El Átomo es una partícula increíblemente pequeña; es decir, es la mínima porción de la materia, capaz de tener existencia independiente y ser divisible, con capacidad de combinación.
Desde el punto de vista de la divisibilidad de la mMiniateria, el átomo es una porción más pequeña y última de la materia que se puede obtener por procedimientos químicos.
Desde el punto de vista moderno, el átomo es un sistema de energía en equilibrio, debido a que presentan igual número de protones y electrones. Por ésta razón, es neutro.
PARTÍCULAS SUB ATÓMICAS DEL ÁTOMO:
Según la teoría electrónica sobre la constitución del átomo, las partículas subatómicas fundamentales son:
Protones: Descubierta por Rutherford en el 1911. Son partículas de carga eléctrica positiva (+).
Electrones: Son partículas de carga eléctrica negativa (-).Se encuentran alrededor del núcleo atómico, Descubierta por J.J. Thompson en el 1897.
Neutrones: Son partículas que no tienen carga eléctrica Y Fueron descubiertas por Chadwick en 1932.
OTRAS PARTÍCULAS SUB ATÓMICAS
Hasta la actualidad existen nuevas partículas subatómicas elementales, aproximadamente más de 20 partículas subatómicas. Por ejemplo:
Antielectrón o Positrón
- Fueron descubiertos por Carl David Anderson. Su masa es similar a la de los electrones.
- Tiene carga eléctrica positiva.
- Descubierta durante radiaciones cósmicas.
Neutrinos
- Fueron descubiertos por Fermi
- Son partículas demasiado livianas. Su masa es menor que la del electrón (2x10 veces mayor) y no tiene carga eléctrica.
- Se producen durante procesos de emisión radioactiva de electrones y positrones..
Su duración es tan corta que no hay evidencias completa de su existencia
Mesones
- Fueron descubiertos por Yukawa en 1935.
- Su función es mantener unidos a los nucleones (protones y neutrones)
Los rayos catódicos:
Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo y un ánodo en una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo.
J. J. Thomson, entre los años 1898 a 1903, quién estudió la descarga eléctrica que se produce dentro de tubos al vacío parcial(algo de aire), llamados Tubos de rayos catódicos. El aire enrarecido sirve efectivamente para que, si alguna partícula pequeña se desplaza y choca una molécula de Nitrógeno u Oxígeno, se produzca una iluminación en la dirección del flujo de partículas de modo que pueda ser identificado. Thomson encontró que cuando un voltaje suficientemente alto (proveniente de una pila o bobina) era aplicado entre los electrodos, un rayo que el llamó rayos catódicos (porque comenzaba en el electrodo negativo de la pila), se producía. Este rayo viajaba hacia el electrodo (+) por lo que dedujo que se trataba de un flujo de partículas repelidas por el electrodo (-) que necesariamente significaba que eran partículas cargadas (-) atraídas por el electrodo (+) y que llamó desde entonces electrones e- .
Rayos anódicos
Los rayos anódicos: también conocidos con el nombre de canales o positivos, son haces de rayos positivos construidos por cationes atómicos o moleculares que se desplazan hacia el electrodo negativo en un tubo de Crookes.
Es un fenómeno químico-físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas radiográficas fecisterografias, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, entre otros.
Descubrimiento del protón: Si se realiza la misma experiencia del tubo de descarga pero con la modificación de que el cátodo esté perforado, tal como lo hiciera Goldstein en 1886, se observa que en la parte posterior del cátodo aparecen rayos luminosos llamados rayos anódicos ó canales. Experimentos posteriores demostraron que los rayos anódicos son partículas de carga positiva debido a su comportamiento frente a los campos eléctricos y magnéticos. Pero estos rayos NO se producen en el ánodo sino que tienen su origen en el choque de los electrones de suficiente energía con los átomos neutros del gas contenido en el tubo a quienes arrancan nuevos electrones dejando partículas positivas residuales que se dirigen aceleradas al cátodo y algunas lo atraviesan.
