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ESTRUCTURA ATOMICA

INTRODUCCIN.- 450 Aos antes de Cristo, los filsofos Griegos Demcrito y Leucipo, opinaron correctamente respecto a la existencia de los tomos, de ah su nombre a = sin,

tomo = divisin. Duro 23 siglos, hasta que:

En 1805 John Dalton creo su teora Atmica Molecular dando las bases Cientficas para el estudio del tomo.

POSTULADOS DE DALTON:

1. La materia est constituida de diminutas partculas reales llamadas tomos.

2. Loas tomos son indivisibles y no pueden crearse ni destruirse.3. El tomo es la parte ms pequea de cada elemento o cuerpo simple que puede intervenir en alguna combinacin qumica.4. Los tomos de un elemento dado son idnticos en todas sus propiedades.5. los tomos de diferentes elementos tienen propiedades diferentes.6. El cambio qumico consiste en la combinacin, separacin o reordenamiento de los tomos.7. Los compuestos estn constituidos por tomos de diferentes elementos en cantidades fijas. A fines del siglo XIX e inicios de XX se descubri que el tomo es divisible y est formado por partculas sub.-atmicas muy pequeas de naturaleza elctrica.

DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATOMICA.-

Generalmente el desarrollo de la Teora atmica Moderna se basa en dos tipos de investigacin de los cientficos.

El 1 TIPO de investigacin es el descubrimiento de la naturaleza elctrica de la materia. (Michael Faraday en la electrlisis de sales fundidas) esto ayudo a los cientficos a determinar que los tomos estn constituidos por partculas muy pequeas y de naturaleza elctrica.

El 2 TIPO de Investigacin trataba de la interaccin de la materia con la energa principalmente en forma de Luz, y para comprender mejor la estructura atmica debemos aprender algo sobre el estudio de la luz emitida y absorbida por los tomos.

RADIACION ELECTROMAGNTICA.-

Las cargas elctricas y los polos magnticos tienen la capacidad de ejercer fuerzas a distancia; Los medios que lo permiten se llaman campos Elctricos y campos Magnticos. Estos campos son adems complementarios. Un campo elctrico variable induce un campo Magntico y VCEVERSA.

Si partculas elctricas cargadas se mueven unas con respecto de otras; Se generan Campos Elctricos y Campos Magnticos alternantes que se propagan por el espacio o medio que las circunda. El modo de propagacin se denomina ONDA.La Energa est asociada con campos Elctricos y Magnticos por lo que una onda resulta ser un medio de transmisin de Energa a distancia. Esta transferencia de energa es la que se llama RADIACION ELECTROMAGNTICA.La siguiente figura muestra una seccin pequea de una Onda Electromagntica la direccin de propagacin de la onda es XY se supone que el campo Elctrico est en el plano del papel y perpendicular a este est el campo Magntico. En cada punto a lo largo de la onda varan con el tiempo las magnitudes y direcciones de ambos campos. Por ej. En un instante dado y en el punto m estn representadas las intensidades de dichos campos por las longitudes de las flechas marcadas Em y Hm respectivamente. Para la onda dada, estos son los valores mximos posibles, cada punto de la onda en que se tiene esta situacin representa un mximo.

En el punto n las intensidades tienen valores negativos correspondientes a m; en este punto la onda pasa por un mnimo. La naturaleza de la perturbacin en el punto o es la misma que m. La distancia entre estos dos puntos idnticos corresponde a la LONGITUD DE ONDA ( ) con unidades de longitud cm, m etc. 1.- MODELOS ATOMICOS.- Hasta el momento los cientficos han ideado diversos modelos atmicos que han ido cambiando a medida que avanza la ciencia, y los hechos experimentales. Una vez conocidas las partculas subatmicas que forman un tomo estos modelos han sido ms precisos.

2.- Modelo Thomson (1854-1960) Fue descubridor del electrn y supuso que las cargas negativas o electrones estaban incrustados dentro de una masa positiva.Este modelo consideraba el tomo como una esfera maciza en que el nmero de cargas positivas es igual al nmero de cargas negativas, siendo el tomo neutro.

3.-Modelo de Rutherford (1871-1937) En 1911 al bombardear lminas delgadas de oro con partculas alfa (), que son ncleos de Helio, experimento que algunos se desviaban. etc.

