Teoría cuántica
Summary
TLDREl video explica de manera detallada la teoría cuántica, enfocándose en los cuatro números cuánticos que definen la energía y posición de los electrones: el principal (n), el asimutal (l), el magnético (m) y el Spin (s). Se describe cómo estos números determinan la configuración electrónica de un átomo, siguiendo principios como el de Aufbau, la exclusión de Pauli y la regla de Hund. Además, se usa la analogía del 'Hotel Quantum' para ilustrar cómo los electrones ocupan los niveles y orbitales dentro de un átomo.
Takeaways
- 🔬 La teoría cuántica describe la energía de los electrones que giran alrededor del núcleo y los clasifica mediante cuatro números cuánticos: n, l, m y s.
- 🌀 El número cuántico principal (n) indica el nivel de energía y la distancia entre el electrón y el núcleo.
- 🔷 El número cuántico asimutal (l) describe la forma del orbital, pudiendo ser esférica (s), en forma de hélice (p), de trébol (d) o irregular (f).
- 🧲 El número cuántico magnético (m) se refiere a la orientación espacial del orbital.
- 🔄 El número cuántico de Spin (s) describe la dirección del giro del electrón sobre su propio eje.
- ⚛️ La configuración electrónica detalla cómo se distribuyen los electrones en los diferentes niveles de energía, respetando un máximo de electrones por nivel.
- 📏 El principio de Aufbau dicta el orden en que se llenan los orbitales según el nivel de energía, siguiendo una regla de diagonales.
- 🚫 El principio de exclusión de Pauli establece que no puede haber dos electrones con los mismos cuatro números cuánticos en un átomo.
- 🔄 La regla de Hund dice que los electrones se distribuyen en orbitales de igual energía con espines paralelos antes de emparejarse.
- 🧪 El ejemplo del átomo de aluminio y su configuración electrónica ilustra cómo se aplican estos principios, acomodando 13 electrones en los niveles y orbitales correspondientes.
Q & A
¿Qué significa el término 'cuántico' en el contexto de la teoría cuántica?
-El término 'cuántico' se refiere a la cantidad de energía que tienen los electrones girando alrededor del núcleo.
¿Cuáles son los cuatro números cuánticos mencionados en la teoría cuántica?
-Los cuatro números cuánticos son: el número cuántico principal (n), el número cuántico azimutal (l), el número cuántico magnético (m), y el número cuántico de spin (s).
¿Qué describe el número cuántico principal (n)?
-El número cuántico principal (n) describe la distancia entre el electrón y el núcleo, así como el nivel de energía en el que se encuentra.
¿Qué representa el número cuántico azimutal (l)?
-El número cuántico azimutal (l) describe la forma del orbital en el que se encuentra el electrón. Puede tener formas como esféricas (s), hélices (p), tréboles (d), o formas más irregulares (f).
¿Qué determina el número cuántico magnético (m)?
-El número cuántico magnético (m) determina la orientación del orbital en el espacio.
¿Qué es el número cuántico de spin (s) y qué indica?
-El número cuántico de spin (s) indica el sentido de giro del electrón sobre su propio eje. Puede tomar valores de +1/2 o -1/2.
¿Qué es la configuración electrónica?
-La configuración electrónica es el acomodo de los electrones alrededor del núcleo, distribuidos en distintos niveles de energía y orbitales.
¿Cómo se determina el número máximo de electrones en un nivel de energía?
-El número máximo de electrones en un nivel de energía se calcula con la fórmula 2n², donde 'n' es el número cuántico principal o nivel de energía.
¿Qué establece el principio de exclusión de Pauli?
-El principio de exclusión de Pauli establece que no puede haber dos electrones en un átomo con los mismos cuatro números cuánticos.
¿Qué es la regla de Hund y cómo afecta la distribución de electrones?
-La regla de Hund establece que los electrones se distribuyen en orbitales de igual energía con espines paralelos antes de emparejarse. Esto minimiza la repulsión entre electrones y reduce el gasto de energía.
