Química: Números Cuánticos

traful

19 May 201706:42

Summary

TLDREn este vídeo, Miguel Avellán Luna, profesor de química, explica los números cuánticos que definen la posición y energía de los electrones en átomos. Describe cómo Erwin Schrödinger reemplazó las órbitas con probabilidades de encontrar electrones en áreas específicas. Detalla los cuatro números cuánticos: principal (n), secundario (l), magnético (m_l) y de spin (m_s), y cómo afectan la distribución electrónica y las propiedades químicas de los elementos.

Takeaways

🌌 El físico austríaco Erwin Schrödinger describió el comportamiento del electrón en un átomo según consideraciones estadísticas.
📊 La trayectoria definida del electrón en órbitas debe ser reemplazada por la probabilidad de encontrarlo en una zona dada del espacio atómico.
🌐 Las regiones de alta probabilidad de encontrar al electrón son las zonas de alta densidad electrónica.
🔢 Los estados de energía permitidos para el electrón en el átomo son llamados orbitales y siguen un modelo matemático descrito por cuatro números cuánticos.
🔵 El número cuántico principal (n) está relacionado con la energía del electrón y aumenta de tamaño a medida que nos alejamos del núcleo.
🟠 El número cuántico secundario (l) designa la forma del orbital y representa la existencia de subniveles de energía dentro de cada nivel.
🔵 El número cuántico magnético (mₗ) representa la orientación de los orbitales y está relacionado con la orientación magnética del orbital en el espacio.
🟣 El número cuántico de Spin (mₛ) corresponde al giro del electrón sobre su propio eje y puede tener dos valores posibles: +1/2 o -1/2.
🔄 No pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales; a lo más pueden tener los tres primeros similares pero el de Spin debe ser diferente.
🌟 El modelo atómico cuántico explica con éxito la periodicidad de los elementos químicos en la tabla periódica y varias propiedades de los átomos.

Q & A

¿Quién describió el comportamiento del electrón según las consideraciones estadísticas?
-El físico austríaco Erwin Schrödinger describió el comportamiento del electrón según las consideraciones estadísticas.
¿Cuál es la principal diferencia entre la trayectoria del electrón en las órbitas de Bohr y la descripción de Schrödinger?
-En la descripción de Schrödinger, la trayectoria definida del electrón en órbitas según Bohr se sustituye por la probabilidad de encontrar al electrón en una zona dada del espacio atómico.
¿Qué son los orbitales atómicos según el modelo de Schrödinger?
-Los orbitales atómicos son las regiones donde existe una alta probabilidad de encontrar al electrón, y se definen por una distribución de densidad electrónica.
¿Cuál es el significado del número cuántico principal (n)?
-El número cuántico principal (n) está relacionado con la energía del electrón y corresponde a los niveles de energía. Aumenta de tamaño a medida que nos alejamos del núcleo y puede tomar valores de los números naturales.
¿Qué indica el número cuántico secundario (l)?
-El número cuántico secundario (l) designa la forma del orbital y representa la existencia de subniveles de energía dentro de cada nivel.
¿Cuál es la relación entre el número cuántico magnético (m_l) y la orientación de los orbitales?
-El número cuántico magnético (m_l) representa la orientación de los orbitales y está relacionado con la orientación magnética del orbital en el espacio. Sus valores numéricos dependen de l y van desde -l hasta +l.
¿Qué representa el número cuántico de Spin (m_s) y qué valores puede tomar?
-El número cuántico de Spin (m_s) corresponde al giro del electrón sobre su propio eje y puede tener dos valores: +1/2 o -1/2, representando los sentidos de giro en la dirección de los punteros del reloj y en el sentido inverso.
¿Cuál es la capacidad máxima de electrones en cada suborbital según el número cuántico de Spin?
-En cada tipo de suborbital caben máximo dos electrones, y estos deben tener giros opuestos, es decir, sus números cuánticos de Spin deben ser diferentes.
¿Cómo se definen los electrones según los cuatro números cuánticos?
-Los electrones se definen por cuatro números cuánticos: n, l, m_l, y m_s. Los tres primeros definen el orbital en que se encuentra el electrón y m_s define el giro.
¿Cómo ayudan los números cuánticos a explicar la periodicidad de los elementos químicos?
-Los números cuánticos ayudan a explicar la periodicidad de los elementos químicos en la tabla periódica al describir la distribución de los electrones alrededor del núcleo y cómo esta distribución afecta las propiedades químicas de los átomos.
¿Cuál es la alternativa correcta para el grupo de números cuánticos correspondientes al último electrón localizado en la configuración alternativa?
-La alternativa correcta es la letra c: 3, 2, -2, -1/2.