Modelo de tomo formado por un ncleo central muy pequeo y macizo (duro) contenido PROTONES (+) y una envoltura formada por e-- de carga negativa que giran alrededor del ncleo con orbitas parecidas a la de los planetas en el sistema solar. Era nuclear.

4.- Modelo de Bohr (1885-1950) basndose en la teora quntica de Planck demostr que los electrones se movan en ciertas ORBITAS que denomino niveles de energa todos los circulares. 2n2 , n = 1,2,3,4..etc.5.- Somerfeld modifico el modelo de Bohr descubri que los e- al girar alrededor del ncleo describiendo de tanto orbitas circulares como elpticas.

ESTRUCTURA DEL ATOMO.- E. RUTHERFORD descubri como esta formado el tomo. Constituido de dos partes o zonas: el ncleo y la envoltura.

NUCLEO.- Es la parte central del tomo, de consistencia compacta, de forma esfrica con r = 10-12 cm. Constituido por 2 clase de partculas estables de naturaleza elctrica, los Protones y Neutrones

a) Protones.-b) Neutrones: La tercera partcula fundamental el neutron fue descubierto en 1932 por Chadwick quien interpreto correctamente los experimentos sobre el bombardeo del berilio.

Experimentos posteriores demostraron que casi todo los elementos hasta el K produce neutrones cuando son bombardeados con partculas alfa () de alta energa.

El neutron es ligero sin carga elctrica con mayor masa que el protn.

Los tomos constan de un ncleo muy pequeo y denso rodeado por nubes de electrones a distancias del ncleo relativamente grandes. Todos los ncleos contienen protones y neutrones, excepto la forma comn del hidrogeno que no tiene neutrones.

Los dimetros nucleares son del orden del 10-4 amstrongs, los atmicos son de 1 amstrongs.

Partculas Fundamentales.

Nombre Masa (kg)Carga

Elctrica DescubiertoPor:Posicin

Electrn

ProtnNeutron

9,1095.10-311,4724.10-271,4750.10-27-1,4022.10-19+1,4022.10-19 0

Thomson

ChadwicKOrbitalEn el ncleo

En el ncleo

Orbital Atmico.-Es la regin en el espacio donde la probabilidad de encontrar un electrn es mxima, esta probabilidad es del 99%.

Estructura electrnica de los tomos.

El modelo de Rutherford, tiene algunas limitaciones, no contesta a cuestiones importantes, como: porque los diferentes elementos tiene Propiedades Fsicas, y Qumicas diferentes, por que existe enlace qumico, porque cada elemento forma compuestos con formulas caractersticas.

Como pueden los tomos de diferentes elementos emitir y absorber luz solo de colores caractersticos.

Antes de saber sobre las estructura electrnica de los tomos a fin de mejorar nuestra comprensin debemos aprender algo sobre el estudio de la luz emitida y absorbida por los tomos ( ) Radicacin electromagntica.

Radicacin Electromagntica

Las cargas elctricas y los polos magnticos tienen la capacidad de ejercer fuerzas a distancias.

Los medios que los permiten se denominan campos elctricos y magnticos estos campos son adems complementarios un C.E. Variable induce un C.M. y viceversa. Si partculas elctricas cargadas se mueven unas con respecto a otras se generan campos elctricos y C.M. alterantes que se propagan por el espacio o por el medio que los circunda, el modo de propagacin se denomina ONDA.

La energa esta asociada con los campos magnticos y elctricos por lo que un onda resulta ser un medio de transmisin de energa a distancia. Esta transferencia de energa es la que se llama radicacin electromagntica, la siguiente figura nos muestra una seccin pequea de una onda Electromagntica.

La direccin de la propagacin de la onda es la lnea x y, (Se supone que el campo elctrico esta en el plano de la pizarra y perpendicular a este esta el campo Magntico.

En cada punto a lo largo de la onda varan con el tiempo las magnitudes y direcciones de ambos campos, por ejemplo en un instante dado en el punto M estn representados las intensidades de dichos campos por las flechas marcadas Em y Hm respectivamente para la onda dada, estos son los valores mximos posibles, cada punto de la onda en que se tiene esta situacin representa un punto mximo. En el punto N las intensidades tienen valores negativos correspondientes a M, en este punto N la onda pasa por un mnimo. La naturaleza de la perturbacin en el punto O es la misma que M. La distancia entre estos dos puntos idnticos se denomina longitud de onda, se representa por Lamda ( ), y se expresa en unidades de longitud, ( m, cm, amstrong.)

