¿Qué es un modelo ondulatorio?

Modelos de ondas mecánicas

Los electrones corren alrededor de un núcleo central a velocidades tan altas que actúan como ondas de energía.

Los electrones alrededor de esta molécula de agua forman una nube alrededor de los núcleos.

A medida que los electrones se empujan unos a otros, las nubes orbitales de electrones forman diferentes formas. Los científicos proponen que los átomos pueden tener hasta siete niveles de energía principales de electrones alrededor del núcleo.

Este diagrama orbital del nitrógeno muestra cómo los electrones llenan los suborbitales.

Esta es la configuración electrónica del elemento azufre, que tiene 16 electrones.

Nosotros y todo lo que nos rodea estamos hechos de pequeños grupos de partículas, llamados átomos . Si bien alguna vez se pensó que los átomos eran la unidad más pequeña de materia, en realidad están formados por partículas mucho más pequeñas, de alta energía y cargadas negativamente que giran a un ritmo loco alrededor de un núcleo de partículas positivas y neutrales. Dado que los electrones de la capa exterior (valencia) controlan las propiedades químicas de un material, sería útil comprender cómo se comportan.

Una teoría popular es el modelo mecánico de ondas , que propone que los electrones se parecen tanto a una onda de energía como a las partículas. Se mueven tan rápido que realmente no están en ningún lugar en un momento dado, y siguen cambiando su camino en respuesta a los campos que los rodean. En esta lección, discutiremos cómo los científicos usan el modelo mecánico de ondas para describir la construcción de un átomo.

Los electrones corren alrededor de un núcleo central a velocidades tan altas que actúan como ondas de energía.

El modelo de ondas mecánicas se propuso en la década de 1920 cuando los científicos Erwin Schrödinger y Louis Victor de Broglie determinaron que el modelo anterior (el modelo de Bohr) no era útil para determinar la ubicación de los electrones. La teoría de la mecánica de las ondas propone que cada electrón que rodea el núcleo de un átomo ocupa un orbital específico y gira en una dirección determinada, pero el orbital es como una nube u onda de energía, no el anillo que podría imaginar pensando en la órbita de la Tierra alrededor del sol.

Fundamentos

A medida que los científicos han estudiado la estructura del átomo, han descubierto que deben asumir las siguientes cosas:

1. Los científicos nunca pueden saber exactamente cómo se mueven los electrones alrededor del núcleo de un átomo (esto está relacionado con el principio de incertidumbre).
2. Si los científicos toman una ‘instantánea’ en el tiempo, pueden identificar ciertas áreas donde es más probable que estén los electrones que otras (esto está relacionado con el modelo de probabilidad).
3. Si los científicos acumulan las ‘instantáneas’, pueden hacer un ‘mapa de probabilidad’ que muestre las ubicaciones donde es más probable o menos probable que esté el electrón.
4. Los electrones están en un orbital alrededor de su núcleo cargado positivamente, según la rapidez con que se mueven, y ese orbital se puede definir mediante el “mapa de probabilidad”, que ayuda a determinar una “forma” para cada subcapa.
5. Cada capa orbital contiene esencialmente el 90% de las rutas y ubicaciones probables del electrón.

Usando estas suposiciones, los científicos comenzaron a trazar sus mejores conjeturas sobre el comportamiento de los electrones en varios niveles de energía alrededor de un núcleo. Dado que todos los electrones están cargados negativamente, tienden a “chocar con los codos” si se acercan demasiado unos a otros, empujando y cambiando su dirección de viaje. Cada subnivel tiene uno o más orbitales que contienen uno o dos electrones que viajan alrededor del núcleo en un patrón o forma particular.

A medida que los electrones se empujan entre sí, las nubes orbitales de electrones forman diferentes formas.

Los niveles de energía principales definen las ‘capas’ orbitales alrededor del núcleo, donde el nivel 1 es el más cercano al núcleo (energía más baja, movimiento más lento) y el nivel 7 está más alejado del núcleo (energía más alta, velocidad más rápida). Cada ‘caparazón’ tiene un número de subniveles igual a su número de energía. La primera capa tiene un subnivel, mientras que la séptima capa tiene siete, aunque, como veremos, no todos esos subniveles se llenan de electrones.

Los científicos proponen que los átomos pueden tener hasta siete niveles de energía principales de electrones alrededor del núcleo.

Los niveles de energía se presentan de la siguiente manera:

Cada orbital puede contener hasta dos electrones. Los electrones que comparten un orbital están en lados opuestos y giran en direcciones opuestas, y un segundo electrón solo entrará en un orbital si todos los orbitales en ese nivel de energía ya tienen al menos un electrón.

El diagrama orbital del nitrógeno muestra cómo los electrones llenan los suborbitales.

Mientras formaban el modelo, los científicos notaron que a veces el siguiente nivel primario superior comienza a llenarse antes de que el nivel anterior esté completamente lleno:

1. 4s se llena antes de 3d
2. 5s se llena antes de 4d
3. 6s se llena antes que 4f, que se llena antes que 5d
4. 7s se llena antes de 5f, que se llena antes de 6d

Notación electrónica

Entonces, ¿cómo describiríamos un elemento (como oxígeno, hierro u oro) en términos de sus capas de electrones? Yendo de izquierda a derecha, comienzas con las posiciones de menor energía (que se llenan primero) y avanzas hasta las capas de mayor energía (que se llenan en último lugar), observando cada uno de los siguientes:

1. el nivel de energía primaria (1-7; comience con el más bajo)
2. el tipo de subcapa (s, p, d o f)
3. cuántos electrones hay en esa subcapa (hasta 2 para s, 6 para p, 10 para d y 14 para f)

Configuración electrónica para el elemento azufre, que tiene 16 electrones

Resumen de la lección

¡Revisemos! El modelo ondulatorioes una teoría actual que describe la ubicación de los electrones en órbita alrededor del núcleo de un átomo. El modelo propone que hay hasta 7 niveles de energía principales donde tienden a encontrarse los electrones, y que cada nivel de energía, o capa, contiene subcapas de diferentes formas que contienen electrones en órbita. Las subcapas están llenas de pares de electrones con espines opuestos que comparten la misma trayectoria orbital alrededor del núcleo y están siempre en los extremos opuestos de esa subcapa. Las capas de menor energía se llenarán de electrones antes que las de mayor energía. El número de electrones en cada capa de un átomo se puede describir usando notación electrónica. Es posible que nunca encontremos una manera completamente precisa de describir cómo se comportan los electrones alrededor del núcleo de un átomo, pero a medida que los modelos mejoran en precisión,