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Estudio del átomo:

1. Átomos e isótopos 2. Modelos Atómicos 3. Teoría cuántica

1 Ing. Sol de María Jiménez González

Característica Partículas

Protón Neutrón Electrón

Símbolo p+ n e-

Masa (kg) 1,6726 x 10-27 1,6749 x 10-27 9,1094 x 10-31

Masa (u) 1,0073 1,0087 5,5206 x 10-4

Carga eléctrica relativa

1+ 0 1-

Núcleo: protones y neutrones Los electrones se mueven alrededor.


• El volumen que ocupan los electrones es 1014 veces mayor que el del núcleo, por lo que es prácticamente el volumen del átomo.

• La masa de un protón o un neutrón es 2000 veces mayor que la de un electrón, por la masa de los nucleones es prácticamente la masa del átomo.

El núcleo es 108 veces más denso que la

región electrónica o nube electrónica.


Es el número de protones

Símbolo: Z

Identifica el elemento al cual pertenece el átomo.

Todos los átomos de un mismo elemento

tienen idéntico número de protones o

número atómico.


NÚMERO ATÓMICO NOMBRE SÍMBOLO MASA ATÓMICA (u)

1 Hidrógeno H 1,0079

2 Helio He 4,0026

6 Carbono C 12,011

7 Nitrógeno N 14,007

8 Oxígeno O 15,999

11 Sodio Na 22,990

12 Magnesio Mg 24,305

17 Cloro Cl 35,453

19 Potasio K 39,098

20 Calcio Ca 40,078

26 Hierro Fe 55,845

29 Cobre Cu 63,546

35 Bromo Br 79,904

47 Plata Ag 107,87


• Un átomo es neutro

Anión: átomo neutro gana electrones

K K+ + e- queda con carga positiva Catión: átomo neutro pierde electrones

Cl + e- Cl- queda con carga negativa

son átomos con igual número de protones o Z pero diferente cantidad de electrones Cl- K+


Es el número de nucleones: la suma de protones más neutrones.

Símbolo: A

Son átomos de un mismo

elemento (igual número de

p+) que poseen diferente

número de neutrones.

En los isótopos A es

diferente 7

Ing. Sol de María Jiménez González

Número de neutrones = número de masa – número atómico


A = 48 n = 28 p+ = ? Z = ? e- = ?

A = n + p+ p+ = A – n p+ = 48 – 28 p+ = 20

En un átomo neutro

Z = p+ y p+ = e- Z = 20 y e- = 20

A Z

Ejercicio: ¿Cuál es el número de protones, el número atómico y el número de electrones de un isótopo de calcio, si su número de masa es 48 y su número de neutrones es 28?


A = 35 Z = 17 p+ = ? n = ? e- = ?

Z = p+ p+ = 17

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento (igual número de protones) que poseen diferente número de neutrones.

A = p+ + n n = A – p+ n = 35 – 17 n = 18

A Z

e- = p+ + 1 e- = 17 + 1 e- = 18

El ion tiene un electrón más que el átomo neutro

Ejercicio: Un isótopo iónico de cloro tiene una carga 1-, su número de masa es 35 y su número atómico es 17. ¿Cuál es su número de protones, neutrones y electrones?


Elementos: mezcla de isótopos

Isótopos inestables

Núcleos se descomponen en

corto tiempo

Isótopos estables Núcleos no tienden a

descomponerse


Masa atómica = masa x abundancia relativa

La masa atómica de un elemento es el promedio ponderado de las masas de los

isótopos que lo componen

= (masa del isótopo) x (% abundancia)


Isótopo 1 Masa: 79,82 Abundancia: 21,1%

Isótopo 2 Masa: 78,73 Abundancia: ?

% Abundancia Isótopo 2 = 100 – 21,1% = 78,9%

Masa atómica= (masa x abundancia)isótopo 1+ (masa x abundancia)isótopo 2

Masa atómica= (79,82 x 0,211) + (78,73 x 0,789)

Masa atómica= 78,96 uma

Ejercicio: Un elemento presenta sólo dos isótopos, cuyas masas son 79,82 uma y 78,73 uma. Si la abundancia relativa del primero es 21,1%, ¿cuál es la masa atómica del elemento?


Teoría atómica de Dalton

Conceptos de electricidad y magnetismo

Antecedentes del modelo atómico

Descubrimiento y aplicaciones de la cuantificación


1. El electrón tiene carácter dual: se comporta como partícula y como onda. (Broglie)

2. Un orbital es la zona del espacio alrededor del núcleo atómico en donde existiría la máxima probabilidad de encontrar un electrón. El orbital no tiene límites perfectamente definidos. (Heisenberg)

.