Outlines

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🔬 Introducción a los números cuánticos

En este primer párrafo, se presenta la teoría de cuánto propuesta por Erwin Schrödinger en 1927, la cual describe el comportamiento del electrón en un átomo a través de probabilidades en vez de trayectorias definidas. Se explica que las regiones de alta probabilidad de encontrar un electrón se llaman orbitales atómicos y que la distribución de los electrones obedece una serie de reglas matemáticas descritas por cuatro números cuánticos. Se introduce el concepto del número cuántico principal (n), relacionado con la energía del electrón y los niveles de energía, y se detalla cómo se incrementan estos niveles alejándose del núcleo. Además, se menciona la importancia de los números cuánticos secundario (l), magnético (m_l) y de espín (m_s) para definir la posición y el movimiento de los electrones en un átomo.

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🌐 Aplicación de los números cuánticos

En el segundo párrafo, se profundiza en la aplicación práctica de los números cuánticos para determinar la configuración electrónica de un átomo. Se explica cómo cada electrón en un átomo está definido por cuatro números cuánticos (n, l, m_l, m_s) y se ejemplifica con la configuración electrónica 1s² 2s² 2p⁴. Se destaca la importancia de que no pueden existir dos electrones con los mismos cuatro números cuánticos, pero pueden tener los tres primeros iguales siempre que el cuarto (número cuántico de espín) sea diferente. Finalmente, se plantea una pregunta sobre qué grupo de números cuánticos corresponden al último electrón en la configuración dada y se proporciona la respuesta correcta, la cual es la alternativa C (3, 2, -2, -1/2).

Mindmap

Keywords

💡Erwin Schrödinger

Erwin Schrödinger es un físico austríaco conocido por su contribución a la física cuántica, especialmente por la ecuación de Schrödinger que describe cómo la energía de un sistema físico está relacionada con la materia en el ámbito cuántico. En el vídeo, Schrödinger es mencionado como quien describió el comportamiento del electrón en un átomo de acuerdo a consideraciones estadísticas, lo cual es fundamental para entender la introducción al modelo atómico cuántico presentado en el vídeo.

💡Electrón

El electrón es una partícula subatómica con carga negativa que orbita alrededor del núcleo de un átomo. En el vídeo, el comportamiento del electrón es central para la explicación de cómo se distribuyen los electrones en los orbitales atómicos y cómo esto afecta la energía y la estructura de los átomos.

💡Órbitas

Las órbitas son las trazas que siguen los electrones alrededor del núcleo de un átomo. Tradicionalmente, se consideraba que los electrones seguían trayectorias definidas en órbitas, pero Schrödinger y la física cuántica cambiaron esta perspectiva. En el vídeo, se menciona que las órbitas clásicas deben ser reemplazadas por la probabilidad de encontrar a un electrón en una zona dada del espacio atómico.

💡Probabilidad

En el contexto de la física cuántica, la probabilidad es usada para describir la distribución de los electrones en un átomo. En lugar de tener trayectorias definidas, los electrones están en áreas donde hay una alta probabilidad de encontrarlos. Esto es fundamental para el modelo atómico cuántico y se discute en el vídeo como el método para entender la distribución de los electrones.

