Page 329 - Quimica - Undécima Edición

7.7 Orbitales atómicos 299

Figura 7.17 Diseño experimental
para demostrar el movimiento
1
m s 5 22
2 giratorio de los electrones. Un haz
Haz de Horno
átomos de átomos se dirige a través de un
campo magnético. Por ejemplo,
1
m s 5 12 cuando un átomo de hidrógeno
2
con un solo electrón atraviesa el
campo, se desvía en una dirección
Pantalla de detección o en otra, según la dirección del
Imán espín. En un fl ujo compuesto por
muchos átomos, habrá
distribuciones iguales de ambos
tipos de espín, así que se detectan
Pantalla colimadora
en la pantalla dos puntos de igual
intensidad.
el espín del electrón , es preciso añadir un cuarto número cuántico, conocido como núme-
1
1
ro cuántico de espín del electrón (m s ), que toma valores de 1 2 o 2 2.
11
12
Las investigaciones de Otto Stern y Walther Gerlach, en 1924, ofrecieron pruebas
concluyentes del espín del electrón. El diseño experimental básico se muestra en la fi gu- En su experimento, Stern y Gerlach
ra 7.17. En un horno caliente se genera un rayo de átomos gaseosos y se hace pasar a utilizaron átomos de plata, los cuales
través de un campo magnético no homogéneo. La interacción entre un electrón y el cam- presentan un solo electrón sin aparear.
Para ilustrar el principio, podemos su-
po magnético desvía el átomo de su trayectoria rectilínea. Como el movimiento de espín poner que en el estudio se utilizaron
es completamente aleatorio, los electrones presentes en la mitad de los átomos van a girar átomos de hidrógeno.
en una dirección y esos átomos se desvían en un sentido; los electrones de la otra mitad
de los átomos girarán en sentido opuesto y estos átomos se desviarán en el sentido opues-
to. Como consecuencia, en la pantalla de detección se observan dos manchas de la misma
intensidad.

Revisión de conceptos
Proporcione los cuatro números cuánticos de cada uno de los dos electrones en un
orbital 6s.

7.7 Orbitales atómicos

La relación entre los números cuánticos y los orbitales atómicos se muestra en la tabla
7.2. Cuando / 5 0, (2/ 1 1) 5 1 y sólo hay un valor para m / , por lo cual tenemos un
orbital s. Cuando / 5 1, (2/ 1 1) 5 3, de modo que existen tres valores para m / o tres
orbitales p, representados como p x , p y y p z . Cuando / 5 2, (2/ 1 1) 5 5, y existen cinco
valores para m / ; los respectivos cinco orbitales d se expresan con subíndices más comple-
jos. En los siguientes apartados se estudiarán cada uno de los orbitales s, p y d.

Orbitales s. Una de las preguntas importantes que surgen cuando se estudian las propie- El hecho de que la función de onda
dades de los orbitales atómicos es: ¿qué forma tienen los orbitales? En sentido estricto, para un orbital en teoría no tenga lí-
mite externo a medida que se aleja del
un orbital carece de una forma defi nida porque la función de onda que lo distingue se núcleo, hace que surjan interesantes
extiende desde el núcleo hasta el infi nito. En este sentido es difícil decir qué forma tendría preguntas fi losófi cas concernientes al
un orbital. Por otra parte, conviene imaginar a los orbitales con una forma específi ca, sobre tamaño de los átomos. Los químicos
se han puesto de acuerdo en una defi -
todo cuando se estudian los enlaces químicos que forman los átomos, como se hace en nición operativa en cuanto al tamaño
los capítulos 9 y 10. atómico, como veremos en capítulos
Aunque, en principio, se puede encontrar un electrón en cualquier lugar, ya se sabe posteriores.
que la mayor parte del tiempo está muy cerca del núcleo. El gráfi co de la fi gura 7.18a)
11 Otto Stern (1888-1969). Físico alemán. Realizó importantes contribuciones al estudio de las propiedades
magnéticas de los átomos y la teoría cinética de los gases . Stern fue galardonado con el Premio Nobel de Física
en 1943.
12 Walther Gerlach (1889-1979). Físico alemán. La principal área de investigación de Gerlach fue en la teoría
cuántica.