Estas partículas positivas se desvían en sentido inverso a los rayos catódicos frente a campos eléctricos y magnéticos. Midiendo la relación masa/carga se encontró que son mucho más pesadas que los electrones y que dependía del gas encerrado en el tubo.
La radiactividad fue descubierta por el científico francés Antoine Henri Becquerel en 1896 de forma casi ocasional al realizar investigaciones sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio. Descubrió que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta propiedad del uranio, después se vería que hay otros elementos que la poseen, de emitir radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de radiactividad.
El descubrimiento dio lugar a un gran número de investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes en lo referente a la caracterización de otras sustancias radiactivas fueron las realizadas por el matrimonio, también francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el polonio y el radio, ambos en 1898.
La radiactividad es una reacción nuclear de "descomposición espontánea", es decir, un nucleido inestable se descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una "radiación". El nucleido hijo (el que resulta de la desintegración) puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido estable. Se dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones forman una serie radiactiva o familia radiactiva.
Se puede considerar que todos los isótopos de los elementos con número atómico igual o mayor a 84 (el polonio es el primero de ellos) son radiactivos (radiactividad natural) pero que, actualmente, se pueden obtener en el laboratorio isótopos radiactivos de elementos cuyos isótopos naturales son estables (radiactividad artificial).
Teoría cuántica y estructura atómica
La teoría ondulatoria de la luz fue propuesta por el físico holandés Christiaan Huygens en el siglo XVII. Según esta teoría, la luz se comporta como una onda, similar a las ondas en el agua o las ondas de sonido. Huygens sugirió que la luz se propaga en forma de ondas a través de un medio hipotético llamado éter.
En la teoría ondulatoria, las propiedades de la luz, como la reflexión, refracción, interferencia y difracción, pueden explicarse mediante el comportamiento de las ondas. Por ejemplo, la refracción ocurre porque las ondas de luz cambian de velocidad al pasar de un medio a otro, lo que provoca que cambien de dirección.
Aunque la teoría corpuscular de la luz de Isaac Newton fue dominante durante un tiempo, la teoría ondulatoria ganó aceptación en el siglo XIX gracias a experimentos como el de la doble rendija de Thomas Young, que demostraron el carácter ondulatorio de la luz al evidenciar la interferencia. Finalmente, la teoría ondulatoria fue unificada con la teoría electromagnética de James Clerk Maxwell, que describió la luz como una onda electromagnética.
Un cuerpo negro hace referencia a un objeto opaco que emite radiación térmica. Un cuerpo negro perfecto es aquel que absorbe toda la luz incidente y no refleja nada. A temperatura ambiente, un objeto de este tipo debería ser perfectamente negro (de ahí procede el término cuerpo negro).
Sin embargo, si se calienta a una temperatura alta, un cuerpo negro comenzará a brillar produciendo radiación térmica.
Todos los objetos emiten radiación térmica (siempre que su temperatura esté por encima del cero absoluto, o -273,15 grados Celsius), pero ningún objeto es en realidad un emisor perfecto, en realidad emiten o absorben mejor unas longitudes de onda de luz que otras. Estas pequeñas variaciones dificultan el estudio de la interacción de la luz, el calor y la materia utilizando objetos normales.
Afortunadamente, es posible construir un cuerpo negro prácticamente perfecto. Se construye una caja con algún material que sea conductor térmico, como el metal.
La caja debe estar completamente cerrada por todas sus caras, de forma que el interior forme una cavidad que no reciba luz del exterior. Entonces se hace un pequeño agujero en algún punto de la caja. La luz que salga de ese agujero tendrá un parecido casi exacto a la luz de un cuerpo negro ideal, a la temperatura del aire del interior de la caja. A principios del siglo XX, los científicos Lord Rayleigh, y Max Planck (entre otros) estudiaron la radiación de cuerpo negro utilizando un dispositivo similar. Tras un largo estudio, Planck fue capaz de describir perfectamente la intensidad de la luz emitida por un cuerpo negro en función de la longitud de onda. Fue incluso capaz de describir cómo variaría el espectro al cambiar la temperatura.
