Unidad 1
Estructura atómica y teoría cuántica
Unidad 1
Estructura atómica y
teoría cuántica
• Estructura atómica
• Teoría Cuántica
• Orbitales atómicos
Teoría Cuántica
Onda…
Partícula…
•
Elucidación de los fundamentos de la estereoquímica
•
Interpretación de los espectros atómicos
•
Métodos para calcular las propiedades de las
•
Asignación de configuraciones electrónicas
moléculas (de manera exacta solo para especies con
átomos ligeros).
Interferencia y Difracción
Efecto Fotoeléctrico
El espectro electromagnético
E baja
E alta
λ alta
λ baja
𝒗 alta
Figure 06.01Figure 06.01
𝒗 baja
Onda…
Interferencia y Difracción
Ondas
en fase
Interferencia
constructiva
Crestas de ondas
Difracción de
ondas
Onda
difractada
Haz de partículas
Ondas en
desfase
Interferencia
destructiva
Comportamiento
de partículas
Las ondas, incluidas las electromagnéticas, interactúan entre sí de una manera
llamada interferencia: se anulan o se fortalecen entre sí, dependiendo de su alineación tras la interacción.
característica
Las ondas también exhiben un comportamiento característico llamado difracción. Cuando una onda encuentra un obstáculo
una rendija de tamaño comparable a su longitud de onda, se curva (o difracta) a su alrededor.
Partícula…
𝐸𝐾𝑒−
ℎ𝑣
La energía luminosa viene en paquetes. Planck sugirió que la energía podía ser
absorbida o emitida solo en cuantos de magnitud ∆𝐸 relacionados con la
frecuencia de la radiación (𝑣).
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑘
∆𝐸 = ℎ𝑣
ℎ = 6.63 ∙ 10−34 𝐽 ∙ 𝑠
𝑐
𝑣=
𝜆
𝜙
El efecto fotoeléctrico es la observación de que muchos
metales emiten electrones cuando la luz incide sobre ellos.
ℎ𝑐
Δ𝐸 =
𝜆
𝐸∝𝑣
Aplicación 1: Efecto fotoeléctrico
Un rayo de luz no es una onda que se propaga por el espacio, sino una lluvia de
partículas (fotones, paquete de luz), cada una de ellas con energía ℎ𝑣.
Frecuencia umbral, frecuencia mínima para expulsar los electrones
Luz de baja frecuencia (longitud de onda larga) no expulsa electrones de un metal.
Luz de alta frecuencia (longitud de onda corta) si expulsa electrones.
Condición de frecuencia umbral
Energía del fotón
Expulsar electrones no depende de la intensidad de
la luz. La frecuencia es la misma.
Energía de enlace
del e- emitido
ℎ𝑣 = 𝜙 + 𝐸𝐾𝑒−
Partícula…
ℎ𝑣 = 𝜙 + 𝐸𝐾𝑒−
Efecto Fotoeléctrico
Se ilumina con luz de tres longitudes de onda diferentes (325 nm, 455
nm y 632 nm) sobre una superficie metálica de sodio. Para cada longitud
determine la KE (eV, 𝑘𝐽) de los electrones expulsado, si aplica.
Condición de frecuencia umbral
Energía del fotón
Energía de enlace
del e- emitido
Aplicación 2: Espectros Atómicos
Cuando un átomo absorbe energía (en forma de calor, luz o electricidad), a menudo reemite esa
energía en forma de luz. Los átomos de cada elemento emiten luz de un color característico
En la emisión, un electrón hace una transición de un nivel de
mayor energía a uno de menor energía.
En la absorción, la transición es entre los mismos dos niveles
de energía, pero del nivel inferior al superior.
La teoría cuántica explica los espectros atómicos.
La consecuencia es la observación de líneas espectrales en el
espectro de emisión del hidrogeno; el Espectro esta formado
por grupos de líneas discretas que corresponden a
transiciones electrónicas, cada una de ellas con energía
discreta.
https://www.educaplus.org/luz/espectros.html
Líneas espectrales para el Hidrógeno
La consecuencia es la observación de líneas espectrales en el espectro de emisión del hidrogeno; el Espectro esta formado por grupos
de líneas discretas que corresponden a transiciones electrónicas, cada una de ellas con energía discreta.
Modelo de Bohr y Espectro de Emisión
Violeta
Calcular la energía que tendría un electrón que se encuentra
en un nivel n = 4
azul-verde
rojo
Transiciones energéticas del Hidrógeno y radiación
Líneas espectrales para el Hidrógeno
Calcular la energía necesaria para que un
electrón se mueva de n = 1 a n = 4
Nivel
∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖
Balmer (inicialmente) y Rydberg (posteriormente) desarrollaron la
ecuación para calcular todas las líneas espectrales del hidrógeno.
las longitudes de onda de las líneas espectrales observadas en la
región visible del espectro atómico del hidrógeno obedecían una
relación matemática:
Longitud de
onda visible
Serie de
Balmer
Ionización
Ecuación de Rydberg:
ഥ
𝝂=
𝟏
𝟏
𝟏
=𝑹 𝟐− 𝟐
𝝀
𝒏𝒊 𝒏𝒇
R = constante de Ryberg para el hidrógeno
R = 1.097·107 m-1 = 1097·105 m-1
Calcular la longitud y número de onda
cuando un electrón salta de n = 1 a n = 4
Longitud de onda
ultravioleta
Serie de
Lyman
Longitud de
onda infrarroja
Serie de
Paschen
Practicando…
1. Determine la longitud de onda de la luz emitida cuando un electrón en un átomo de
hidrógeno hace una transición de un orbital en n = 6 a un orbital en n = 5.
2. La energía se emite o se absorbe cuando ocurren las siguientes transiciones electrónicas
en el átomo de hidrógeno:
a) De 𝑛 = 4 𝑎 𝑛 = 2.𝐑/𝑒𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑜)
b) De una órbita de radio 2.12 Å a una de radio 8.46 Å. (𝐑/𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜)
c) Un electrón se adhiere al ion 𝐻+ y termina en la capa 𝑛 = 3.
3. ¿Cómo determinarías la energía de ionización para el átomo de
hidrógeno?