ESTRUCTURA ATOMICA

Cmo est formada la materia en su interior?

Desde cinco siglos antes de Cristo los pensadores griegos venan hacindose esta pregunta, acerca de cmo estaba constituida la materia en su interior.Algunos incrdulos como Aristteles con su propuesta de los cuatro elementos: fuego, aire, agua y tierra.Epicreos, ltimos exponentes griegos de atomismo. Cristianismo domina Europa y con ellos el atomismo sinnimo de paganismo (desaparece por 1000 aos)

Demcrito (V a.C.) introduce el trmino de tomo como la parte ms pequea de la materia. TOMO

sindivisin

Evolucin en el estudio de la materiaTEORA ATMICA DE DALTON 1803:

- La materia est constituida por unidades de pequeo tamao denominadas tomos.- Los compuestos se constituiran de molculas, cuya estructura viene dada por la unin de tomos en proporciones definidas y constantes

Teora atmica de Dalton(1766-1844)- Los tomos se unen entre s formando compuestos. - Los tomos de cada clase suele estar en una relacin numrica constante.- Los tomos compuestos tienen la misma masa e identicas propiedades.

CRITICA A LA TEORIA DE DALTON!!!!

TOMOS INDIVISIBLES

TOMOS DE UN MISMO ELEMENTO IDENTICOS EN MASA Y PROPIEDADES

?

En la ltima dcada del siglo XIX y comienzos del XX se precipitaron una serie de descubrimientos que dejaron en evidencia la teora de la indivisibilidad atmica.Estos descubrimientos dieron lugar a los diferentes modelos atmicos.

Modelo de Thomson (1897)Se bas en su experiencia ,con el tubo de descarga.En el interior existe un gas sometido a una diferencia de potencial.Desde polo negativo (ctodo) se emite una radiacin hacia el polo positivo (nodo). La radiacin es emitida por el gas.

Si la radiacin viaja en sentido del ctodo(-) al nodo(+),su naturaleza ser NEGATIVA.Adems estar formada por partculas discretas al terminar impactando en forma de chasquidos en la placa del final del tubo.Se haba descubierto una partcula constitutiva de la materia :EL ELECTRN.

Modelo de Thomson

El tomo posee partculas negativas llamada electrones. Intua ,dada la neutralidad de la materia, la existencia de carga positiva en el tomo. Por tanto,anuncia que el tomo es Una esfera maciza cargada positivamente y en su interior se distribuyen los electrones sanda (Pepitas=electrones. Fruto: tomo cargado positivamente)

tomo de Hidrgeno y Helio segn Thomson

Descubrimiento del protn

En 1886, el fsico alemn Eugen Goldstein, empleando un tubo catdico con un ctodo perforado, descubri una nueva radiacin, que flua por los orificios del ctodo en direccin opuesta a la de los rayos catdicos. Se le denomin "rayos canales".Puesto que los rayos canales se mueven en direccin opuesta a los rayos catdicos de carga negativa , sta era de naturaleza positiva.

Modelo de Rutherford revolucin en la concepcin atmica de la materiaLa experiencia de Ernest Rutherford , y posteriormente la presentacin de su modelo ,invalida en gran parte el modelo anterior y supone una revolucin en el conocimiento intimo de la materia.

Modelo de RUTHERFORD.Rutherford bombarde una fina lmina de oro con partculas alfa (ncleos de Helio, provinientes de la desintegracin del Polonio).Observ que la mayor parte de las partculas que atravesaban la lmina seguan una lnea recta o se desviaban un ngulo muy pequeo de la direccin inicial. Solamente, muy pocas partculas se desviaban grandes ngulos, lo que contradeca el modelo atmico propuesto por Thomson. Rutherford supuso que dichas desviaciones provenan de una nica interaccin entre la partcula proyectil y el tomo.

Rutherford concluy que el hecho de que la mayora de las partculas atravesaran la hoja metlica, indica que gran parte del tomo est vaco

El rebote de las partculas indica un encuentro directo con una zona fuertemente positiva del tomo y a la vez muy densa de la masa.

MODELO DE RUTHERFORD.El modelo propuesto por Rutherford considera el tomo como una esfera con un gran espacio desocupado y en el centro se encuentra un ncleo diminuto y extremadamente denso que contiene toda la carga positiva del tomo y casi toda su masa. Los electrones se encuentran distribuidos ampliamente en el espacio restante.