Outlines
🔬 Introducción a los números cuánticos
El primer párrafo introduce la teoría cuántica, explicando que los electrones tienen diferentes niveles de energía que dependen de su distancia al núcleo. También se presentan los cuatro números cuánticos: n (nivel de energía), l (forma del orbital), m (orientación del orbital), y s (spin del electrón). Se explica brevemente la función de cada número cuántico, destacando que el número n se refiere a la distancia del electrón al núcleo, mientras que el número l describe la forma del orbital.
📐 El número máximo de electrones por nivel y orbital
Este párrafo trata sobre cómo calcular el número máximo de electrones que pueden ocupar un nivel de energía utilizando la fórmula 2n^2, donde n es el número de nivel. Además, se describe la correspondencia entre los niveles de energía y los orbitales: el primer nivel tiene un orbital tipo s, el segundo tiene orbitales s y p, y así sucesivamente. También se explica cuántos electrones caben en cada tipo de orbital: s (2), p (6), d (10), y f (14), lo que permite diseñar configuraciones electrónicas.
⚛️ Ejemplo de configuración electrónica: El átomo de aluminio
Aquí se detalla cómo aplicar la regla de las diagonales o el principio de Aufbau para determinar la configuración electrónica del aluminio, que tiene 13 electrones. Se explica el proceso de llenado de orbitales, comenzando con el nivel 1 hasta el nivel 3, respetando el número máximo de electrones por cada tipo de orbital. También se introduce el principio de exclusión de Pauli, que establece que no pueden existir dos electrones con los mismos números cuánticos.
💡 El principio de exclusión de Pauli explicado con helio
Este párrafo utiliza el átomo de helio como ejemplo para ilustrar el principio de exclusión de Pauli, que establece que dos electrones no pueden tener los mismos cuatro números cuánticos. Se explica cómo los dos electrones en el primer nivel de energía del helio comparten tres números cuánticos, pero difieren en el número s (spin), uno teniendo +1/2 y el otro -1/2.
🌀 La regla de Hund para el llenado de orbitales
El último párrafo describe la regla de Hund, que establece que los electrones en orbitales del mismo nivel de energía se distribuyen con espines paralelos antes de emparejarse. Un ejemplo visual del átomo de oxígeno muestra cómo los electrones ocupan los orbitales con la menor repulsión posible, minimizando el gasto energético. La regla ayuda a entender cómo se deben llenar los orbitales correctamente para evitar errores energéticos.
Mindmap
Keywords
💡Teoría cuántica
💡Números cuánticos
💡Número cuántico principal (n)
💡Número cuántico asimutal (l)
💡Número cuántico magnético (m)
💡Número cuántico de spin (s)
💡Configuración electrónica
💡Principio de Aufbau
💡Principio de exclusión de Pauli
💡Regla de Hund
Highlights
La teoría cuántica propone cuatro números cuánticos para cada electrón: n, l, m y s.
El número cuántico n representa el nivel de energía y la distancia del electrón al núcleo.
El número cuántico l describe la forma del orbital, con formas como esferas (s), hélices (p), tréboles (d), y formas irregulares (f).
El número cuántico m determina la orientación espacial del orbital.
El número cuántico s se refiere al giro del electrón sobre su eje, denominado Spin.
El nivel de energía 1 es el más cercano al núcleo y requiere menos energía que los niveles superiores.
Cada nivel de energía puede albergar un número máximo de electrones determinado por la fórmula 2n².
El orbital s puede contener un máximo de 2 electrones, el p 6, el d 10 y el f 14 electrones.
La configuración electrónica indica cómo los electrones se distribuyen en los niveles de energía alrededor del núcleo.
El principio de Aufbau dicta el orden en que los electrones llenan los niveles y orbitales, siguiendo una regla de diagonales.
El principio de exclusión de Pauli establece que no pueden existir dos electrones con los mismos cuatro números cuánticos.
La regla de Hund señala que los electrones se distribuyen en orbitales de igual energía con espines paralelos antes de emparejarse.
El ejemplo del átomo de aluminio, con 13 electrones, ilustra cómo se aplica el principio de Aufbau para la configuración electrónica.