El trabajo de Planck sobre la radiación de los cuerpos negros es una de las áreas de la física que llevaron a la fundación de la maravillosa ciencia de la mecánica cuántica. Lo que Planck descubrio era que a medida que se incrementaba la temperatura de un cuerpo negro, la cantidad total de luz emitida por segundo también aumentaba, y la longitud de onda del máximo de intensidad del espectro se desplazaba hacia los colores azulados.
Este efecto, se trata de otro fenómeno que, al igual que la radiación de cuerpo negro, también involucra la interacción entre la radiación y la materia.
Pero esta vez se trata de absorción de radiación de metales. Heinrich Hertz (1857-1894), científico alemán, fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico, en 1887, mientras trabajaba en la generación de ondas de radio. Informó esta observación pero no se dedicó a explicarla. Al incidir luz ultravioleta sobre el cátodo metálico (fotocátodo) se detecta el paso de una corriente eléctrica
Se trata de electrones que abandonan el cátodo (colector) y se dirigen al ánodo a través del vacío dentro del tubo. Los electrodos se hallan conectados a una diferencia de potencial de sólo unos pocos voltios. La teoría electromagnética clásica considera que la radiación de mayor intensidad (o brillo, si es visible), que corresponde a ondas de mayor amplitud, transporta mayor energía. Esta energía se halla distribuida uniformemente a lo largo del frente de onda. La intensidad es igual a la energía que incide, cada unidad de tiempo, en una unidad de superficie. Con radiación ultravioleta de diferentes intensidades, los electrones salen del metal con la misma velocidad. La radiación más intensa arranca mayor número de electrones. Esta observación también resultaba inexplicable.
Espectros de emisión y series espectrales
Son aquellos que se obtienen al descomponer las radiaciones emitidas por un cuerpo previamente excitado.
- Los espectros de emisión continuos se obtiPstenen al pasar las radiaciones de cualquier sólido incandescente por un prisma. Todos los sólidos a la misma Temperatura producen espectros de emisión iguales
La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran. Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometido a temperaturas elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden onda. Espectros de Absorción Cuando la luz del sol pasó por una pequeña hendidura y luego a través del prisma, formó un espectro con los colores del arco iris, tal como Fraunhofer esperaba, pero para su sorpresa, el espectro contenía una serie de líneas oscuras. Eso es lo que ocurre cuando un elemento es calentado. En términos del modelo de Bohr, el calentar los átomos les dá una cierta energía extra, así que algunos electrones pueden saltar a niveles superiores de energía. Entonces, cuando uno de estos electrones vuelve al nivel inferior, emite un fotón en una de las frecuencias especiales de ese elemento y a eso es lo que se llama espectro de emisión.
El modelo de Bohr está basado en los siguientes postulados, que son válidos para átomos con un solo electrón como el hidrógeno y permitió explicar sus espectros de emisión y absorción.
Postulados:
1. Primer Postulado: Estabilidad del Electrón
Un electrón en un átomo se mueve en una órbita circular alrededor del núcleo bajo la influencia de la atracción entre el electrón y el núcleo, obedeciendo las leyes de la mecánica clásica.
Las únicas fuerzas que actúan sobre el electrón son las fuerzas de atracción
eléctrica (Fa) y la fuerza centrípeta (Fc), que es exactamente igual a la fuerza
centrífuga.
2. Segundo Postulado: Orbitas o niveles permitidos
En lugar de la infinidad de órbitas posibles en la mecánica clásica, para un
electrón solo es posible moverse en una órbita para la cual el momento angular L es un múltiplo entero de la constante de Planck h.