Invalidacin del modelo de Thomson en base a la experiencia de Rutherford.

Modelo de Bohr.Niels Bohr(1885-1962) propuso un nuevo modelo atmico , a partir de los descubrimientos sobre la naturaleza de la luz y la energa.Los electrones giran en torno al ncleo en niveles energticos bien definidos.Cada nivel puede contener un nmero mximo de electrones.Es un modelo precursor del actual.

Descubrimiento del neutrn.Investigando las diferencias entre el nmero de protones y la masa del tomo ,descubri una nueva partcula: EL NEUTRN.Poseen masa similar al protn.Sin carga elctrica.El neutrn permite explicar la estabilidad de los protones en el ncleo del tomo, mantenindolos unidos, y por tanto justificando la no repulsin de estos en dicho ncleo, a pesar de poseer el mismo signo de carga (+).

El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el tomo de hidrgeno. En espectros realizados a otros tomos se observ que los electrones de un mismo nivel energtico tenan distinta energa. Algo andaba mal. La conclusin fue que dentro de un mismo nivel energtico existan subniveles.En 1916, Arnold Sommerfeld modifica el modelo atmico de Bohr, en el cual los electrones slo giraban en rbitas circulares, al decir que tambin podan girar en rbitas elpticas. Todava Chadwick no haba descubierto los neutrones, por eso en el ncleo slo se representan, en rojo, los protones.

Se inicia con los estudios del fsico francs Luis De Broglie (Premio Nobel de Fsica, 1929). Segn De Broglie, una partcula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrn tiene un comportamiento dual de onda y corpsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Esta propuesta constituy la base de la "MECNICA CUNTICA".

A consecuencia de este comportamiento dual de los electrones (onda y partcula), surgi el principio enunciado por WERNER HEISENBERG, conocido tambin como "PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE", que dice:

"Es imposible determinar simultneamente y con exactitud, la posicin y la velocidad del electrn."

Es la regin del espacio en la cual existe mayor probabilidad de encontrar al electrn (debido a su comportamiento como onda, es difcil conocer en forma simultnea su posicin exacta y su velocidad), por lo tanto, slo existe la probabilidad de encontrarlo en cierto momento y en una regin dada en el tomo.Representacin de un orbital donde se encuentra al electrn. En ellos existe un 90-99% de probabilidad de encontrar al electrn.En la figura se representa un ORBITAL "s"

Modelo actual.CORTEZA electrones. TOMO protones.NCLEO neutrones.

-Los electrones no describen orbitas definidas ,sino que se distribuyen en una determinada zona llamada ORBITAL.-En esta regin la probabilidad de encontrar al electrn es muy alta (95%)-Se distribuyen en diferentes niveles energticos en las diferentes capas.

Qu tan pequeos son los tomos?A escala ncleo= uva (en arco de la cancha de estadio futbol), el primer electrn del hidrgeno estara en el otro arco!Casi todo el espacio que ocupa un tomo es vacoEl nmero de Avogadro y el concepto de mol: Una mol de materia es el peso molecular expresado en gramos y contiene 6.022 x 1023 molculas o tomos:Una cucharada sopera de agua (10 g) tiene 300,000,000,000,000,000,000,000 molculas aprox.

Todo tomo est formado por dos partes, que son:a) Ncleo atmico: corresponde a la zona central. En l se encuentra la mayor masa del tomo.b) Corteza atmica: corresponde a la zona que rodea al ncleo. Es la parte ms voluminosa del tomo.

a) Protones (p+)Estn en el ncleo del tomo. Tienen carga elctrica positiva. Tienen una masa significativa.

b) Neutrones (n)Se encuentran en el ncleo del tomo. No tienen carga elctrica. Tienen masa muy similar a la de los protones. Son los responsables de mantener unidos los protones en el ncleo.

c) Electrones (e-)Se encuentran en la corteza del tomo. Giran alrededor del ncleo a gran velocidad Tienen carga elctrica negativa Su masa es muy nfima en relacin a la masa de las otras sub-partculas.

Numero atmico y de masa Todos los tomos se pueden identificar por el numero de protones y neutrones que contienen.

Numero Atmico (Z): es el numero de protones en el ncleo del tomo de un elemento. tomo neutro N protones = N electrones ( tambin indica numero de electrones)La tabla peridica se ordena de acuerdo al Numero Atmico de los elementos.Numero de Masa (A) es el numero total de protones y neutrones presentes en el ncleo de un tomo de un elemento. (excepcin H)

Istopos: tomos que tienen el mismo numero atmico pero diferente numero de masa. Ejemplo istopos del Hidrogeno (hidrogeno, deuterio y tritio).