El número de orbitales en cada nivel aumenta: 1 en el primer nivel, 2 en el segundo, 3 en el tercero, y 4 en el cuarto.
El concepto del hotel Quantum es utilizado como analogía para explicar los niveles de energía y la capacidad de los electrones.
Transcripts
vamos a hablar de la teoría
cuántica el término cuántico se refiere
a la cantidad de energía que van a tener
los electrones girando alrededor del
núcleo estos esta teoría cuántica
también supone que existen cuatro
números cuánticos para cada
electrón estos números cuánticos se van
a representar por letras y las letras
que eh nos indica digamos esta teoría
son la n la l l de libro la m y la s la
n va a ser el número cuántico principal
o nivel de energía y este se refiere a
la distancia que hay de del electrón al
núcleo y el nivel de energía en el que
se encuentra el número cuántico l o asim
mutal nos habla de la forma que tiene el
orbital ya vamos a ver más adelante a
qué me refiero con esto el número
cuántico m o magnético se refiere a a la
orientación que tiene en el espacio este
orbital y el número cuántico s o Spin se
refiere al giro que tiene el electrón
sobre su propio eje vamos a hablar un
poco más eh a detalle de los dos
primeros números el principal y el
autal el número cuántico principal o
nivel de energía como les dije es la
distancia que va a tener del núcleo el
electrón y aquí en este esquema podemos
nosotros identificar eh A qué nos
referimos con esto vamos a tener que en
el núcleo tenemos a los neutrones y a
los protones y girando en eh niveles de
energía bien definidos a los electrones
vamos a tener el nivel uno que es el más
cercano al núcleo y estos electrones que
viajan en el nivel uno van a necesitar
menos energía que los que están Viajando
en el nivel dos o que los que están
Viajando en el nivel tres eso con
respecto al número cuántico principal o
nivel de energía n luego el número
cuántico asimut o L se refiere a eh la
forma del orbital a qué me refiero
cuando hablo de orbital orbital se
refiere al trayecto que sigue el
electrón alrededor del núcleo vamos a
ver aquí si nosotros colocamos en el
espacio digamos al átomo en la parte
central de estas coordenadas quedaría el
núcleo y eh los electrones girando en
unas formas muy peculiares
si se encuentran los electrones en un
orbital s la forma que describen
alrededor del núcleo es como una esfera
Si se encuentran en el orbital p la
forma que describen son como hélices en
los tres ejes la la en el orbital de la
forma que describen es una especie de
trébol y en el orbital F es digamos más
irregular la forma que describen Sí
entonces Eh Así es como podemos
describir al número cuántico l en sus
cuatro formas s p d y F como recordarán
hicimos una actividad relacionada con el
hotel
Quantum se acuerdan de este que les
causó cierto conflicto el hotel Quantum
Yo decía que era un hotel que tenía
siete niveles o siete pisos que el piso
de abajo era el más estrecho y conforme
se ascendía se iba ensanchando que en el
primer piso nada más había una
habitación de tipo s en el segundo una
de tipo s y otra de tipo p y así
sucesivamente y que cada habitación se
llenaba con un cierto número de
pasajeros bueno como podrán ustedes
identificar Este ejemplo lo utilicé para
representar lo que son el nivel de
energía el número cuántico n o principal
y el subnivel de energía o orbital que
corresponde a las letras s d y F se
acuerdan que este Los viajeros Pues no
son otra más que los electrones y yo les
había dicho en esen Do en PK 6 y así
esto Para qué nos sirve bueno para ir
identificando lo que le llamamos
configuración
electrónica la configuración electrónica
básicamente es el acomodo que van a
tener los electrones alrededor del
núcleo sí cómo se van a estar acomodando
en el nivel de energía o en el número
principal n los electrones
se van a ir
acomodando de acuerdo al nivel y bajo
ciertas
condiciones perdón como máximo de
números de número de
electrones el nivel uno máximo va a
tener dos