Entonces todos los tipos de radicacin electromagntica o energa radiante pueden describirse en trminos de onda, para caracterizar una onda especificamos su long.de onda () o su frecuencia ()

Toda onda tiene una longitud de onda que esta relacionada a la frecuencia (numero de ondas que pasa en una unidad de tiempo, numero de crestas que pasan por un punto dado en una unidad de tiempo, se representa por la letra V

O tambin llamado ciclo. 1 ( ) Hertz (h z)

Una caracterstica propia de la mediacin electromagntica es su velocidad con la que se propaga la onda es igual a la longitud de onda multiplicada por la frecuencia.

C=

As la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales entre si, para la misma velocidad, a menores le corresponde v frecuencias superiores.

Numero de onda rv=

Isaac Newton fue el primero que registro la separacin de la luz solar en sus colores componentes al dejarlos pasar a travs de un prisma como la luz solar (Luz blanca) contiene todas las longitudes de onda de la luz visible da el espectro

Continuo observado en el arco en el arco iris en la luz visible representa un diminuto segmento en el espectro de radiacin electromagntica, adems de todas las longitudes de onda de la luz visible, la luz solar tambin contiene.

Radiaciones de longitud de onda mas corta (ultravioletas) y radiaciones de la luz de (infrarrojo) (onda larga) ninguno de ellos se pueden detectar visualmente, se las detecta fotogrficamente en el vaci.

La velocidad de la radiacin electromagntica C es la misma para todos los onda 3.00.10 m7s ( )

Ejercicio.

1. Cual es la frecuencia y el Nro. De onda asociada con cierta luz roja cuya longitud de onda es a 4500 A = 4,5.10 cm.

Sol.

2. La luz de cerca del centro de la regin ultravioleta del espectro tiene una frecuencia de 2,73 x10 . Calcular las longitudes de onda que corresponden a cada una de estas frecuencias.

a)

En ciertas condiciones tambin es posible describir la luz como esta compuesta de partculas o fotones segn la idea presentada por Mx. Planck por el ao 1900 coda foton de luz tiene una cantidad de energa que posee un foton depende de la frecuencia de la luz, la energa de un foton de luz esta dado por la ecuacin de Planck:

1. Calcular la energa para la longitud de onda 1,1.10 frecuencia determinada en el ejercicio anterior y conformar esta energas.

Ejemplo En el espectro de se observa una lnea verde de = 4,86.10 x 10 m calcular la energa de un foton de esta luz verde.

La energa de un electrn en una determinada orbita.

Naturaleza Ondulatoria del Electrn

La idea que la luz pude exhibir tanto propiedades Ondulatorios como corpusculares fue sugerida por Debroglie indicando que partculas muy pequeas como los electrones podran presentar propiedades ondulatorias en circunstancias apropiadas, predijo una partcula con masa m y velocidad y tendra una longitud de onda asociada, el valor numrico esta dado por:

Principio de incertidumbre de Heisemberg

Los objetos grandes como pelotas de golf y automviles en movimiento obedecen a la Mecnica Clsica por los partculas como los tomos y molculas no de la materia la cuantificacin cuanto es a una clase diferente denominada mecnica cuantica que se basa en las propiedades ondulatorias de la materia. La cuantisacion de la energia es una consecuencia de estas propiedades. Es imposible determinar exactamente el momento y la posicin de un electrn o de cualquier otra partcula muy pequea en forma simultanea (al mismo tiempo)

No es posible determinar simultneamente la posicin y la velocidad de un electrn y de ah que hemos definido o hablado de la probabilidad de encontrar un electrn en una determinada regin del espacio.