💡Orbital

Un orbital es una región en el espacio atómico donde hay una alta probabilidad de encontrar a un electrón. Los orbitales son descritos por el modelo atómico cuántico y son esenciales para entender la estructura electrónica de los átomos. En el vídeo, se explica que los orbitales son los estados de energía permitidos para el electrón en el átomo.

💡Número cuántico principal (n)

El número cuántico principal es un valor que indica el nivel de energía de un electrón en un átomo y está relacionado con su distancia al núcleo. En el vídeo, se menciona que los valores de n están limitados a los números naturales y que los niveles de energía aumentan de tamaño conforme se alejan del núcleo.

💡Número cuántico secundario (l)

El número cuántico secundario define la forma de los orbitales y representa la existencia de subniveles de energía dentro de cada nivel principal. En el vídeo, se da un ejemplo de cómo el valor de l para un electrón en un orbital p es 1, lo que indica que hay tres tipos de orbitales p.

💡Número cuántico magnético (m_l)

Este número cuántico describe la orientación de los orbitales en el espacio y está relacionado con la orientación magnética del orbital. En el vídeo, se explica que los valores numéricos de m_l dependen de l y varían desde -l hasta +l, proporcionando diferentes tipos de suborbitales.

💡Número cuántico de Spin (m_s)

El número cuántico de Spin representa la rotación del electrón sobre su propio eje y puede tener dos valores posibles: +1/2 o -1/2. Esto indica los dos posibles sentidos de giro del electrón. En el vídeo, se menciona que en cada suborbital caben hasta dos electrones con giros opuestos.

💡Configuración electrónica

La configuración electrónica es la distribución de los electrones en los orbitales de un átomo, siguiendo las reglas del modelo atómico cuántico. En el vídeo, se usan ejemplos de configuraciones electrónicas para ilustrar cómo los electrones se distribuyen en los diferentes niveles y orbitales basándose en los números cuánticos.

💡Pauli's Exclusion Principle

El principio de exclusión de Pauli establece que no pueden existir dos electrones con los mismos números cuánticos en un átomo. Aunque en el vídeo no se menciona directamente por su nombre, se hace referencia a este principio al decir que no pueden haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, pero pueden tener los tres primeros similares pero con un número cuántico de Spin diferente.

Highlights

Erwin Schrödinger describió el comportamiento del electrón en términos de probabilidades en 1927.

La trayectoria definida del electrón debe ser reemplazada por la probabilidad de encontrarlo en una zona dada.

Las regiones de alta probabilidad de encontrar al electrón son las zonas de alta densidad electrónica.

Los estados de energía permitidos para el electrón en el átomo son llamados orbitales.

La distribución de los electrones alrededor del núcleo obedece un modelo matemático descrito por cuatro números cuánticos.

El número cuántico principal (n) está relacionado con la energía del electrón y los niveles de energía.

Los valores de n están limitados a los números naturales y aumentan de tamaño a medida que nos alejamos del núcleo.

El número cuántico secundario (l) designa la forma del orbital y representa la existencia de subniveles de energía.

El número cuántico magnético (m_l) representa la orientación de los orbitales y está relacionado con la orientación magnética del orbital.

El número cuántico de Spin (m_s) corresponde al giro del electrón sobre su propio eje y puede tener dos valores posibles.

En cada tipo de suborbital caben máximo dos electrones con giros opuestos.

Los electrones son definidos por cuatro números cuánticos: n, l, m_l, y m_s.

Los tres primeros números cuánticos definen el orbital en que se encuentra el electrón, y m_s define el giro.

El modelo atómico mecánico cuántico explica con éxito la periodicidad de los elementos químicos en la tabla periódica.

El modelo atómico mecánico cuántico también explica varias propiedades de los átomos.

La configuración electrónica 1s² 2s² 2p⁴ muestra cómo se distribuyen los electrones en los orbitales.

No existen dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, a lo más pueden tener los tres primeros similares pero el de Spin debe ser diferente.