Regla de aufbau

El principio de Aufbau contiene una serie de instrucciones relacionadas a la ubicación de electrones en los orbitales de un átomo. El modelo, formulado por el físico Niels Bohr, recibió el nombre de Aufbau (del alemán Aufbauprinzip: principio de construcción) en vez del nombre del científico. También se conoce popularmente con el nombre de regla del serrucho o regla de Madelung.

Los orbitales se 'llenan' respetando la regla de Hund, que dice que ningún orbital puede tener dos orientaciones del giro del electrón sin antes de que los restantes números cuánticos magnéticos de la misma subcapa tengan al menos uno. Se comienza con el orbital de menor energía.

Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un máximo de dos electrones), esto de acuerdo con el número cuántico l.

Seguido se llena el orbital 2s (también con dos electrones como máximo).

La subcapa 2p tiene tres orbitales degenerados en energía denominados, según su posición tridimensional, 2p_x, 2p_y, 2p_z. Así, los tres orbitales 2p puede llenarse hasta con seis electrones, dos en cada uno. De nuevo, de acuerdo con la regla de Hund, deben tener todos por lo menos un electrón antes de que alguno llegue a tener dos.

Y así, sucesivamente:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²

Numeros cuanticos segun Bohr

Los números cuánticos son valores numéricos que nos indican las características de los electrones de los átomos. Están basados, desde luego, en la teoría atómica de Neils Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en los últimos tiempos.

Pero además, la propuesta de Schorodinger, considerado como el 5° modelo atómico, radica en describir las características de todos los electrones de un átomo, y esto es lo que conocemos como número cuánticos.
Los números cuánticos más importantes son 4:

Número Cuántico Principal.
Número Cuántico Secundario.
Número Cuántico Magnético.
Número Cuántico de Spin.

Número Cuántico Principal (n): El número cuántico principal nos indica en que nivel se encuentra el electrón y por lo tanto también el nivel de energía. Este número cuántico toma valores enteros 1, 2, 3, 4, 5, 6, ó 7.

Número Cuántico Secundario (l): Este número cuántico nos indica en que subnivel se encuentra el electrón. Este número cuántico toma valores desde 0 hasta (n - 1). Según el número atómico tenemos los valores para l:

n=1 l = (n-1) = 0 = s "sharp"
n=2 l = (n-1) = 0, 1 = p "principal"
n=3 l = (n-1) = 0, 1, 2 = d "diffuse"
n=4 l = (n-1) = 0, 1, 2, 3 = f "fundamental"
n=5 l = (n-1) = 0, 1, 2, 3, 4 = g
n=6 l = (n-1) = 0, 1, 2, 3, 4, 5 = h
n=7 l = (n-1) = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 = i

Número Cuántico Magnético (m): El número cuántico magnético nos indica las orientaciones de los orbitales magnéticos en el espacio. Los orbitales magnéticos son las regiones de la nube electrónica donde se encuentran los electrones. Este número cuántico depende de l y toma valores desde -l pasando por cero hasta +l. La fórmula para encontrar cuántos orbitales posee un subnivel es: m = 2l +1

Número Cuántico de Spin (s): El número cuántico de spin nos indica el sentido de rotación en el propio eje de los electrones en un orbital. Ya sea si se mueve al igual que las manecillas del reloj, o en sentido contrario, este número cuántico toma los valores de -1/2 y de +1/2.

Bohr para desarrollar su modelo atómico utilizó el átomo de hidrógeno. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.
En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana posible al núcleo.
Cada órbita se corresponde con un nivel energético que recibe el nombre de «número cuántico principal», se representa con la letra "n"; y  toma valores desde 1 hasta 7.
De acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba cada una de las órbitas  permitidas en el átomo de hidrógeno, respecto del núcleo.

estructura electronica del atomo

FUNDAMENTOS DE LA TEORIA CUANTICA ONDULATORIA

Física cuántica

Rama de la física que estudia el comportamiento de las partículas teniendo en cuenta su dualidad onda-corpúsculo. Esta dualidad es el principio fundamental de la teoría cuántica; el físico alemán Max Planck fue quien estableció las bases de esta teoría física al postular que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos.

PRINCIPIOS DE LA TEORIA CUANTICA 

Teoría cuántica, 

teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

Aportaciones de Einstein:

 Los siguientes avances importantes en la teoría cuántica se debieron a Albert Einstein, que empleó el concepto del cuanto introducido por Planck para explicar determinadas propiedades del efecto fotoeléctrico, un fenómeno experimental en el que una superficie metálica emite electrones cuando incide sobre ella una radiación.

