Experimentos de Química

Durante muchos años de investigación sobre el cómo estaba formada la materia, se introdujo el término "Átomo". Durante este proceso se realizaron diversas teorías y modelos. Abajo te dejamos un resumen.

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Pero las investigaciones no cesaron, y aparecieron nuevos científicos quienes sentaron las bases del nuevo modelo denominado "Modelo Mecánico Cuántico".

En 1924, Louis de Broglie, postuló que los electrones tenían un comportamiento dual de onda y partícula. Cualquier partícula que tiene masa y que se mueve a cierta velocidad, también se comporta como onda.

Nube electrónica (Electron Cloud)

En 1927, Werner Heisenberg, sugiere que es imposible conocer con exactitud la posición, el momento y la energía de un electrón. A esto se le llama "principio de incertidumbre".

En 1927, Erwin Schrödinger, con base en la idea de de Broglie, de que las partículas podían mostrar comportamiento como de onda, teorizó que el comportamiento de los electrones dentro de los átomos se podía explicar al tratarlos matemáticamente como ondas de materia, por lo que, establece una ecuación matemática que al ser resuelta permite obtener una función de onda (Ψ²) llamada orbital. Esta función es llamada densidad electrónica e indica la probabilidad de encontrar un electrón cerca del núcleo. La probabilidad es mayor mientras más cercana al núcleo y menor si nos alejamos de él. Con esta teoría de Schrödinger queda establecido que los electrones no giran en órbitas alrededor del núcleo como el modelo de Bohr, sino en volúmenes alrededor del núcleo.

Entonces:

Pero... ¿Cómo se construye un orbital?

Ecuación de Schrödinger

Gracias al estudio de la mecánica cuántica, Erwin Schrödinger formuló una de las ecuaciones más importantes, la cual cuenta con un operador (operador Hamiltoniano) y una función. La forma más básica y resumida es la siguiente:

El trabajar con este operador, nos permite obtener una nueva función, el resultado de esta si se eleva al cuadrado nos indica una densidad de probabilidad.

En el átomo existe un 90% de probabilidad de hallar un electrón, por lo que, esta zona de probabilidad se convierte en lo que hoy conocemos como "orbital".

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Números cuánticos

Gracias al estudio realizado por Schrödinger, las soluciones de su ecuación dieron origen a cuatro valores, los cuales llamaremos números cuánticos.

1. Número cuántico principal (n): corresponde a los niveles de energía. Estos niveles aumentan de tamaño a medida que nos alejamos del núcleo. Posee valores n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7..

Mientras mayor sea el valor de n, mayor será la nube electrónica. Tener en consideración que mientras menor sea el valor de n, mayor probabilidad de encontrar al electrón

2. Número cuántico secundario (l): representa la existencia de subniveles de energía dentro de cada nivel. Se calculan considerando desde 0 hasta n-1.

Así, para n=1...l =0 ( "s" )
para n=2 .........l = 0, 1 ( "s", "p" )
para n=3 .........l = 0, 1, 2 ( "s", "p", "d" )
para n=4 .........l = 0, 1, 2, 3, 4 ("s", "p", "d", "f" )

3. Número magnético (m): representa la orientación de los orbitales y toma valores de -l hasta + l

si l = 0, m=0 es decir 1 solo tipo de orbital s
si l = 1, m =-1, 0, +1 es decir 3 tipos de suborbitales p
si l = 2, m = -2, -1, 0, +1, +2 es decir 5 tipos de suborbitales d
si l = 3, m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 es decir 7 tipos de suborbitales f

4. Número de spin (s): indica la cantidad de electrones presentes en un orbital y el tipo de giro de los electrones, habiendo dos tipos +1/2 y -1/2. En cada tipo de suborbital cabe máximo 2 electrones y estos deben tener spines o giros opuestos.

VEAMOS SI ENTENDISTE, COMPLETA EL SIGUIENTE RESUMEN (Haz click en resumen)

Orbitales atómicos

Ya vimos que existen diferentes tipos de orbitales (s, p, d, y f) los cuales tienen una forma definida y también sabemos que estos tienen una orientación en el espacio. Ahora, ¿Los podemos imaginar?

VISITA EL SIGUIENTE LINK Y CONOCE MÁS SOBRE ORBITALES ATÓMICOS (Haz click en orbitales atómicos)

Como ya viste los orbitales tienen distintas formas debido al nivel de energía en el cual se encuentra y de acuerdo a la densidad de probabilidad electrónica. Recordemos que esta "nube" no se encuentra estática por tanto puede girar.

VEAMOS COMO GIRAN LOS ORBITALES

(Haz click en Giran)

A partir de los números cuánticos también podemos saber la orientación que tiene tal orbital en el espacio. Imaginemos este "espacio" como un plano cartesiano.

Pero también sabemos que los átomos no son planos si no que tridimensionales por tanto podemos imaginarnos una caja con coordenadas z, x e y.

Ahora, teniendo en cuenta esto, podemos situar a los orbitales en distintos planos, información que nos dará el número cuántico magnético (m) el cuál puede tomar valores de -l,0,+l.

VEAMOS COMO SE UBICAN LOS ORBITALES EN EL ESPACIO (Haz click en espacio)

En Resumen

Gracias a el desarrollo de la ecuación de Schrödinger realizada en 1927, es que hoy en día conocemos los números cuánticos y por tanto la descripción de la ubicación más probable de un electrón.

Si aún no te queda muy claro, veamos la siguiente gráfica:

Al estudio de la descripción fundamental de la naturaleza a escalas espaciales pequeñas se le conoce como Mecánica cuántica. Razón por lo que a todo esto, se le conoce "Modelo mecánico cuántico" el cual, es el conocido "Modelo Atómico actual".