3. Tercer Postulado: Niveles Estacionarios de Energía
Un electrón que se mueva en una de esas órbitas permitidas no irradia energía electromagnética, aunque está siendo acelerado constantemente por las fuerzas atractivas al núcleo. Por ello, su energía total permanece constante.
4. Cuarto Postulado: Emisión y Absorción de Energía
Si un electrón que inicialmente se mueve en una órbita de energía Ei cambia
discontinuamente su movimiento de forma que pasa a otra órbita de energía Ef se emite o absorbe energía electromagnética para compensar el cambio de la energía total. La frecuencia ν de la radiación es igual a la cantidad (Ei – Ef) dividida por la constante de Planck h.
El Principio de Dualidad establece que todas las partículas subatómicas (como los electrones) tienen una naturaleza dual, es decir, pueden comportarse tanto como partículas (con masa y carga) como ondas (con una longitud de onda y frecuencia). Este principio fue propuesto para resolver las contradicciones entre la teoría clásica de partículas y la teoría ondulatoria.
En otras palabras:
Comportamiento como partículas: Las partículas tienen una masa definida y pueden ocupar una posición específica en el espacio. Pueden chocar, transferir energía y seguir trayectorias definidas.
Comportamiento como ondas: Las partículas pueden exhibir propiedades ondulatorias, como la interferencia y la difracción, lo que sugiere que no tienen una posición fija, sino que se describen mejor en términos de probabilidades de presencia en diferentes lugares.
El físico francés Louis de Broglie propuso en 1924 que, al igual que la luz tiene un comportamiento dual (onda y partícula), todas las partículas materiales también tienen una naturaleza ondulatoria. El Postulado de de Broglie establece que a cada partícula de materia se le puede asociar una onda, cuya longitud de onda λ\lambdaλ está relacionada con la cantidad de movimiento (momentum) ppp de la partícula por la siguiente ecuación:
λ=h/p
Donde:
λ es la longitud de onda asociada a la partícula.
h es la constante de Planck (6.626×10−34 J·s).
p es el momentum de la partícula, que se calcula como p=mv siendo m la masa de la partícula y v su velocidad.
Este postulado fue confirmado experimentalmente y es clave para entender fenómenos como la difracción de electrones, que solo pueden explicarse si se considera que los electrones tienen propiedades ondulatorias.
En química, el principio de dualidad y el postulado de de Broglie son fundamentales para explicar la estructura electrónica de los átomos y moléculas. Por ejemplo, el comportamiento ondulatorio de los electrones permite entender la formación de orbitales atómicos, donde la probabilidad de encontrar un electrón en una cierta región del espacio se describe por funciones de onda.
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg es uno de los pilares fundamentales de la mecánica cuántica y describe una limitación inherente en nuestra capacidad para medir simultáneamente ciertas propiedades de las partículas subatómicas, como su posición y momento. Fue formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927 y tiene profundas implicaciones para nuestra comprensión de la naturaleza cuántica del universo.
Límite fundamental del conocimiento: El principio de incertidumbre introduce una limitación en el conocimiento que no es debido a imperfecciones de los instrumentos de medición, sino que es una propiedad intrínseca de la naturaleza cuántica. Esto cambia radicalmente la forma en que entendemos la precisión y el determinismo en la física clásica.
Rompe con el determinismo clásico: En la física clásica (como en las leyes de Newton), se asumía que, si se conocían todas las condiciones iniciales de un sistema con precisión (posición y velocidad), era posible predecir su comportamiento futuro. El principio de incertidumbre de Heisenberg refuta esta idea, mostrando que existe un límite en lo que podemos conocer y predecir simultáneamente en el mundo cuántico.
Concepción probabilística de la realidad: Este principio es una de las bases para la interpretación probabilística de la mecánica cuántica. En lugar de determinismo absoluto, la física cuántica predice resultados en términos de probabilidades. Esto se traduce en que, en lugar de hablar de trayectorias definidas, los sistemas cuánticos están descritos por funciones de onda que indican probabilidades de ocurrencia.