Los electrones de un átomo se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para situar dos de ellos, según el siguiente esquema: · 1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) · 2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) · 3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) + 5 orb. “d” (10 e–) · 4ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) + 5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–) Y así sucesivamente…

Los orbitales atómicos tienen distintas formas; así, los orbitales “s” son esféricos; sin embargo el resto de los tipos de orbitales poseen direcciones concretas en el espacio; por ejemplo cada uno de los

orbitales “p” se alinea sobre cada uno de los tres ejes de coordenadas.


…..

…..


1. Los números cuánticos describen el estado

atómico:

o Energía

o Impulso angular

o Orientación del impulso angular

o Magnetismo intrínseco del electrón

.

La solución de la ecuación de onda brinda

información sobre la probabilidad de encontrar un electrón de un átomo en una posición determinada


Energía, n

• Número cuántico principal

• El estado de más baja energía se llama estado fundamental

• Si está en estados de energía más altos se llaman estados excitados

• n = 1,2,3,4…

Impulso angular, l

• Se conoce como azimutal o secundario

• Movimiento del e- alrededor del núcleo

• l = 0,1,2,3… (n-1)

Orientación del impulso angular, m

• Se conoce como número cuántico magnético

• m = -l … + l (pasando por 0)

Magnetismo del electrón, ms

• Rotación del electrón en su propio eje

• Se conoce como orientación del spin

• ms = +1/2 o -1/2

Número cuánticos


(n,l,m,ms)

3px

Los números cuánticos describen el estado de un electrón

Nivel energético o “capa” Tipo de orbital (subnivel)según la distribución de la densidad electrónica: s, p, d, f, g

l = 0 l = 1 l = 2 l = 3 l = 4

Orbital s Orbital p Orbital d Orbital f Orbital g


Ejercicio: a) Establezca cuáles de las siguientes series de números cuánticos serían posibles y cuáles imposibles para especificar el estado de un electrón; b) diga en que tipo de orbital atómico estarían situados los que son posibles.

I) Imposible. (n < 1) II) Imposible. (l = n)

III) Posible. Orbital “1 s” IV) Imposible (m: –1,0,1) V) Posible. Orbital “2 p”

n = 1,2,3,4… l = 0,1,2,3… (n-1) m = -l … + l (pasando por 0) ms = +1/2 o -1/2


Estudio:

1. Modelo de los átomos multielectrónicos 2. Representaciones del estado de los átomos 3. Clasificación de elementos en la tabla

periódica 4. Propiedades periódicas de los elementos


Trata de explicar las características de los átomos que tienen más de un electrón.

El modelo asocia cada uno de los electrones

con algún orbital (1s, 2s, 2px,…). . Principio de exclusión de Pauli El proceso

de asociación toma en cuenta que no se puede asignar más de dos electrones a un mismo orbital


• Los electrones se asignan uno por uno a orbitales, siguiendo un orden de energía ascendente.

– Los orbitales que comparten el valor del número cuántico principal “n” pertenecen a una misma capa.

• No puede asignarse más de dos electrones a un mismo orbital.

• Nivel más bajo de energía 1s

• Esto implica que los electrones de las capas internas ocultan al núcleo, entonces, los electrones externos no están expuestos a la carga nuclear total, si no a una carga disminuida de la carga nuclear.

• Conjunto de orbitales que comparten n y l

• Pueden ser representadas por los símbolos 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d…

• Estos orbitales tienen igual carga nuclear efectiva, energía y tamaño.


Números cuánticos para cada electrón.

Configuración electrónica del átomo

Diagrama de orbital


Es la distribución de los electrones en las subcapas de un átomo.

Por ejemplo: 3s2

Por ejemplo: 4d6

Subcapa 3s ocupada por dos electrones.

Subcapa 4d ocupada por seis electrones.