De aqu podemos dar:

Algunas ideas bsicas de la mecnica cuantica

a) Los tomos y molculas solo pueden existir en ciertas estados energa, en cada estado de energa el tomo o la molcula cambia su estado de energa debe emitir o absorber la energa suficiente para pasar al nuevo estado de energa suficiente para pasar al nuevo estado de energa(condicin cuantica)

b) Los tomos y molculas poseen diferentes formas de energa u nos abocamos a las energas electrnicas. Cuando los tomos o Molculas emiten o absorben radiacin (luz) cambian sus energas. La variacin de energa en el tomo o molcula se relaciona con la frecuencia o longitud de onda de la luz emitida o absorbida mediante las ecuaciones siguientes.

c) Los estados de energa permitidos de tomos y molculas pueden describirse por conjuntos de nmeros denominados nmeros cuanticos.

El tratamiento mecano cuantico de tomos y molculas es netamente matemtico. El punto importante es que cada solucin de la ecuacin de onda de Schorodiger describe un posible estado de energa para los electrones en el tomo .

Cada solucin se describe por un conjunto de 3 numeros cuanticos. Estos

Estn deacuerdo con los deducidos y de ecuaciones empricas, como los Ryddberg. Las soluciones de la

Indican las formas y orientaciones de las distribuciones de probabilidad estadstica de los electrones. Los orbitales atmicos que describiremos posteriormente se deducen de la ecuacin de Schrodinger. Los orbitales estn directamente relacionados con los N cuanticos.

ECUACION DE SCHRODINGER.- (Edwin )( 1926nm) Permite calcular los niveles de Energa en el tomo de Hidrogeno.

Nmeros Cuanticos.

Numero cuantico, cualquier grupo de nmeros.

Las soluciones de las ecuaciones de Schrodinger y Dirac para los tomos de hidrogeno dieron funcin es de onda que describen los diferentes estados disponibles para el nico electrn del hidrogeno, Cada uno de estos estados posibles se describe por 4 nmeros cuanticos podemos usar estos nmeros cuanticos para designar las distribuciones electromagnticas de todos los tomos, en los llamados niveles de energa de los electrones y en las formas de los orbitales que describen en el espacio, definiremos cada numero cuantico y daremos los valores que pueden tomar.

Efecto de la relatividad reformulo y dio lugar a un 4to . N cauntico.

ORBITAL ATOMICO. Es una regin del espacio donde la probabilidad de encontrar un e es alta. (99%).

1. Nmero cuntico principal (n)Describe el nivel de energa principal que ocupa unelectrn, puede ser cualquier entero positivo.n= 1,2,3,oo2. Nmeros cuantico secundario o azimutal (L)

Designa la forma de la regin del espacio que ocupa unelectrn.En cada nivel de energa definido por el valor de n, L puede tomar valores desde enteros 0 hasta (n-1) incluido.2^*" L = 0 1,2,.. (n-l)As el valor mximo de L es (n-1) el nmero cuntico secundario designa un subnivel de energa o una clase especifica de orbital atmico, que puede ocupar un electrn. A cada valor de L se le denota por una letra y a cada letra le corresponde una forma diferente de orbital atmico.L = 0, 1, 2, 3, (n-l) s p d f

En el primer nivel de energa el valor mximo de L es 0 lo que nos indica que solo hay un subnivel s y ningn subnivelp. En el segundo nivel de energa los valores permitidos de L son 0 y 1 lo que indica que solo hay subniveles s y p.

3. N Semntico magntico (m) o m1Designa la orientacin espacial de un orbital atmico. En cada subnivel, L puede tomar cualquier valor entero desde menos l hasta + L pasando por cero.

m L= -L................+L

El valor mximo de m1 depender del valor de L, por ejemploCuando L= 1, que designa el subnivel P, hay permitidos para mL.

-1

Si L= 1 mL= 0

+1

As hay tres regiones del espacio distintas llamadas orbitales atmicas que son por orbitales Px Py Pz.4 N Semntico de spin (s) o ms Se refiere al spin de un electrn y orientacin del campo magntico producido, por este spin. Para cada conjunto de valores n, L y mL.S o ms puede tener los valores de -1/2 o + 1/2Podemos realizar una tabla de los c principales cuando n = 1,2,3,4.

n(n-1)

Lm

mL ms

SCapacidad

Electrnica del subnivel = 1L+2Capacidad electrnica del nivel de energa = 2m2

10 (1s)0+- 1/2

22

20(2s)

1(2p)0+- 1/2

+- 1/2

2

68

30(3s)

1(3p)

2(3d)

0

-1,0,+1

-2,1,0,+1,+2+- 1/2+- +- 1/2

2

6

1018

40(4s)

1(4p)

2(4d)

3(4f)0

-1,0,+1

-2,1,0,+1,+2

-3,-2,-1,0,+1,+2,+3+- 1/2+- 1/2+- 1/2+- 1/2

2

6

10

14

32

Configuraciones electrnicasEn el estado basal o fundamental de un tomo, estocorresponde al tomo aislado en su estado de energa ms bajo y no excitado.

PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI

En el tomo no puede haber 2 nmeros cunticos iguales

(PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI)

ENERGIA CRECIENTE

ENERGIA INFERIOR

_75___6p___5d___4f 1s

_6s___5p___4d 2s___2p___3d

_5s___4p___3d 3s___4p___4d___4f

_4s___3p 5s___5p___5d___5f

_3s___3p 6s___6p___6d

_2s___2p 7s___7p

_1s

ENERGIA SUPERIOR

s

p

d

La regla de Hund

Maxima multiplicidad

Los electrones deben ocupar todos los orbitales de unsubnivel dado antes de empezar a aparearse estos electronesdesapareados tienen espinas paralelos.Paramagnticos y diamagnticosUna sustancia que tiene electrones desapareados dbilmente por campos magnticos y se dice que son paramagnticos, y aquellos en 'que todos los electrones estn apareados conrepetidos dbilmente por campos magnticos y se los denomina diamagntico.Li, Ba, B, C, N, 0, FNa, Mg, Al, Si, P, S, ClSistema peridico de MendeleyevEn el ao 1871 en forma independiente Demitre Mendeleyev yLother Meyer establecieron una clasificacin de los elementosCasi idnticos y se formula por una vez una ley peridica enla que Mendeleyev dice: cuando los elementos chicos se ordenan segn pesos atmicos en forma creciente se observa que sus propiedades fsicas y qumicas repiten en forma regular o peridica.

"Las propiedades de los elementos son funciones peridicas de sus nmeros atmicos

Esta tabla esta ordenada en forma creciente de sus masasatmicas formando columnas verticales o grupos con elementosde propiedades similares, esta tabla tenia espacios vacospara elementos que aun no hablan sido descubiertos y predijosus propiedades, posteriormente se prob que estaspropiedades son idnticas a las que predijo este qumicoruso as sucedi con el elemento k silicio hoy conocido comogermanio.

Propiedades del germanio

Propiedades del Germanio

D.M.

1871Valor Descubierto

1886

Masa atmica7272,33

5,55,47

Este sistema peridico ha sido una de las ms importantes en la qumica pero tiene deficiencias, no aparece claramente expresada la distribucin electrnica de los tomos, los metales y los no metales, no estn claramente separados, los actnidos y las lantnidos no tienen ubicacin dentro de la tabla su clasificacin en algunos casos no se cumple, el

Oxidacin44

Ce0,0730,077

Formula del OxidoEs O2Ge O2

Formula del CloroEs Cl4Ge O4

teluro est antes del Yodo y tiene masa atmica de 129.9, 127,6 el otro.Sistema peridico ModernoMoseley

(1913) Las propiedades de los elementos son funciones peridicas de sus nmeros atmicos

descubri que las relaciones peridicas de los

elementos quimicos se halla en funcin del nmero atmico este descubrimiento tan importante fue producto de nuestras experiencias en tubos de descarga que motivo a que se establezca la siguiente Ley peridica."Las propiedades de los elementos qumicos son funcin periodicas de sus nmeros atmicos y se van repitiendo en forma sistemtica cuando se las ordena en orden creciente de dicho nmero".En la tabla actual todos los elementos estn ordenados en casillas con orden creciente de su nmero atmico, los elementos van ordenados en grupos o columnas numerados con nmeros romanos y cada grupo se halla formado por 2 subgrupos donde se ve claramente la semejanza de las propiedades de los elementos ubicados en una misma columna en la tabla hay 7 filas horizontales llamadas periodos o niveles, existen los periodos cortos 1 con 2 elementos,2o y 3o con 8 elementos y periodos largos el 4o y el 5o con18 elementos, el 6o con 32 y 7o con 19.Los periodos 6 y 7 se prolongan en la parte inferior de la tabla cada una con 14 elementos tierras raras.