Estabilidad de los átomos: El principio de incertidumbre es clave para entender la estabilidad de los átomos. Si los electrones pudieran estar localizados con exactitud en torno al núcleo, según las leyes del electromagnetismo clásico, colapsarían en el núcleo debido a la atracción electrostática. El principio de incertidumbre evita este colapso, ya que impide que un electrón esté localizado con precisión infinita y al mismo tiempo tenga un momento bien definido.
Influencia en la interpretación de la realidad cuántica: El principio de incertidumbre juega un papel central en interpretaciones como la de Copenhague de la mecánica cuántica, donde el acto de medición afecta al sistema. Esto significa que la realidad cuántica es, en cierto modo, no objetiva hasta que se realiza una medición, ya que las propiedades de las partículas no están definidas de forma absoluta antes de medirlas.
Consecuencias tecnológicas: El principio de incertidumbre ha tenido implicaciones directas en el desarrollo de tecnologías modernas como los microscopios de barrido por túnel y otros dispositivos basados en fenómenos cuánticos, que aprovechan el hecho de que la precisión absoluta es imposible pero se pueden medir propiedades de manera indirecta. También influye en la investigación de la computación cuántica y en cómo se pueden manejar estados cuánticos superpuestos.
Relación con el vacío cuántico: El principio de incertidumbre también está vinculado con la idea de las fluctuaciones del vacío cuántico, que sugieren que en el vacío (aparentemente sin energía) pueden surgir brevemente partículas y antipartículas debido a la incertidumbre en la energía y el tiempo. Esto tiene implicaciones en teorías cosmológicas y la comprensión de la estructura del universo.
La ecuación de onda de Schrödinger es una de las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica, y describe cómo evoluciona en el tiempo el estado cuántico de un sistema físico. Está formulada para partículas como electrones, protones y otras que siguen las leyes de la física cuántica. La ecuación de Schrödinger permite calcular la función de onda de una partícula, la cual contiene toda la información posible sobre el sistema.
La función de onda ψ(r,t) no tiene un significado físico directo por sí sola, pero el cuadrado de su magnitud ψ(r,t)2 representa la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar y en un tiempo determinado. Es decir, la mecánica cuántica no predice con certeza dónde estará una partícula, sino que da las probabilidades de dónde podría encontrarse.
La ecuación de Schrödinger es esencial porque proporciona una descripción de los sistemas microscópicos como electrones y átomos. La solución de esta ecuación da las probabilidades de los resultados posibles de cualquier medición (como posición, momento o energía) en un sistema cuántico.
En resumen, la ecuación de Schrödinger permite predecir cómo un sistema cuántico evoluciona a lo largo del tiempo, y sus soluciones, las funciones de onda, contienen toda la información sobre el sistema en términos probabilísticos.
Describir sistemas cuánticos: La ecuación de Schrödinger describe cómo cambia el estado cuántico de un sistema en el tiempo, lo que es clave para entender fenómenos a nivel microscópico. Sistemas como átomos, moléculas y partículas subatómicas se comportan de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, y la ecuación de Schrödinger nos permite hacer predicciones precisas sobre ellos.
Base de la mecánica cuántica: La ecuación de Schrödinger es al mundo cuántico lo que las leyes de Newton son al mundo macroscópico. Permite predecir y entender fenómenos que no pueden explicarse con la física clásica, como la superposición de estados, la cuantización de la energía y el entrelazamiento cuántico.
Probabilidad y mediciones: A diferencia de la física clásica, la mecánica cuántica no proporciona certezas sobre la posición o el momento exacto de una partícula. En su lugar, la ecuación de Schrödinger permite calcular probabilidades. El cuadrado de la función de onda ∣ψ(r,t)∣2|\psi(\mathbf{r}, t)|^2∣ψ(r,t)∣2 representa la probabilidad de encontrar la partícula en una posición específica en un momento dado.