11H 21H 31H

Por lo tanto la diferencia entre dos istopos de un elemento es el nmero de neutrones en el ncleo.Si conocemos el nmero de masa y el nmero atmico podemos calcular el nmero de neutrones que seria igual:Nmero de neutrones = Nmero de masa - Nmero atmico

Istopos del Hidrgeno

DISTRIBUCIN DE LOS ELECTRONES EN LA CORTEZA.Segn modelo fijado en nuestro trabajo, los electrones se distribuyen en diferentes niveles, que llamaremos capas. Con un nmero mximo de electrones en cada nivel o capa.

DISTRIBUCIN ELECTRONICA(CONT.)Hemos visto como los tomos se distribuyen en niveles o capas de energa.Dentro de cada nivel ,existen adems subniveles con probabilidad de encontrarnos electrones.

EJEMPLO: CloroCLORO: 17 electrones1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p51 nivel: 2 electrones2 nivel: 8 electrones3 nivel: 7 electronesEn la tabla peridica podemos leer: 2 - 8 - 7

EJEMPLO: ManganesoMANGANESO: 25 electrones1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p6 4 s2 3 d51 nivel: 2 electrones2 nivel: 8 electrones3 nivel: 13 electrones4 nivel: 2 electronesEn la tabla peridica podemos leer: 2 - 8 - 13 - 2

Formacin de iones ms probables.Un in perder o ganar electrones , hasta que se estabilice.La forma ms comn de estabilizacin es la de formar estructuras electrnicas de gas noble.PORQU DE GAS NOBLE?Los gases nobles son los elementos que menos tienden a perder o ganar electrones ,no reaccionan apenas, solo bajo condiciones extremas. Por tanto todos los tomos tienden a adquirir una estructura electrnica similar a la de estos.

Formacin de iones ms probables.Porque buscan lograr la estabilidad, como la piedra que cae rodando por una montaa logra su estabilidad cuando se detiene, cada elemento de la tabla peridica logra su estabilidad cuando adquiere la estructura electrnica del gas noble(ltimo grupo del S.P.) ms cercano.

Quedando el ltimo nivel de energa de cada uno de stos tomos con ocho electrones.

Excepto los tomos que se encuentran cerca del Helio, que completan su ltimo nivel con slo dos electrones. Por sta razn se denomina a sta REGLA DEL OCTETO

Ejemplos de formacin de iones ms probables. 11Na -Podemos observar que el N atmico del SODIO est ms cerca del N atmico del Nen. -Si el SODIO pierde un electrn (una carga negativa) ,adquiere configuracin de Nen. -Entonces deja de ser neutro .

11Na :1s22s2p63s1 Na+

-1 e

Ejemplos de formacin de iones ms probables.17Cl

17Cl=1s22s22p63s23p5 +1electrn 17 Cl- 1s22s22p63s23p6 [Ar]

Descripcin de los nmeros cunticosEl modelo mecnico-ondulatorio describe cada electrn en termino de cuatro nmeros. Estos nmeros nos permiten calcular la energa del electrn y predecir el rea alrededor del ncleo donde de puede encontrar el electrn

Nmero cuntico principal, n

Define el tamao del orbital.

Representa el nmero de la capa o nivel de energa del tomo, en el cual se encuentra el electrn. A mayor valor de n mayor es la probabilidad de encontrar al electrn ms lejos del ncleo.

Corresponden a nmeros enteros positivos:n = 1,2,3,

Nmero cuntico secundario o azimutal, l

Determina la forma del orbital, influye muy poco en la energa del electrn.

El nmero de valores de l, para un determinado valor de n, indica cuantos tipos diferentes de orbitales existen en un determinado nivel.

Los valores posibles de l son: 0, 1, 2,(n -1)

Cada uno de estos nmeros representa un subnivel energtico, que normalmente se designa por letras especficas:

Nmero cuntico magntico, m

Define la orientacin del orbital.

Indica en qu orbital, dentro de este subnivel, est ubicado el electrn.

Los valores van desde -l a +l, pasando por 0.Nmero cuntico de giro o espin, s

Da cuenta del giro del electrn sobre s mismo.

