CIENCIA TECNOLOGÍA Y AMBIENTE FÍSICA - QUÍMICA - BIOLOGÍA - ROBÓTICA
ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE 1.- PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA a) PROPIEDADES DUAL DE LA MATERIA: La dualidad onda-corpúsculo, también llamada dualidad onda-partícula, postula que todas las partículas presentan propiedades de onda y partícula. Más específicamente, como partículas pueden presentar interacciones muy localizadas y como ondas exhiben el fenómeno de la interferencia (la interferencia es un fenómeno en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda resultante de mayor o menor amplitud. El efecto de interferencia puede ser observado en cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido, ondas en la superficie del agua, etc). De acuerdo con la física clásica existen diferencias entre onda y partícula. Una partícula ocupa un lugar en el espacio y tiene masa mientras que una onda se extiende en el espacio caracterizándose por tener una velocidad definida y masa nula. Actualmente se considera que la dualidad onda-partícula es un “concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas y ondas: las partículas pueden comportarse como ondas y viceversa”. (Stephen Hawking, 2001) Éste es un hecho comprobado experimentalmente en múltiples ocasiones. Fue introducido por LouisVictor de Broglie, físico francés de principios del siglo XX. En 1924 en su tesis doctoral propuso la existencia de ondas de materia, es decir que toda materia tenía una onda asociada a ella. Esta idea revolucionaria, fundada en la analogía con que la radiación tenía una partícula asociada, propiedad ya demostrada entonces, no despertó gran interés, pese a lo acertado de sus planteamientos, ya que no tenía evidencias de producirse. Sin embargo, Einstein reconoció su importancia y cinco años después, en 1929, De Broglie recibió el Nobel en Física por su trabajo.
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b) PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE: Fue propuesta en 1927 por el físico alemán Werner Heisemberg con el siguiente enunciado: “es imposible determinar con exactitud el momento lineal y la posición de una partícula pequeña (electrón, protón, neutrón, etc) que viaja a una gran velocidad, simultáneamente.” Para el caso del electrón el momento lineal (masa del protón multiplicada por su velocidad p=m.v) suele detectarse mediante una radiación electromagnética; pero , al mismo tiempo, de su posición no se sabe nada (es incierta); por otro lado, la posición se determina haciendo interactuar un fotón con el electrón, pero perturba en forma considerable el movimiento de este último, por lo que es incierto su momento)
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE C) ESTADOS CUANTIZADOS DE ENERGÍA: En el átomo existen diversos estados energéticos cuantizados (niveles, subniveles y orbitales). La cuantización de energía para los niveles fue un gran aporte de Niels Bohr. Los electrones sólo pueden existir en determinados estados de energía. Si pasa de un estado energético a otro, deben emitir o absorber energía en forma de un fotón. La frecuencia de radiación que se emite o absorbe se encuentra relacionada con el cambio de energía mediante la ecuación siguiente.
2.- ORBITAL ATÓMICO O NUBE ELECTRÓNICA:
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE 3.- NÚMEROS CUÁNTICOS: NUMERO CUÁNTICO
DETERMINA PARA EL
DEFINE PARA EL ORBITAL
ELECTRON
Principal (n)
El nivel principal de energía
Secundario o
El subnivel donde se encuentra,
Azimutal (
)
Magnético (m) Spin (s)
dentro de un nivel
El tamaño o volumen efectivo
La Forma
Geométrica espacial
El orbital donde se encuentra
La orientación espacial que
dentro de un subnivel
adopta.
El sentido de rotación o giro alrededor de su eje imaginario
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE 4. Número cuántico spín (ms) Aparte del efecto magnético producido por el movimiento angular del electrón, este tiene una propiedad magnética intrínseca. Es decir el electrón al girar alrededor de su propio eje se comporta como si fuera un imán, es decir tiene spín. Los únicos valores probables que toma son (+ ½) cuando rota en sentido antihorario y (- ½) cuando rota en sentido horario N
S -
e
-
e
S Rotación Antihorario
N Rotación Horaria
S=+½
S =- ½
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4.- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA (C.E.) : Es la distribución de los electrones en base a su energía. Se utiliza para la distribución electrónica por subniveles en orden creciente de energía. Niveles: K, L, M, N, O, P, Q Subniveles: s, p, d, f Representación: nx n = nivel (en números) = sub nivel (en letras) x = Nº de electrones en ER = n + ER = energía relativa n = nivel del orbital = subnivel del orbital Son las reglas de Hund, los que nos permiten distribuir los electrones de acuerdo a la energía de los orbitales, se le conoce como “Principio de Máximo Multiplicidad”.
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE a) PRINCIPIO DE PAULING Indica que ningún par de electrones de cualquier átomo puede tener los cuatro números cuánticos iguales. Ejm: Nº e 2
n 1
0
m 0
S +½ -½
B) REGLA DE HUND: Los electrones deben ocupar todos los orbitales de un subnivel dado en forma individual antes de que se inicie el apareamiento. Estos electrones desapareados suelen tener giros paralelos. Ejm:
5p4
(falso)
5px 5py 5pz 5p4
(verdadero)
5px 5py 5pz Ejm:
Hallar la energía relativa (ER) 5p4: ER = 5 + 1 = 6
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE C) LA REGLA DEL MOLLIER (SERRUCHO) 1
2
3
4
5
K
L
M
N
O
S²
S²
S²
P6
P6
P6
P6
P6
d10
d10
d10
d10
f14
f14
2
8
18
S²
32
6 P
S²
32
7 Q S²
18
S²
P6
8
Ejm: Na: 1s² 2s² sp6 3s1 11 Observación: Existe un grupo de elementos que no cumplen con la distribución y se le aplica el BY-PASS d4 y d9 y se cambian a d5 y d10 Ejm: Cr: 1s2 2s2 2p6 3s² 3p6 4s2 3d4 24 1s2 2s2 2p6 3s² 3p6 4s1 3d5
Cu: 1s2 2s2 2p6 3s² 3p6 4s2 3d9 29 1s2 2s2 2p6 3s² 3p6 4s1 3d10
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE Configuración simplificada (Lewis)
Ejm: Be: 1s2 2s2 He 2s2
4
Ca: 1s22s2sp63s23p64s2 20 Ar4s2
Z
Determinar el mínimo y máximo número de electrones que tiene un átomo con 5 niveles de energía. RESOLUCIÓN
X : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 e min=37 (5 niveles) Z
y :1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
e
max = 54 (5 niveles)
¿Cuál es la representación cuántica para el último electrón en la distribución electrónica del selenio (Z=34)? RESOLUCIÓN 34
Se:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4 :
m = -1 0 + 1 Luego: n = 4; 1= 1; m = - 1; S = - 1/2
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE D) DISTRIBUCION ELECTRONICA DE ATOMOS IONIZADOS I. PARA UN ANION
Determine los electrones del anión Aplique la regla de Sarrus
II. PARA EL CATION Aplica la regla de Sarrus para su respectivo átomo neutro. Los electrones que pierden son del último nivel luego de la penúltima capa.
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ÁREA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE E) PARAMAGNETISMO Y DIAMAGNETISMO 9.1 PARAMAGNETISMO: Sustancias que son atraídas por un campo magnético generado por un imán, esto se debe por la existencia de electrones desapareados. 9.2. DIAMAGNETISMO: Sustancias que no son atraídas por un imán, esto se debe por la existencia de electrones apareados.
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