Determinación de niveles de energía: En sistemas como átomos y moléculas, la ecuación de Schrödinger permite calcular los niveles de energía de los electrones. Esto es fundamental para entender fenómenos como la espectroscopía, la interacción luz-materia, y el comportamiento de los materiales.
Explicación de fenómenos cuánticos: La ecuación de Schrödinger permite comprender fenómenos como el efecto túnel, que ocurre cuando una partícula cuántica atraviesa una barrera de energía que, según la física clásica, no debería poder superar. Este fenómeno es crucial en aplicaciones como los diodos y la fusión nuclear.
Química cuántica: La ecuación de Schrödinger es esencial para la química cuántica, permitiendo predecir la estructura y comportamiento de los átomos y moléculas. Los químicos cuánticos la usan para entender cómo se forman los enlaces químicos y cómo reaccionan las moléculas en diferentes condiciones.
Física del estado sólido: En la física del estado sólido, la ecuación de Schrödinger se utiliza para estudiar el comportamiento de los electrones en materiales, como semiconductores, que son la base de la tecnología moderna. Esto es crucial para el diseño de dispositivos electrónicos como transistores y paneles solares.
Tecnología cuántica: Los avances recientes en tecnologías como la computación cuántica y la criptografía cuántica dependen de la ecuación de Schrödinger para describir el comportamiento de los qubits (las unidades básicas de la información cuántica) y su evolución a lo largo del tiempo.
Simulaciones computacionales: En simulaciones computacionales de sistemas cuánticos, la ecuación de Schrödinger es la base matemática que permite estudiar dinámicamente fenómenos en campos como la biología cuántica, el diseño de nuevos materiales, y la investigación farmacéutica.
Física nuclear y partículas: La ecuación de Schrödinger es aplicable en el estudio de reacciones nucleares y de partículas subatómicas, ayudando a describir cómo los protones y neutrones interactúan en el núcleo atómico, o cómo las partículas elementales interactúan en experimentos de alta energía.
El significado de los números cuánticos es:
n = número cuántico principal, que indica el nivel de energía donde se encuentra el electrón, asume valores enteros positivos, del 1 al 7.
l = número cuántico secundario, que indica el orbital en el que se encuentra el electrón, puede ser s, p, d y f (0, 1, 2 y 3).
m = número cuántico magnético, representa la orientación de los orbitales en el espacio, o el tipo de orbital, dentro de un orbital especifico. Asume valores del número cuántico secundario negativo (-l) pasando por cero, hasta el número cuántico positivo (+l).
s = número cuántico de spin, que describe la orientación del giro del electrón. Este número tiene en cuenta la rotación del electrón alrededor de su propio eje a medida que se mueve rodeando al núcleo. Asume únicamente dos valores +1/2 y -
En resumen los números cuánticos se expresan:
N: Nivel de energía (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)
L: Orbital (s=0, p=1, d=2 y f=3) del =0 (orbital s) hasta n - 1.
m: magnético (m=-l ,0 +1) desde -l, pasando por cero, hasta +l.
s: spin (-1, + 1)
La ecuación de onda de Schrodinger no tiene solución exacta. Hay que introducir soluciones aproximadas: Los orbitales atómicos son semejantes a los del hidrógeno.
También se pueden emplear los mismos números cuánticos (n, l, m l) para describir los orbitales Sistemas con más de 1 electrón, hay que tener en cuenta: Cuarto número cuántico (ms) Limitar nº electrones por orbital (P. Exclusión Pauli) Conjunto de niveles de energía más complejo La configuración electrónica de un átomo es la distribución de los electrones en los subniveles de energía del átomo. La configuración electrónica de un átomo se obtiene escribiendo en orden ascendente de energía los símbolos de los subniveles ocupados indicando el número de electrones que contiene.
El número de electrones que ocupan los subniveles de un átomo neutral debe ser igual al número atómico del elemento.
Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario observar el principio de Aufbau, el cual establece que los electrones del átomo se van añadiendo a los subniveles en orden ascendente de energía. Es decir, cada electrón entra en el subnivel de menor energía disponible hasta que este nivel esté lleno, entonces el próximo electrón entra en el subnivel que le sigue en energía. El arreglo así obtenido corresponde al estado de más baja energía posible del átomo y se conoce como el estado raso. Cualquier otro arreglo de los electrones produce un estado de mayor energía y se le llama, en este caso, estado excitado.
El principio de Aufbau contiene una serie de instrucciones relacionadas a la ubicación de electrones en los orbitales de un átomo. El modelo, formulado por el físico Niels Bohr, recibió el nombre de Aufbau (del alemán Aufbauprinzip: principio de construcción) en vez del nombre del científico. También se conoce popularmente con el nombre de regla del serrucho.
Los orbitales se 'llenan' respetando la regla de Hund, que dice que ningún orbital puede tener dos orientaciones del giro del electrón sin antes de que los restantes números cuánticos magnéticos de la misma subcapa tengan al menos uno. Se comienza con el orbital de menor energía. Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un máximo de dos electrones), esto de acuerdo con el número.
Seguido se llena el orbital 2s (también con dos electrones como máximo)
La subcapa 2p tiene tres orbitales degenerados en energía denominados, según su posición tridimensional, 2px, 2py, 2pz. Así, los tres orbitales 2p puede llenarse hasta con seis electrones, dos en cada uno. De nuevo, de acuerdo con la regla de Hund, deben tener todos por lo menos un electrón antes de que alguno llegue a tener dos.
El principio de exclusión de Pauli es un principio cuántico enunciado por Wolfgang Ernst Paulien1925 que establece que no puede haber dos electrones con todos sus números cuánticos idénticos(esto es, en el mismo estado cuántico de partícula individual). Hoy en día no tiene el estatus de principio, ya que es deriva ble de supuestos más generales (de hecho es una consecuencia del Teorema de la estadística del spin ).
Regla de exclusión de Pauli:
Esta regla nos dice que en un estado cuántico sólo puede haber un electrón.
También que en una orientación deben de caber dos electrones excepto cuando el número de electrones se ha acabado por lo cual el orden que debe de seguir este ordenamiento encada nivel es primero los de espín positivo (+1/2) y luego los negativos. Principio de Exclusión de Pauli: “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones”
Esta regla establece que por cada espacio o tipo de orbital, puede contener únicamente 2 electrones, y con spin contrario.
La regla de Hund es un método empírico utilizado para el llenado de orbitales que posea igual energía. Dicha regla fue acuñada por el físico alemán Friedrich Hund, y es conocida también bajo el nombre de regla de máxima multiplicidad de Hund.
La regla se basa en el llenado de orbitales atómicos que tengan igual energía, así podemos decir que existen tres orbitales tipo p, cinco orbitales atómicos tipo d, y siete tipo f. En ellos se van colocando los electrones con spines paralelos en la medida de lo posible. La partícula analizada será más estables ( es decir, tendrá menor energía), cuando los electrones se encuentren en modo desapareado, con espines colocados paralelamente, en cambio poseerá mayor energía cuando los electrones se encuentren apareados, es decir los electrones colocados de manera antiparalela o con espines de tipo opuestos.
La Configuración o Distribución electrónica nos dice como están ordenados los electrones en los distintos niveles de energía (órbitas), o lo que es lo mismo como están distribuidos los electrones alrededor del núcleo de su átomo.
¿Cómo saber los electrones que tienen los átomos en cada una de sus órbita? Pues bien, eso es lo que se llama la configuración electrónica de un elemento de la tabla periódica. Poco a poco lo iremos aprendiendo.
¿Para que queremos saber esto?. Por ejemplo, es muy útil o mejor dicho imprescindible para hacer el enlace covalente y los enlaces iónicos y conocer los llamados electrones de valencia, que son el número de electrones que tiene el átomo de un elemento en su última capa u órbita (subnivel).