electrones perdón el nivel dos máximo
ocho electrones el nivel tres máximo 18
electrones y el nivel 4 máximo 32
electrones este número máximo de
electrones por nivel lo podemos sacar
fácilmente con esta formulita que aquí
les comparto 2n cu quiere decir que n es
el número de nivel si por ejemplo el
nivel es 1 1 cuado es 1 * 1 1 * 2 2 si n
valiera 4 vamos a Elevar 4 cuadrado 4 *
4 16 * 2 32 electrones y así pueden
hacerlo con eh distintos números hasta
llegar al Siete
en lo que respecta a el número máximo de
electrones por eh orbital vamos saber
primero que el número de nivel o sea el
número eh 1 2 3 4 5 6 7 va a
corresponder al número de orbitales o
sea por nivel vamos a tener cierto
número de orbitales esto lo podemos
identificar aquí en esta en esta figura
en donde en el nivel uno si ustedes se
fijan nada más hay un orbital el de tipo
tipo s en el nivel dos hay dos orbitales
el s y el p en el nivel tres hay tres
orbitales s p y d y en el nivel cuatro
hay cuatro orbitales s p d y
F ahora bien en cada orbital cabe un
máximo de electrones ya lo vieron en el
hotel cuantum y Bueno ahora se los
recuerdo en el s máximo dos electrones
en el p máximo seis electrones en el D
máximo 10 electrones y en el F máximo 14
electrones
entonces una vez conociendo nosotros
Cuántos electrones caben máximo por
nivel y orbital podemos eh diseñar lo
que es la configuración electrónica Sí y
la configuración electrónica va a tener
una forma general más o menos así
primero vamos a anotar el nivel de
energía o el número cuántico n después
vamos a escribir el orbital eh que
corresponde al número cuántico l en este
caso estamos poniendo el ejemplo del
orbital S Y por último como un
superíndice el número de electrones sí
eh máximo que puede albergar este
orbital Entonces esta configuración
electrónica nosotros la podemos eh
diseñar siguiendo un principio un
principio que se conoce como principio
de aufbau este principio de outb
corresponde a cómo se van a ir llenando
los niveles y orbitales con los
electrones siguiendo esta reglita que se
conoce como la regla de las diagonales o
la regla del serrucho o el medio árbol
de Navidad aquí si ustedes ven tenemos
los niveles de energía el 1 2 3 4 5 6 7
tenemos los orbitales orbitales s en
todos los niveles orbitales p a partir
del segundo orbitales d a partir del
tercero orbitales F a partir del cuarto
y el número máximo de electrones que
pueden albergar seguimos nosotros este
principio o esta regla entonces
comenzamos el llenado a partir del
primer nivel o sea el más cercano al
núcleo de ahí nos pasamos al siguiente
nivel siguiendo las flechitas y así
conforme nos van indicando las flechitas
vamos a poder ir haciendo el la
configuración electrónica de cada
Elemento de los electrones de cada
elemento o sea su acomodo alrededor del
núcleo pasemos a ver por ejemplo con el
átomo de aluminio el átomo de
aluminio tiene 13 eh protones Sí su
número atómico es 13 Por lo tanto como
está neutro ahorita se los estoy
poniendo en estado neutro entonces tiene
13 electrones si Nosotros tomamos esta
reglita de las diagonales y hacemos su
configuración electrónica y los vamos
acomodando en el orden que nos indican
las flechas la configuración electrónica
queda más o menos así en el primer nivel
va a tener el orbital s y como máximo
dos electrones en el segundo nivel va a
tener el orbital s y sus dos electrones
en el mismo segundo nivel va a tener
otro orbital el p con seis electrones en
el tercer nivel va a tener el orbital s
con dos electrones y en el mismo tercer
nivel el orbital p con un solo electrón
van a decir Ah caray Por qué solo un
electrón porque son en total 13 si
nosotros sumamos 2 + 2 4 + 6 10 + 2 12 +
1 13 electrones entonces así es como
nosotros construimos la configuración
electrónica del
aluminio Además del principio de outb
nosotros tenemos el que se conoce como
el principio de exclusión de paulin eh
paulin fue un científico que estableció
que no puede haber dos electrones con
