Química Fonamental: Estequiometria, Models Atòmics i Nombres Quàntics

Càlculs estequiomètrics: Fórmules bàsiques

Definicions de les variables

• m: massa en grams (g)
• n: quantitat de substància (mol)
• M: massa molar (g/mol)
• N_A: 6,023 × 10²³, el nombre d'Avogadro

Models atòmics i configuració electrònica

El model de Bohr: Nivells energètics

Bohr va postular que els electrons es mouen en diferents òrbites circulars anomenades nivells energètics, cadascun amb una energia determinada. En aportar energia a l’àtom, els electrons poden saltar d’un nivell a un altre.

El model de Schrödinger: Els orbitals

Schrödinger va introduir el concepte d'orbitals, que són zones de probabilitat on trobar l’electró. L’orbital és la zona de l’espai al voltant del nucli on hi ha una alta probabilitat de trobar l’electró.

Els nombres quàntics

Cada orbital està determinat per tres nombres quàntics:

• Nombre quàntic principal (n)

  Determina la grandària de l’orbital i correspon al nivell energètic. Pot prendre valors enters: 1, 2, 3, 4, 5, 6 o 7.

• Nombre quàntic secundari (l)

  Determina la forma de l’orbital i pot prendre valors des de 0 fins a $n–1$.

  • $l = 0 ightarrow$ orbital s
  • $l = 1 ightarrow$ orbital p
  • $l = 2 ightarrow$ orbital d
  • $l = 3 ightarrow$ orbital f

• Nombre quàntic magnètic (m_l)

  Determina l’orientació de l’orbital en l’espai segons un eix de referència, i pot prendre valors entre $-l$ i $+l$.

També hi ha el quart nombre quàntic:

• Nombre quàntic d’espín (m_s)

  Associat al moviment de l’electró sobre si mateix (gir o espín), que pot tenir dos valors: $+½$ i $-½$.

Principis de distribució electrònica

• Principi d’Aufbau

  Els electrons d’un element es distribueixen en els diferents orbitals seguint un ordre de menor a major energia.

• Principi d’Exclusió de Pauli

  En cada orbital hi caben només dos electrons, i han de tenir espins oposats.

• Regla de Hund

  Quan hi ha orbitals de la mateixa energia (orbitals degenerats), els electrons s’ocupen desaparellats sempre que sigui possible, maximitzant l'espín total.

Estabilitat atòmica: Els gasos nobles

Els gasos nobles (elements del grup 18) són els únics que no tenen orbitals semiplens, cosa que els confereix una gran estabilitat i els fa poc reactius.

Exemple de càlcul de partícules subatòmiques

20