victor de Broglie, en los que introduce una hipótesis en la que se atribuyen a los electrones un comportamiento ondulatorio, además de su evidente comportamiento corpuscular.

Este descubrimiento dio la pauta para que Erwin Schrödinger estableciera un modelo matemático que describe una distribución específica de densidad electrónica en el espacio, lo que se conoce como orbital. El entendimiento de este modelo matemático dio lugar a tres números cuánticos: n, l, m; y posteriormente se integra el cuarto número cuántico: s.

En 1926, Werner Heisenberg estableció el Principio de incertidumbre, que señala: “Es imposible conocer simultáneamente y con precisión la posición y velocidad de los electrones en un átomo”.

Los Números Cuánticos

• n (Número cuántico principal): Se considera un número entero positivo que va del 1 al 7 o de la K a la Q. Señala el nivel principal de energía que ocupa un electrón. Su número máximo de electrones es 2n².
• l (Número cuántico azimutal): Determina la excentricidad de la órbita; cuanto mayor sea, más excéntrica será, es decir, más aplanada será la elipse que recorre el electrón. Su valor depende del número cuántico principal n, variando desde 0 hasta una unidad menos que este (desde 0 hasta n-1).
• m (Número cuántico magnético): También llamado de orientación, determina la orientación espacial de las órbitas. Su valor dependerá del número de elipses. El valor de m puede ser un número entero positivo o negativo pasando por cero. Su fórmula es m = 2(l)+1.
• s (Número spin): Cada electrón, en un orbital, gira sobre sí mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o en sentido contrario. Este hecho se determina mediante el número spin, que puede tomar dos valores: +1/2 y -1/2.

Configuración Electrónica y Principios Fundamentales

La configuración electrónica es la distribución de los electrones en los niveles y subniveles del átomo, de forma que esta distribución sea la más estable.

• Principio de Aufbau: Establece que cada electrón ocupa un orbital disponible con energía de más baja a más alta.
• Principio de exclusión de Pauli: Un orbital atómico puede ocupar un máximo de 2 electrones, pero solamente si los electrones tienen espines opuestos.
• Regla de Hund: Los electrones cuyo giro es igual deben ocupar todos los orbitales que tienen igual energía antes de que los electrones adicionales que tengan giros opuestos puedan ocupar los mismos orbitales.
• Configuración de Kernel: Tiene por objetivo reducir las configuraciones electrónicas aprovechando las configuraciones completas de los gases nobles.

Aplicaciones Industriales de los Elementos