los mismos números cuánticos A qué nos
refer imos con que no pueden tener los
mismos números cuánticos acuérdense que
En total son cuatro números cuánticos la
configuración electrónica nada más nos
pide dos el principal o n y el asmot o L
pero los cuatro números cuánticos
abarcan también el m o magnético y el s
o Spin Aquí vamos a tomar como ejemplo
el helio con número atómico dos por lo
tanto tiene dos electrones y su
configuración electrónica queda que en
el primer primer nivel en el orbital s
que es el único que hay va a tener dos
electrones Entonces vamos a ver esos dos
electrones En qué son diferentes porque
paulin nos dice No puede haber dos
electrones con los mismos números
cuánticos aquí tenemos sus cuatro
números cuánticos n = 1 Aquí está este 1
l = a s Aquí está el orbital s m = 0
este no se pone en la configur
electrónica pero m = 0 y s = a 1/2 y -
1/2 ahora con las los esquemas que les
voy a compartir de este átomo de helio
va a quedar más claro a qué no A qué se
refiere el principio de exclusión de
pauli en el nivel uno vamos a tener o
sea aquí está el primer nivel Este es el
núcleo Aquí está el primer nivel de
energía vamos a tener a los dos
electrones sí n = 1 luego en el orbital
s o sea acuérdense esto lo llevamos en
un plano cartesiano Sí con los tres ejes
y dejamos al centro el núcleo y los
electrones girando en forma de esfera
alrededor del núcleo esta esfera es el
orbital s hasta ahí llevan tienen los
mismos números cuánticos luego m se
refiere a la orientación magnética del
orbital en un este en un plano
cartesiano eh la orientación en este en
este caso es cero si es en forma de s la
orientación es cer0 Entonces ahí los
electrones siguen compartiendo los tres
números cuánticos pero en este último
número cuántico si ustedes se fijan dice
es = a 1/2 Y - 1/2 si gira en el sentido
de ese acuérdense que es el giro sobre
el propio eje si el electrón gira en el
sentido de las manecillas del reloj
tiene valor de 1/2 pero el otro electrón
gira en sentido cont o sea es -1 Med Ahí
es donde se cumple el principio de
exclusión no pueden tener sus cuatro
números cuánticos iguales sí son iguales
en estos pero en ese son diferentes y ya
por último vamos a ver lo que es la
regla de hond que es digamos la última
reglita que vamos a ver en este de este
de este tema y esta regla nos dice al ir
llenando los orbitales fíjense bien los
es de igual energía los electrones se
irán distribuyendo con espines paralelos
vamos a verlo aquí en un esquema que les
comparto a qué me refiero con esta con
este con esta regla fíjense bien Aquí
vamos a tener los dos electrones del
primer nivel Sí este es para un átomo
que tiene 2 cu 6 o electrones es para el
átomo de oxígeno
dice los orbitales o sea los itales del
mismo nivel aquí estamos en el mismo
nivel dice los electrones se irán
distribuyendo con espines paralelos A
qué se refiere los electrones se van a
ir distribuyendo con espines paralelos
primero una vez que se llenan los
orbitales ya empiezo a colocar los de
Spin contrario Sí aquí dice no hay
repulsión electrón electrón acuérdense
que cada flechita representa al electrón
Entonces si viajan en el mismo sentido
no se pelen esos electrones Sí y este el
gasto de energía es menor si esto es la
forma correcta para representar el Spin
del electrón sí y en la forma incorrecta
sería que nosotros colocá fíjense bien
estos mismos cuatro de acá pero
solamente en dos orbitales Sí aquí Este
me quedaría solito eso no es correcto sí
porque equivaldría a que tengamos un
gasto de energía mucho mayor entonces
aquí al ir llenando debemos hacerlo
primero en espines paralelos o sea todos
para arriba y ya el que continúa va a
ser para abajo si fuera un átomo de
nueve electrones iría para abajo acá el
que sigue si fuera un átomo de 10
electrones iría para acá la otra
flechita sí Bueno hasta aquí dejamos Ya
este tema chicos Espero que les sea de
utilidad este video y pues estaremos eh
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