Lo primero, cuanto más alejado del núcleo esté girando el electrón mayor es su nivel de energía.
Los electrones, de un átomo, que tengan la misma energía se dice que están en el mismo nivel de energía. Estos niveles de energía también se llaman orbitales de energía.
https://es.wikipedia.org/wiki/Configuraci%C3%B3n_electr%C3%B3nica
Hay tres tipos comunes de radiación y cambios nucleares:
La Radiación Alpha (α) es la emisión de una partícula alpha del núcleo de un átomo. Una partícula α contiene 2 protones y 2 neutrones (y es similar a un núcleo He: ) Cuando un átomo emite una partícula , la masa atómica del átomo disminuirá cuatro unidades (ya que 2 protones y 2 neutrones están perdidos) y el número atómico (z) disminuirá 2 unidades. Se dice que el elemento se 'transmuta' en otro elemento que es 2 z unidades más pequeño.
La Radiación Beta (β) es la transmutación de un neutrón (seguido de la emisión de un electrón del núcleo del átomo: ). Cuando un átomo emite una partícula β, la masa del átomo no cambiará (puesto que no hay cambio en el número total de
La Radiación Gamma (g) incluye la emisión de energía electromagnética (similar a la energía proveniente de la luz) de un núcleo de un átomo. Ninguna partícula es emitida durante la radiación gamma, y por consiguiente la radiación gamma no causa en sí misma la transmutación de los átomos. Sin embargo, la radiación (g )es emitida generalmente durante, y simultáneamente, a la disminución radioactiva α o β Los rayos X, emitidos durante la disminución beta del cobalto-60, son un ejemplo común de la radiación gamma:
Para poder realizar estos adelantos fue necesario realizar las investigaciones adecuadas, por lo tanto hay que recordar que la base de todos estos fue planteada por científicos y posteriormente desarrollada en caso de no haber sido concluidos.El trazado isotópico en biología y en medicina. Los diferentes isotopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por consiguiente, la función de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite detectarla, localizarla, seguir su movimiento e, incluso, dosificarla a distancia.
El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo. Los isótopos radioactivos se utilizan en la medicina nuclear, principalmente en las imágenes médicas, para estudiar el modo de acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardíaca, descubrir las metástasis cancerosas. Las radiaciones y la radioterapia.
Las radiaciones ionizantes pueden destruir preferentemente las células tumorales y constituyen una terapéutica eficaz contra el cáncer, la radioterapia, que fue una de las primeras aplicaciones del descubrimiento de la radioactividad. En Francia, entre el 40 y el 50% de los cánceres se tratan por radioterapia, a menudo asociada a la quimioterapia. La radioactividad permite curar un gran número de personas cada año.
La protección de las obras de arte. El tratamiento mediante rayos gamma permite eliminar los hongos, larvas, insectos o bacterias alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos de la degradación. Esta técnica se utiliza en el tratamiento de conservación y de restauración de objetos de arte, de etnología, de arqueología.La elaboración de materiales. La irradiación provoca, en determinadas condiciones, reacciones químicas que permiten la elaboración de materiales más ligeros y más resistentes, como aislantes, cables eléctricos, envolventes termo-retractables, prótesis, etc.Los detectores de incendio. Una pequeña fuente radioactiva ioniza los átomos de oxígeno y de nitrógeno contenidos en un volumen reducido de aire. La llegada de partículas de humo modifica esta ionización Por esta razón se realizan y se utilizan en los comercios, fábricas, despachos…detectores radioactivos sensibles a cantidades de humo muy pequeñas.
La alimentación de energía de los satélites. Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas con plutonio 239, cobalto 60 o estroncio 90. Estas baterías se montan en los satélites para su alimentación energética. Son de tamaño muy reducido y pueden funcionar sin ninguna operación de mantenimiento durante años.
La producción de electricidad. Las reacciones en cadena de fisión del uranio se utilizan en las centrales nucleares que, en Francia, producen más del 75% de la electricidad.