Según la teoría clásica, la energía de los electrones emitidos —medida por la tensión eléctrica que generan— debería ser proporcional a la intensidad de la radiación. Sin embargo, se comprobó que esta energía era independiente de la intensidad —que sólo determinaba el número de electrones emitidos— y dependía exclusivamente de la frecuencia de la radiación. Cuanto mayor es la frecuencia de la radiación incidente, mayor es la energía de los electrones; por debajo de una determinada frecuencia crítica, no se emiten electrones. Einstein explicó estos fenómenos suponiendo que un único cuanto de energía radiante expulsa un único electrón del metal. La energía del cuanto es proporcional a la frecuencia, por lo que la energía del electrón depende de la frecuencia.

Perspectivas de futuro:

 La mecánica cuántica está en la base de los intentos actuales de explicar la interacción nuclear fuerte y desarrollar una teoría unificada para todas las fuerzas fundamentales de la materia. No obstante, existen dudas sobre si la mecánica cuántica es o no completa. La dificultad de divergencia, por ejemplo, sólo se ha resuelto en parte. Igual que la mecánica newtoniana fue corregida por la mecánica cuántica y la relatividad, muchos científicos —Einstein era uno de ellos— están convencidos de que la mecánica cuántica también experimentará cambios profundos en el futuro. Por ejemplo, existen grandes contradicciones teóricas entre la mecánica cuántica y la teoría del caos, que empezó a desarrollarse rápidamente en la década de 1980. Los físicos teóricos como el británico Stephen Hawking siguen haciendo esfuerzos para desarrollar un sistema que englobe tanto la relatividad como la mecánica cuántica.

MODELOS ATOMICOS 

Hoy en día el conocimiento de la estructura del átomo nos ha permitido identificar y controlar algunos comportamientos de la materia, de tal forma que se han creado nuevos materiales y se han modificado las propiedades de otros. Ejemplos de esto son los súper conductores, los metales más resistentes y ligeros, los nuevos alimentos y medicamentos, materiales biodegradables y textiles. Prácticamente el estudio de la materia impacta en todos los ámbitos de nuestro entorno.

¿QUE ES UN MODELO ATÓMICO?

   Cuando hablamos de “modelo” hablamos de una representación o esquema de forma gráfica que nos sirve como referencia para entender algo de forma más sencilla y cuando hablamos de “atómico” hablamos de conceptos relacionados con los átomos.

   Pues bien, un modelo atómico es una representación gráfica de la estructura que tienen los átomos. Un modelo atómico lo que representa es una explicación o esquema de cómo se comportan los átomos. 

 Modelo Atómico De Demócrito de Abdera

   Este fue el primer modelo atómico, inventado por el filósofo griego Demócrito de Abdera que vivió entre los años 460 al 370 a.c (antes de Cristo).

   Demócrito fue el desarrollador de la “Teoría Atómica Del Universo”. Fue el primer filósofo-científico que afirmó que los átomos son eternos, inmutables e indivisibles, es decir, que duran siempre, que no cambian y que no pueden dividirse en partículas más pequeñas. 

   Para Demócrito el átomo era la partícula más pequeña que había, una partícula homogénea, que no se puede comprimir y que además no se podía ver. Su teoría era filosófica, no científica.

   De hecho la palabra “átomo” proviene del griego “á-tómo” que significa “sin división”. 

   Modelo Atómico De Dalton

    John Dalton fue un químico y matemático británico (entre otras muchas cosas) que vivió durante los años 1766 y 1844, de donde procede la palabra “Daltonismo”.

   Seguro que sabrás que las personas daltónicas son aquellas que les es muy difícil distinguir los colores por un defecto genético. Esto te lo contamos como curiosidad ya que fue Dalton quien escribió sobre esto porque él mismo lo padecía. Aparte, fue el primero en desarrollar un modelo atómico con bases científicas. 

   Basándose en la idea de Demócrito, Dalton concluyó que el átomo era algo parecido a una esfera pequeñísima, también indivisible e inmutable. 

   Dalton hizo los siguientes “postulados” (afirmaciones o supuestos): 

   1. La materia está compuesta por partículas diminutas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos. 

   2. Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí (es decir, con igual masa y propiedades). 

   3. Los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades distintas. 

   4. Los átomos permanecen sin división, incluso cuando se combinan en reacciones químicas. 

   5. Los átomos, al combinarse para formar compuestos (lo que hoy llamamos moléculas) mantienen relaciones simples. 

   6. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. 

   7. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos. Para Dalton un átomo era algo así como una pequeña esfera. 

