Resumen: Evolución de la estructura atómica

📋 Esquema del Curso

1. Fundamentos del átomo y sus partículas
2. Modelos atómicos históricos
3. Espectros y energía cuantizada
4. Números cuánticos y subniveles
5. Reglas de configuración electrónica

📅 Fechas clave

1. 1803Dalton propuso que la materia está formada por átomos indivisibles, que los átomos de una sustancia simple son iguales, que los de sustancias distintas son diferentes y que se combinan para formar compuestos.
2. 1897Thomson demostró la existencia del electrón mediante el experimento de rayos catódicos y propuso el modelo del pudín de pasas, con electrones incrustados en una esfera de carga positiva.
3. 1911Rutherford concluyó mediante el experimento de la lámina de oro que el átomo es mayoritariamente vacío y posee un núcleo pequeño con carga positiva.
4. 1913Bohr propuso estados estacionarios y órbitas cuantizadas en las que el electrón no emite energía, con momento angular permitido según L=n⋅h2πL = n \cdot \frac{h}{2\pi}L=n⋅2πh​.

📖 1. Fundamentos del átomo y sus partículas

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Átomo : Estructura discontinua y mayoritariamente vacía, compuesta por un núcleo central denso y una corteza electrónica.

★ Imprescindible

📌 Un elemento es una clase de átomos definida por propiedades microscópicas como su número atómico, mientras que una sustancia simple es una forma macroscópica de materia compuesta por un solo tipo de elemento.

• El protón tiene una masa de 1,67 · 10^{-27} kg y una carga de +1,6 · 10^{-19} C; el neutrón tiene una masa de 1,67 · 10^{-27} kg y carga 0; el electrón tiene una masa de 9,11 · 10^{-31} kg y una carga de -1,6 · 10^{-19} C.

📌 El número atómico Z es el número de protones y define la identidad del elemento, mientras que el número másico A es la suma de protones y neutrones, expresada como $A = Z + N$.

Complementos

📌 Los aniones se forman cuando los átomos ganan electrones y los cationes cuando los pierden.

💡 Truco mnemotécnico

Elemento = identidad microscópica; sustancia simple = manifestación macroscópica.

📖 2. Modelos atómicos históricos

📝 Puntos esenciales

📌 El modelo mecanocuántico describe al electrón mediante un orbital, que es una zona de alta probabilidad, mientras que el modelo de Bohr lo describe mediante una órbita como trayectoria determinista.

💡 Truco mnemotécnico

Dalton → Thomson → Rutherford → Bohr → Sommerfeld → modelo mecanocuántico.

📖 3. Espectros y energía cuantizada

📝 Puntos esenciales

📌 El espectro de emisión se produce cuando un gas caliente emite líneas de colores sobre fondo negro, mientras que el espectro de absorción aparece cuando un gas frío absorbe líneas negras de una luz blanca continua.

• Los espectros atómicos funcionan como la huella dactilar de los elementos porque cada átomo emite o absorbe frecuencias de radiación específicas y únicas.

📐 Fórmula — Según la hipótesis de Planck, la energía se intercambia en cuantos y satisface $E = h \cdot f$, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia.

💡 Truco mnemotécnico

Emisión: líneas luminosas sobre negro; absorción: líneas negras sobre continuo.

📖 4. Números cuánticos y subniveles

🔑 Conceptos clave y definiciones

• Número cuántico principal : Indica el nivel de energía y el tamaño del orbital, y puede tomar valores enteros de 1 a 7.
• Número cuántico secundario : Indica la forma del orbital y puede tomar valores desde 0 hasta n-1.
• Número cuántico magnético : Indica la orientación espacial y puede tomar valores desde -l hasta +l.
• Número cuántico de espín : Representa el giro del electrón y solo puede valer +1/2 o -1/2.

📝 Puntos esenciales

• Los subniveles y sus capacidades máximas son:
  • s: 1 orbital y 2 electrones
  • p: 3 orbitales y 6 electrones
  • d: 5 orbitales y 10 electrones
  • f: 7 orbitales y 14 electrones

💡 Truco mnemotécnico

n → l → m_l → m_s: nivel, forma, orientación y espín.

📖 5. Reglas de configuración electrónica

★ Imprescindible

• El principio de exclusión de Pauli establece que no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales en un mismo átomo, por lo que cada orbital admite como máximo dos electrones con espines opuestos.

• El principio de máxima multiplicidad de Hund establece que, en orbitales degenerados, los electrones se colocan primero de uno en uno con espines paralelos antes de completarlos.

• La regla n+l ordena el llenado de orbitales según el valor creciente de la suma de n+l; si dos orbitales tienen el mismo valor, el de mayor n es más energético.

Complementos

• Cuando dos orbitales tienen el mismo valor de n+l, como 4s y 3p que suman 4, el orbital 4s es más energético porque tiene mayor número cuántico principal.

📌 Los átomos forman iones para alcanzar especies isoelectrónicas con los gases nobles y obtener una capa de valencia completa de tipo s^2 p^6.

💡 Truco mnemotécnico

Pauli limita, Hund distribuye y n+l ordena el llenado.

📊 Tablas de síntesis

Partículas subatómicas

Números cuánticos