Sus valores pueden ser -1/2 +1/2. Si elelectrn gira en el sentido de las agujas del reloj tiene un ms= +1/2 e indica que est apareado. Si un electrn gira en contra del sentido de las agujas del reloj tiene un ms= -1/2 e indica que est desapareado.Ir a Resumen

Forma de los orbitales atmicosOrbitales s:

Carecen de forma definida, su forma especifica es difcil de saber, pero conviene estudiarlos con una forma especifica sobre todo cuando se estudian los enlaces qumicos que forman los tomos.Todos los orbitales s son esfricos y contiene cerca del 90 % de la densidad electrnica.El tamao se incrementa de acuerdo al numero principal.La caracterstica ms importante son su forma y tamao relativos. 1s 2s 3s

Orbitales p:Comienzan con el numero cuntico principal n= 2. Si n=2 y l=1, se tienen tres orbitales 2p: 2px , 2py y 2pz.Los tres orbitales p tienen el mismo tamao, forma y energa; solo difieren en su orientacin.

Orbitales d: si n= 3 y l=2, se tienen cinco orbitales 3d ( 3dxy , 3dyz , 3dxz , 3dx2y2 y 3dz2).Todos los orbtales d tienen la misma energa y para valores mayores de n tienen una forma similar.Los orbitales de mayor energa que los d son los f y g.no es fcil representarlos.

Configuracin electrnica n, l, m y s son suficientes para identificar por completo la ubicacin (domicilio) de un electrn en un tomo.As para un electrn de un orbital 2s son: n=2, l=0, m=0 y s= +1/2 o 1/2 ( 2, 0, 0 y +1/2 o 1/2)El valor de s no influye en la energa, tamao, forma u orientacin de un orbital, solo determina la distribucin de los electrones en el orbital.

Orden de llenado de los subniveles atmicos de un tomo polielectrlito

Principio de exclusin Pauli: cada electrn deba tener su propio conjunto de nmeros cunticos y que dos electrones en un mismo tomo no pueden tener los cuatro nmeros cunticos iguales.As el numero mximo de electrones en cualquier nivel esta expresado por 2n2. 2 electrones estn permitidos en el primer nivel, 8 en el segundo y 18 en el tercero. En otras palabras solo dos electrones pueden coexistir en el mismo orbital atmico, y deben tener espines opuestos.Ej.: tomo de Helio 1s2 a) b) c)** a y b prohibidos por el principio de Pauli

Regla de Hund establece que la distribucin electrnica ms estable en los subniveles es la que tiene el mayor numero de espines paralelos.Ejemplo: configuracin electrnica del carbono Z = 6 1s2 2s2 2p2 a) b) c) 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz

En el a) los electrones estn en el mismo orbital 2px, al estar tan cercanos, hay mucha repulsin mutua que cuando ocupan dos orbitales separados, ya sea 2px o 2py. Por lo tanto la opcin correcta segn la regla de Hund es la c)

1s2Nivel de energaNumero de e- en el subnivelSubnivel

Ejemplos:1) Si n = 1

l = n -1 l = 0

ml = + l a -l, pasando por 0 ml = 0

En el nivel electrnico ms cercano al ncleo, hay solo un tipo de orbital l, ya que l tiene solo un valor y hay solo un orbital de este tipo, ya que ml solo tiene un valor.

Si l = 0 se trata de un orbital s y slo puede haber un orbital s en cada nivel electrnico.

2)Si n = 2

l = n -1 l = 0, 1

ml = + l a -l, pasando por 0 ml = -1, 0, 1

l toma dos valores por lo tanto hay dos tipos de orbitales en el segundo nivel, uno es el orbital 2s (n=2 y l =0) y el otro es el orbital 2p (n=2 y l =1). Como ml toma tres valores entonces hay tres orbitales p.

Si l = 1 se trata de orbitales p y siempre son tres.

3)Si n = 3

l = n -1 l = 0, 1, 2

ml = + l a -l, pasando por 0 ml = -2, -1, 0, 1, 2

l toma tres valores por lo tanto hay tres tipos de orbitales en el tercer nivel, uno es el orbital 3s (n=3 y l =0), el otro es el orbital 3p (n=3 y l =1) y el tercero es el orbital 3d (n=3 y l =2). Como ml toma cinco valores entonces hay cinco orbitales d.

Si l = 2 se trata de orbitales d y siempre son cinco.