Número atómico Elemento Configuración electrónica

1 H 1s1

2 He 1s2

3 Li 1s2 2s1

4 Be 1s2 2s2

5 B 1s2 2s2 2p1

6 C 1s2 2s2 2p2

7 N 1s2 2s2 2p3

8 O 1s2 2s2 2p4

9 F 1s2 2s2 2p5

10 Ne 1s2 2s2 2p6

11 Na 1s2 2s2 2p6 3s1

12 Mg 1s2 2s2 2p6 3s2

13 Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

14 Si 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

15 P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

16 S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

18 Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Las únicas configuraciones en las que todas las subcapas

están llenas: He, Be, Ne, Mg y Ar


1. Número de electrones: Si es neutro coincide con Z. Si es un ión hay que sumarle o restarle electrones.

2. El orden en que se colocan las subcapas: se relaciona con la energía de los orbitales en una misma capa: ns ˂ np ˂ nd ˂nd

Capa (n) N° máx electrones

2n2

N° Subcapas Subcapas

1 2 1 1s

2 8 2 2s, 2p

3 18 3 3s, 3p, 3d

4 32 4 4s, 4p, 4d, 4d, 4f


Carbono 1s2 2s2 2p2


Diagrama de orbital

• Las flechas son los electrones.

• Las rayas horizontales son los orbitales.

• El sentido de la flecha es el spin.


Electrón diferenciante

• Los números cuánticos que identifican al electrón diferenciante, son los que identifican la subcapa: n y l.

• Por ejemplo: He (helio) el electrón diferenciante es uno de los electrones del orbital 1s. En el O (oxígeno) es uno de los cuatro electrones en 2p.


Todos los orbitales de una subcapa semillena están ocupados por electrones solitarios y con un espín paralelo.

Todos los orbitales de una subcapa llena o una capa llena están ocupados por pares de electrones con espín opuesto.

La diferencia entre el diagrama de orbital de un átomo y el del átomo que le antecede es una flecha que está en el extremo derecho. Este electrón se llama electrón diferenciante.


Carbono 1s2 2s2 2p2

Se dibujan cinco rayas: 1 para la subcapa 1s, 1 para la subcapa 2s y 3 para la subcapa 2p.

1s 2s 2p

Se dibuja un par de flechas sobre cada una de las rayas de las subcapas 1s y 2s porque están llenas

1s 2s 2p

Se distribuyen los electrones restantes entre los orbitales de la subcapa 2p

1s 2s 2p 33 Ing. Sol de María Jiménez González

• Indique un par de conjuntos de números cuánticos que pueden ser asignados a los dos electrones de la subcapa externa del carbono

Carbono 1s2 2s2 2p2

• La subcapa externa es 2p

• n=2, l=1

• Entonces m = -1, 0 y 1 y ms= +1/2 o -1/2

(2,1,-1,1/2) y (2,1,1,1/2)


Carbono 1s2 2s2 2p2

• La subcapa es 2s

• n=2, l=0

• Entonces m = 0 y ms= +1/2 o -1/2

(2,0,0,1/2) y (2,0,0,-1/2)

Indique un par de conjuntos de números cuánticos que pueden ser asignados a los dos electrones de la subcapa 2s del carbono


Clasificación de los elementos de la tabla periódica

• Los elementos están organizados según algunas de sus propiedades.

• Periodos: son las filas horizontales de la tabla.

• Grupo o familia: líneas verticales o columnas

LA INFORMACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ESTÁ CONTENIDA EN LA TABLA PERIÓDICA


Configuración simplificada

• Los elementos del grupo 8A son los gases nobles.

• Se escribe el símbolo del gas noble entre corchetes [ ] y se indican las subcapas faltantes

He 1s2

Ne [He]2s22p6

Ar [Ne]3s23p6


Estudiar Conjuntos de elementos en la tabla periódica Pág.

194-200


Propiedades periódicas: Radio atómico

• Tamaño de los átomos. En un periodo (fila) disminuye al aumentar Z (número atómico) y en un grupo crece al aumentar Z

Aumenta radio atómico Aumenta radio atómico


Propiedades periódicas: Energía de ionización (EI)

Es el grado de dificultad para remover un electrón


Es la energía necesaria para extraer un

electrón.

Cuanto mayor sea la AE, más tendencia

tiene el átomo a formar el ion negativo.

41

Ing. Sol de María Jiménez González

Radio iónico

• Los elementos con AE muy alta tienden a formar aniones. Por ejemplo los del grupo 6A tienden a formar iones con carga 2-.

• Los elementos con EI muy baja tienden a formar iones positivos. Por ejemplo los del grupo 1A forman iones con carga 1-.

• El tamaño de los átomos varía cuando pierden o ganan electrones.

• La variación es la misma que el radio atómico.


• Son átomos de elementos diferentes (distinto número de protones), en estado neutro y iónico, que poseen el mismo número de electrones

N3- O2- F- Ne Na+ Mg2+ Al3+


Indica la tendencia que presentan los

átomos para atraer electrones de un

átomo de otro elemento cuando se

unen para formar un compuesto.


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