Teor A Cu Ntica Y Estructura Electr Nica De Los Tomos

Teoría cuántica y la
estructura electrónica
de los átomos

“Luces de neón” es un término genérico para la emisión
atómica en la que participan varios gases nobles,
mercurio y fósforo. La luz ultravioleta proveniente de
átomos de mercurio excitados provoca que los tubos con
revestimiento de fósforo emitan una luz fluorescente
blanca y de otros colores.

Sumario

Avance del capítulo

7.1

De lafísica clásica a la teoría
cuántica

•

7.2
7.3

El efecto fotoeléctrico

7.4
7.5
7.6
7.7

La naturaleza dual del electrón

7.8
7.9

Configuración electrónica

Teoría de Bohr del átomo de
hidrógeno

•
•

Mecánica cuántica
Números cuánticos
Orbitales atómicos
El principio de construcción

•
•

•
•
•

Comenzaremos este capítulo con el análisis de la transición de la física clásica a la
teoría cuántica.En particular entenderemos las propiedades de las ondas y la radiación electromagnética y la formulación de Planck de la teoría cuántica. (7.1)
La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico es otro paso en el desarrollo de
la teoría cuántica. Para explicar sus observaciones experimentales, Einstein sugirió
que la luz se comporta como un conjunto de partículas llamadas fotones. (7.2)
Luegoestudiaremos la teoría de Bohr del espectro de emisión del átomo de hidrógeno. En particular, Bohr postuló que las energías de un electrón en el átomo están
cuantizadas y que las líneas de emisión son producto de las transiciones de los
niveles más altos de energía a los más bajos. (7.3)
Algunos de los misterios de la teoría de Bohr encontraron su explicación en las
teorías de De Broglie, quiensugirió que los electrones se comportan como ondas.
(7.4)
Observaremos que las primeras ideas de la teoría cuántica llevaron a una nueva era
en la física llamada mecánica cuántica. El principio de incertidumbre de Heisenberg
estableció los límites para la medición de los sistemas mecánico-cuánticos. La ecuación de la onda de Schrödinger describe el comportamiento de los electrones en
átomos ymoléculas. (7.5)
Aprenderemos que hay cuatro números cuánticos para describir un electrón en un
átomo y las características de los orbitales en los cuales residen los electrones. (7.6
y 7.7)
La configuración electrónica permite dar un seguimiento a la distribución de los
electrones en un átomo y entender sus propiedades magnéticas. (7.8)
Por último, aplicaremos las reglas para la escritura de lasconfiguraciones electrónicas de los elementos de la tabla periódica completa. En particular, los elementos se
agrupan de acuerdo con sus configuraciones electrónicas externas. (7.9)

277

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica

L

a teoría cuántica nos ayuda a predecir y entender la función que desempeñan los electrones en
la química. De cierto modo, el estudio de los átomos nos lleva a contestarlas siguientes preguntas:
1. ¿Cuántos electrones están presentes en determinado átomo?
2. ¿Qué energía posee un electrón individual?
3. ¿En qué parte del átomo se encuentran los electrones?
Las respuestas a estas preguntas tienen relación directa con el comportamiento de todas las
sustancias en las reacciones químicas y la búsqueda de respuestas es un marco fascinante para el
presente capítulo.7.1

De la física clásica a la teoría cuántica

Los primeros intentos de los físicos del siglo xix para comprender el comportamiento de
los átomos y las moléculas no fueron exitosos del todo. Al suponer que las moléculas se
comportan como pelotas que rebotan, los físicos fueron capaces de predecir y explicar
algunos fenómenos macroscópicos, como la presión que ejerce un gas. Sin embargo, este
modelono era satisfactorio para entender del todo la estabilidad de las moléculas, es
decir, no podía explicar qué fuerzas mantenían unidos a los átomos. Pasó mucho tiempo
para que se descubriera (y aún más para que se aceptara) que las propiedades de los átomos y las moléculas no son gobernadas por las mismas leyes físicas que rigen los objetos
más grandes.
La nueva era de la física comenzó en...