Universidad Autnoma de Santo domingo, UASD.Escuela de qumica

QUMICA INORGNICA (QUI-113)

Para estudiantes de pedagoga, mencin Biologa y Qumica

Preparado por

Prof. Apolinar Quezada V. MsC.

Constantes fsicas generales

Unidades UnidadesCantidad smbolo tradicionales SIAceleracin de la gravedad g 980.7cm/s2 9.806m/s2 Unidad de masa atmica uma (u) 1.6606x10-24g 1.6606x10-27kgNmero de Avogadro NA 6.022x1023p/mol 6.022x1023p/mol Radio de Bohr a0 0.52918 5.2918x10-11mRelacin carga/masa del e- e/m 1.7588x10-8c/g 1.7588x10-11c/kgCarga del electrn e 1.6022x10-19coul 1.6022x10-19 coulMasa en reposo del electrn me 9.1094x10-28g 9.1094x10-31kg 0.00054858umaConstante de Faraday F 96,485coul/mol e- 96,485coul/mol e- Masa en reposo del neutrn mn 1.67493x10-24g 1.67493x10-27kg 1.008665umaConstante de Planck h 6.6261x10-27erg.s 6.626x10-34j.s Masa en reposo del protn mp+ 1.6726x10-24g 1.6726x10-27kg Constante de Ryberg R 3.289x1015ciclos/s 1.0974x107m-1 2.1799x10-11erg 2.1799x10-18j 1312Kj/molVelocidad de la luz al vaco c 2.9978x1010cm/s 2.9979x108m/s 186,282millas/s

Prefijos para fracciones y mltiplos de unidades Fraccin prefijo smbolo mltiplo prefijo smbolo

10-1 deca d 101 deka da

10-2 centi c 102 hecto h

10-3 mili m 103 kilo k

10-6 micro 106 meg M

10-9 nano n 109 giga G 10-12 pico p 1012 Tera T

10-15 fento f 1015 peta p

10-18 ato a 1018 exa E

Unidades de medicin comunes

Masa1 libra (lb) = 453.59gramos (g) = 0.45359 kg1 kilogramo (kg) = 1000g = 2.205 libras (lb)1 libra (lb) = 0.45359kg = 16 onzas (onz)1 onza (avoir) = 28.5g y una (1) onza (troy) = 31.10g1 gramos (g) = 10 decigramos (dg) = 100 centigramos (cg) = 1000milig (mg) = 6.022x1023u1 uma (u) = 1.6605x10-24 gramos1 tonelada (ton) corta = 2000lb = 907.2kg1 tonelada (ton) larga = 2240lb1 tonelada mtrica (Tm) = 2205lb = 1000kg

Longitud1 pulgada (pulg) = 2.54 centmetros (cm)1 milla (mi) = 5280 pies (pie) = 1.609 kilmetros (km)1 yarda (yd) = 36 pulgadas (pulg) = 0.9144 metro1 metro (m) = 100centmetros (cm) = 39.37 pulg = 3.281pies = 1.094yd = 109nanmetros1 nanmetro (nm) = 103 picmetros (pm) = 10-9m ; 1pm = 10-12m = 10-3nm1 centmetro (cm) = 0.3937pulg1 kilmetro (km) = 1000 metros (m) = 1094yardas (yd) = 0.6215milla1 nstrom() = 1.0x10-8cm = 0.10nm = 100 pm = 1.0x10-10m = 3.937x10-9pulg

Volumen1 cuarto (ct) de galn (gl) = 0.9463 litros (L) = 32 onzas fluidas = 946.3 mL1 onza fluida = 29.6 mililitros (mL)1 litro (L) = 1.0567 cuarto (ct) = 1 decmetro cbico (dm3) = 1000 centmetros cbicos (cm3) = 1000mlilitros (mL) = 0.001 metro cbico (m3).1 mililitro (mL) = 1 centmetro cbico (cm3) = 0.001L = 1.056x10-3ct1 pie cbico (pie3) = 28.316L = 29.924ct = 7.481glI pulgada cbica (pulg3) = 16.39 cm31 galn = 4 cuartos = 8 pintas = 3.785 litros (L)

Energa1 joule (j) = 1.60x1013Mev=1.0x107ergios (erg) = 0.32901 caloras =10-3kj = kg.m2/s21 calora (cal) = 4.184joules = 4.184x107erg = 2.612x1019 electrn voltio (ev)1 ergio(erg) = 1.0x10-7 joule = 2.3901x10-8cal1 ev =10-6Mev= 1.6022x10-19j = 1.6022x10-12erg = 96.485 (kj/mol)1 unidad trmica britnica (BTU) = 1055.06j = 1.05566x1010erg = 252.2cal