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Dalton:

   Tanto Dalton como Demócrito ya se adelantaban y ya vislumbraban el Principio de Conservación de la Energía en donde nada se crea ni se destruye, pero ambos modelos tienen insuficiencias o errores que se conocieron mucho después y es que los átomos sí pueden cambiar y también pueden dividirse en partículas más pequeñas. 

   El átomo NO es la partícula más pequeña. Sabemos ya que existen partículas subatómicas (que significa más pequeño que el átomo) como por ejemplo los “quarks”, los “neutrinos” o los “bosones”. 

   Modelo Atómico De Thomson

   Joseph John Thomson fue un científico británico que vivió entre los años 1856 y 1940 que descubrió el electrón y los isótopos. Ganó el Premio Nobel de Física en 1906 y su teoría sobre el átomo decía que los átomos estaban compuestos por electrones de carga negativa en un átomo positivo, es decir, como si tuviéramos una bola cargada positivamente rellena de electrones (carga negativa), también conocido como Modelo del Pudin De Pasas porque parece un bizcocho relleno de pasas.

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Thomson:

   La electricidad fue lo que ayudó a Thomson a desarrollar su modelo. El error que cometió Thomson fue que hizo suposiciones incorrectas de cómo se distribuía la carga positiva en el interior del átomo. 

   Modelo Atómico Cúbico De Lewis

   Gilbert Newton Lewis fue un físico y químico estadounidense que vivió entre los años 1875 y 1946 que realizó numerosos trabajos científicos de los cuáles se destacan la “Estructura De Lewis” también conocida como el “Diagrama De Punto”. El modelo atómico de Lewis está basado en un cubo, donde decía que los electrones de un átomo se colocaban de forma cúbica, es decir, los electrones de un átomo estaban colocados en los vértices de un cubo. 

   Gracias a ésta teoría se conoció el concepto de “valencia de un electrón” es decir, esos electrones en el último nivel de energía de un elemento que pueden reaccionar o enlazarse con otro elemento. 

   Veamos una imagen del Modelo Atómico Cúbico De Lewis:

   El modelo de Lewis fue un paso importante en la historia para entender el significado del átomo pero se abandonó pronto esta teoría.

   Modelo Atómico De Rutherford

   Ernest Rutherford fue un químico y físico neozelandés que vivió entre los años 1871 y 1937 que dedicó gran parte de su vida a estudiar las partículas radioactivas (partículas alfa, beta y gamma) y fue el primero de todos en definir un modelo atómico en el que pudo demostrar que un átomo está compuesto de un núcleo y una corteza. Ganó el Premio Nobel De La Química en 1908. 

   Para Rutherford el átomo estaba compuesto de un núcleo atómico cargado positivamente y una corteza en los que los electrones (de carga negativa) giran a gran velocidad alrededor del núcleo donde estaba prácticamente toda la masa del átomo. 

   Para Rutherford esa masa era muy muy pequeña. Esa masa la definía como una concentración de carga positiva. 

   Los estudios de Rutherford demostraron que el átomo estaba vació en su mayor parte ya que el núcleo abarcaba casi el 100% de la masa del átomo. 

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Rutherford:

 

   Modelo Atómico De Bohr

   Este modelo también se llama de Bohr-Rutherford. Niels Henrik David Bohr fue un físico danés que vivió entre los años 1885 y 1962 que se basó en las teorías de Rutherford para explicar su modelo atómico.

   En el modelo de Bohr se introdujo ya la teoría de la mecánica cuántica que pudo explicar cómo giraban los electrones alrededor del núcleo del átomo. Los electrones al girar entorno al núcleo definían unas órbitas circulares estables que Bohr explicó como que los electrones se pasaban de unas órbitas a otras para ganar o perder energía.

   Demostró que cuando un electrón pasaba de una órbita más externa a otra más interna emitía radiación electromagnética. Cada órbita tiene un nivel diferente de energía.

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Bohr: 

   Modelo Atómico De Sommerfeld

   Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld fue un físico alemán que vivió entre los años 1868 y 1951. La aportación más importante de este físico alemán fue cambiar el concepto de las órbitas circulares que definían los electrones en el modelo atómico de Bohr por órbitas elípticas. 

   Lo que hizo Sommerfeld fue perfeccionar el modelo de Bohr con las órbitas elípticas lo que dio lugar al descubrimiento del numero cuántico Azimutal (o secundario). Cuanto mayor era este número mayor era la excentricidad de la órbita elíptica que describía el electrón. 

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Sommerfeld: 

   Modelo Atómico De Schrödinger

   Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger fue un físico austriaco que vivió entre los años 1887 y 1961 cuyo modelo cuántico y no relativista explica que los electrones no están en órbitas determinadas. 