Tambin se muestra que los elementos tienen unarepresentacin sistemtica de su configuracin electrnica,los elementos estn distribuidos en bloques basados en susorbitales atmicos* la tabla se divide en grupos A y B, los Acon elementos que ocupan orbitales s y p, los elementos decualquier grupo A tiene configuraciones y propiedadessimilares los grupos B son los que tienen 1 o 2 electronesen el orbital s del nivel de energa ms alto ocupado y estn siendo numero de periodos = numero de nivel de energa (n) numero de grupo = numero de electrones de valenciaTambin ocupados los orbitales ( de un nivel de energa inferior.

Las configuraciones electrnicas de los elementos de los grupos A y para el grupo O pueden predecirse siguindolos niveles de energa y la sgt regla nemotcnica

II A (ns2

III A ( ns2 np6

ns2 ns1

Hacer la configuracin electrnica del cromo, cobre, ya en los grupos A el numero de grupo indica el numero de electrones de valencias es decir el numero de electrones que tiene el tomo en su ultimo nivel de engra.

Gases notables o inertes

Durante muchos aos los elementos del grupo O o grupo 8, los gases nobles se denominan gases inertes pues no se conocen recciones quimicas de ellos, hoy en da los ms pesados forman compuestos con el fluor y el cloro ademas del oxigeno, y todos terminan en ns2 p6 .

Elementos representativos

Los elementos del grupos A se denominan elementos representativos los niveles superiores parcialmente ocupado.

El ultimo electrn es aadido al orbital sop. Estos elementos muestran distintas variaciones en sus propiedades con los cambios de numero atmico.

Elementos de transicin

Los elementos de los grupos B excepto el IIB de la tabla peridica se conoce como elementos de traccin d o con metales de transicin y se caracterizan por que tienen el orbital ( a medio llenar los elementos de transicin a veces se denominan de transicin interna a aquellos electos que en su configuracin tienen orbitales f a medio llenar o completamente lleno.

Propiedades peridicas de los elementos

Se tiene el radio atmico, no podemos aislar un tomo solo y medir su dimetro pero de alguna manera podemos determinar el dimetro de algunas partculas y tienen alguna idea aproximada de estas por, mecanismo indirecta como la distancia entre los centros o ncleos en el ncleo cloro es 1.98 A siendo la mitad a la distancia 0.99 podramos iniciar de que este es el radio del tomo de cloro.

Cuando los tomos tienen muchos electrones, existe un efecto de pantalla en la que influye en la en la determinacin de los radios atmicos.

El radio atmico en la tabla aumenta de arriba abajo conforme se aade ( a los niveles de energa superior

Energa de ionizacin Tambin de nominada primera potencial de ionizacin es la mnima cantidad de energa necesaria para separar el electrn externo de un tomo gaseoso aislado para formar un in con carga positiva +1 para el calcio se tiene una 1 energia de ionizacin.

Ca (g) + 590 K L ( Ca +

Todos los elementos con PI baja pierde electrones muy fcilmente para los elementos con E.I bajas pierden ( fcilmente

Afinidad Electrnica (A.E.)

Esta definido como la cantidad de energa absorbido cuando se aade un electrn a un tomo gaseoso aislados para formar un in negativo con carga -1.

La conveccin es asignada un valor positivo cuando la energa se absorbe y un valor negativo cundo se libera la energa.

Las afinidades electrnicas del belino y del cloro.

Cuando el Berilio gas un soldatos electrn para BE se absorbe (esdotenico)241 Kl

Por mol de iones de una manera similar para el cloro caundo L

Mol de atomos gaseosos Cl gana 9u para formar iones de cloruro gaseoso liberan exolenicas 348

Electronegatividad (EN)

Es una medida de la tendencia relativa de un tomo atraer los electrones cuando esta qumicamente combinando con otro tomo. Los elementos con altas electronegatividades (no metales) a menudo gana electrones para formar aniones. Los elementos con bajas electronegatividades (metales) a menudo pierden electrones para formar cationes. Para los elentos representativos la electronegatividad habitualmente aumenta de izquierda a derecha a travs de los periodos y de abajo arriba los grupos.

E.N.