Configuración electrónica

CONFIGURACIONES ELECTRONICAS

En física y química, la configuración electrónica es la manera en la cual los electrones se estructuran o se modifican en un átomo, molécula o en otra estructura físico-química, de acuerdo con el modelo de capas electrónico, en el cual las funciones de ondas del sistema se expresa como un producto de orbitales anti simetrizadas. Cualquier conjunto de electrones en un mismo estado cuántico deben cumplir el principio de exclusión de Pauli. Por ser fermiones (partículas de espín sementero) el principio de exclusión de Pauli nos dice que esto es función de onda total (conjunto de electrones) debe ser antisimétrica.3 Por lo tanto, en el momento en que un estado cuántico es ocupado por un electrón, el siguiente electrón debe ocupar un estado cuántico diferente.

En los átomos, los estados estacionarios de la función de onda de un electrón en una aproximación no relativista (los estados que son función propia de la ecuación de Schrödinger  en donde  es el ha miltoniano mono electrónico correspondiente; para el caso general hay que recurrir a la ecuación de Dirac de la mecánica cuántica de campos) se denominan orbitales atómicos, por analogía con la imagen clásica de los electrones orbitando alrededor del núcleo. Estos estados, en su expresión más básica, se pueden describir mediante cuatro números cuánticos: n, l, m y ms, y, en resumen, el principio de exclusión de Pauli implica que no puede haber dos electrones en un mismo átomo con los cuatro valores de los números cuánticos iguales.

De acuerdo con este modelo, los electrones pueden pasar de un nivel de energía orbital a otro ya sea emitiendo o absorbiendo un cuanto de energía, en forma de fotón. Debido al principio de exclusión de Pauli, no más, de dos electrones pueden ocupar el mismo orbital y, por tanto, la transición se produce a un orbital en el cual hay una vacante.

La ecuación de Schrödinger

La ecuación de Schrödinger

El desarrollo de la física cuántica a introducidas nuevas formas de comprender los fenómenos que rodean el comportamiento de las partículas elementales. Se ha visto que las ondas electromagnéticas poseen cualidades de partículas energéticas, así como los electrones poseen propiedades de ondas, es decir, es posible asignarles una frecuencia angular y una contante de movimiento determinada, pero además es imposible establecer un punto exacto del espacio donde se encuentra la partícula. La fusión definitiva que cuantifica estas ideas, ha sido conseguida gracias a estudios científicos desarrollados por Erwin Schrödinger, llamándola ecuación de onda, la cual incluye en comportamiento ondulatorio de las partículas y la fusión de la probabilidad de su ubicación.

Es cierto que la búsqueda de la solución de esta ecuación es en el extremo complicada, pero para situaciones reales es de gran utilidad para establecer un estudio matemático riguroso de modelos físicos.

POSTULADOS DE LA ECUACIÓN DE ONDA DE SCHRODINGER

1. - Cada partícula del sistema físico se describe por medio de una onda plana descrita por una función denotada por Y(x, y, z, t); esta función y sus derivadas parciales son continuas, finitas y de valores simples.

2. - Las cantidades clásicas de la energía (E) y del momentum (P), se relacionan con operadores de la mecánica cuántica definida de la siguiente manera.

3. - La probabilidad de encontrar una partícula con la función de onda en el espacio viene dada por:

Donde Y *(x, y, z, t) es la conjugada compleja de Y (x, y, z, t) y se cumple que

Y (x, y, z, t) Y *(x, y, z, t) = | Y (x, y, z, t)|².

DETERMINACIÓN DE LA ECUACIÓN DE SCHRODINGER 

La energía total de la partícula se expresa como:

 E = E_p + E_c

donde Ep es la energía potencial y Ec es la energía cinética:

Utilizando los operadores cuánticos para Ep constante:

Multiplicando por la función de onda Y (r, t) obtenemos la función de Schrödinger en el espacio r:

Para ampliar este resultado se emplea el operador de La place:

Obteniendo la Ecuación General de Schrödinger:

Modelo atómico cuántico.

Arquitectura Electronica

Arquitectura Electrónica

Algunas propiedades físicas y todas las propiedades químicas de los átomos, están determinadas por la corteza de los electrones,razón por la cual la importancia de conocer como están distribuidos los electrones en los átomos, esa manera como están distribuidos se le conoce como configuración electrónica del estado fundamental o basal de los átomos.

Condiciones Para La Realización De La Configuración Electrónica

Principio de Ordenamiento: Al ser ordenados los elementos de forma creciente de acuerdo a su número atómico en la tabla periódica, cada átomo de un elemento tendrá un electrón más que el del elemento que le precede. Ejemplo.: Nitrógeno (Z=7), Oxigeno ( Z=8).

Principio de Aufbau o Principio de Construcción: El electrón que precede aun electrón de un elemento posterior se ubica en el orbital atómico de menor energía disponible (s ó p).

Principio de Exclusión de Paule: Establece que no es posible que dos electrones tengan los mismos cuatro números cuánticos  ( n, l, ml, ms ), es decir, un orbital no puede contener más de dos electrones y los espines de dichos electrones deben tener valores opuestos (↓↑).

Principio de Máxima Multiplicidad de Carga (regla de Hund): los electrones de un mismo subnivel se organizan de modo que exista el mayor número posible de electrones desapareados con el mismo valor del espín, es decir,primero se ocupa con un solo electrón con el mismo valor del espín los orbitales presentes, y después se complementan con electrones con espín opuesto al anterior colocado en el orbital; cuando un orbital contienen únicamente un electrón se dice que este está desapareado.

Modelo atómico actual

Fué desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.

Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.

De cualquier modo, el modelo atómico mecano-cuántico encaja muy bien con las observaciones experimentales.

De este modelo diré que no se habla de órbitas, sino de orbitales. Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima. Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.

En la simulación que tienes a la derecha puedes elegir entre distintos tipos de orbitales y observar su forma geométrica.