   Describió la evolución del electrón alrededor del núcleo mediante ecuaciones matemáticas, pero no su posición.

   Decía que su posición no se podía determinar con exactitud. Schrödinger propuso entonces una ecuación de onda que ayuda a predecir las regiones donde se encuentra el electrón, que se conoce como “ecuación de Schrödinger”. 

   Veamos una imagen del Modelo Atómico De Schrödinger: 

   Estos tres últimos modelos son los que se utilizan hoy en día para estudiar el átomo.

   Como resumen, donde se ven las diferencias entre un modelo y otro, te dejamos este esquema:

IONES

¿Que son los iones? 

Son átomos, o grupos de ellos, que han perdido o ganado uno o mas electrones de manera que adquieren una carga eléctrica positiva o negativa respectivamente. Su existencia se debe al bombardeo de la atmósfera por los rayos cósmicos u otra fuente alta de energía, como la radiactividad. En su estado natural, los átomos y las molé- culas tienden a neutralizarse con la concurrencia de tantos iones positivos como negativos. Sin embargo, la actividad meteorológica altera ese equilibrio de forma constante por medio de tormentas y vientos dominantes.

EXISTEN DOS TIPOS DE IONES

ANIONES:

Es un ion (atomo o molecula) con carga electrica negativa, que se podruce como resultado de haber ganado uno o varios electrones.

CATIONES:

Cuando un átomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales mas externos, también llamados electrones de valencia) adquiere, como es lógico una carga positiva neta

Leer más: http://quimicaiearmnjom.webnode.es/grado%2010%C2%B0/nomenclatura-inorganica/aniones-y-cationes/

 DATO CURIOSO 

(iones felices e iones gruñones):

Los CATIONES o Iones Gruñones Cuando en el ambiente predominan los iones positivos (o"Gruñones"), como ocurre en el momento previo a las tormentas, el ser humano se siente ahogado, agobiado, agresivo y desasosegado. Inicialmente su presencia produce euforia y ansiedad. A largo plazo, el exceso de cargas positivas induce al insomnio, depresión, cef aleas, sequedad de garganta, ronquera, ag otamiento psicofísico y dolencias respiratorias.

Los ANIONES o  Iones Felices La presencia de iones negativos (también denominados "iones felices") causa una sensación agradable de frescor, relax y bienestar.

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El átomo y sus cambios

Cambios Fisicos
Son aquellos cuando la materia NO cambia en su estructura, ni su composición; es decir solo cambia su tamaño, su forma, su posición o su estado de agregación, ocurre un cambio físico. Por ejemplo la solidificación del agua: al bajar su temperatura a cero grados centígrados, ésta se congela y forma hielo, pasa del estado líquido al estado sólido, pero sigue siendo agua.

Cambios Quimicos

cuando se obtiene una sustancia con propiedades distintas. La energía desprendida o absorbida es mayor que en el caso del cambio físico.

Una sustancia se transforma en una sustancia químicamente distinta, por ejemplo cuando se quema hidrogeno en el aire, sufre un cambio químico en el que se convierte en agua.

Cambios Nucleares

Son aquellos que implican la transformación de los átomos, implican una gran cantidad de energía y pueden ser de dos tipos: fisión nuclear y fusión nuclear.

La fusión nuclear es el proceso mediante el cual dos núcleos atómicos se unen para formar uno de mayor peso atómico.

La fisión es un proceso nuclear, lo que significa que tiene lugar en el núcleo del átomo. La fisión ocurre cuando un núcleo se divide en dos o más núcleos pequeños, más algunos subproductos.

ISOTOPO

ISOTOPO

Un isotopo es un átomo cuyo núcleo tiene el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.

Se descubrió la existencia de los isotopos como consecuencia del estudio sobre las sustancias radiactivas naturales. El nombre de isotopo fue propuesto por F.Soddy en 1911, el cual constató la igualdad de sus propiedades químicas. La mayoría de los elementos naturales son formados por varios isotopos que sólo pueden ser separados por procedimientos físicos (difusión, centrifugación, espectrometría de masas, destilación fraccionada y electrólisis).

Y... ¿QUE ES UN ATOMO?  

Del latín atŏmum, un átomo es la cantidad menor de un elemento químico que tiene existencia propia y que está considerada como indivisible. El átomo está formado por un núcleo con protones y neutrones y por varios electrones orbitales, cuyo número varía según el elemento químico.

El átomo también es denominado como la partícula fundamental, gracias a su característica de no poder ser dividido mediante procesos químicos.