Espectros atmicos:Cada tomo es capaz de emitir o absorber radiacin electromagntica, aunque solamente en algunas frecuencias que son caractersticas propias de cada uno de los diferentes elementos qumicos. Si, mediante suministro de energa calorfica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus tomos emiten radiacin en ciertas frecuencias del espectro visible, que constituyen su espectro de emisin. Si el mismo elemento, tambin en estado de gas, recibe radiacin electromagntica, absorbe en ciertas frecuencias del espectro visible, precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este ser su espectro de absorcin. Se cumple, as, la llamada Ley de Kirchoff, que nos indica que todo elemento absorbe radiacin en las mismas longitudes de onda en las que la emite. Los espectros de absorcin y de emisin resultan ser, pues, el negativo uno del otro. Puesto que el espectro, tanto de emisin como de absorcin, es caracterstico de cada elemento, sirve para identificar cada uno de los elementos de la tabla peridica, por simple visualizacin y anlisis de la posicin de las lneas de absorcin o emisin en su espectro. Estas caractersticas se manifiestan ya se trate de un elemento puro o bien combinado con otros elementos, por lo que se obtiene un procedimiento bastante fiable de identificacin. Podemos, en definitiva, identificar la existencia de determinados elementos qumicos en la composicin de sistemas inaccesibles, como pueden ser objetos astronmicos, planetas, estrellas o sistemas estelares lejanos. As, cuando la luz blanca que procede del sol atraviesa gotas de lluvia, esta se desva, y sus componentes, que son las de luz de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul, ail y violeta, se separan formando el arco iris. Esto ocurre debido a que las componentes de la luz blanca del Sol, en desplazamiento general de 300,000 km/s, tienen diferentes longitudes de onda. La luz blanca procedente de nuestra estrella, el Sol, es la principal radiacin que recibimos en nuestro planeta. Cmo estudiar la radiacin? 01. El espectro de la radiacin.02. Espectros de emisin y espectros de absorcin.03. La espectroscopia. Aparatos de medicin.

01. El espectro de la radiacin:Desde el siglo XVII sabemos, con los trabajos de Newton y Huygens, que la radiacin luminosa, la luz, se desva al atravesar un medio de densidad distinta, como el agua. Sufre una dispersin. Resulta que sus componentes se desvan con diferente ngulo, por lo que al salir del medio que atraviesan, salen las componentes separadas por distintos ngulos y se pueden identificar visualmente por los diferentes colores que muestran. En determinadas condiciones, los cuerpos emiten energa en forma de radiacin. Tambin los cuerpos absorben la radiacin que emiten otros cuerpos, asimilando energa. Cmo medir la radiacin emitida o la radiacin absorbida por los cuerpos? Un aparato capaz de obtener el espectro de una radiacin, es decir, de separar la radiacin en sus componentes, se llama un espectroscopio. Si el aparato es capaz de fotografiarla se llama un espectrgrafo, y si es capaz de medirla diremos que se trata de un espectrmetro. Cuando es capaz de medir tambin la intensidad de la radiacin, se llama espectrofotmetro. La principal emisin de radiacin de los cuerpos es la radiacin electromagntica en forma de luz visible. Se dice que el arco iris es el espectro de la luz visible procedente del sol. En el ejemplo del espectro constituido por el arco iris, son las gotas de lluvia y el aire atmosfrico lo que hacen de espectroscopio. La longitud de onda de la radiacin puede ser desde muy pequea, en el caso de la llamada radiacin gamma, hasta muy grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando desde nanmetros y angstrom hasta cientos de metros. Recordemos que un nanmetro es la milmillonsima parte de un metro (1 m = 109 nm) y que un angstrom es la diez mil millonsima parte de un metro (1 m = 1010 ), por lo que un nanmetro equivale a 10 angstrom (1nm = 10 ) La luz que recibimos del Sol es radiacin electromagntica que se desplaza a 300,000 km/s, en su totalidad, pero la longitud de onda no es la misma en todos los fotones luminosos, sino que vara entre los 4,000 y los 7,000 , aproximadamente, o lo que es lo mismo, entre los 400 nm y los 700 nm. La luz blanca se descompone, en definitiva, en un espectro de diferentes bandas coloreadas, cada una definida por una longitud de onda distinta. As, la luz de menor longitud de onda es la luz violeta, que es de alrededor de unos 4,000 , y la luz de mayor longitud de onda es la luz roja, que es de alrededor de unos 7,000 . Sin embargo, hay radiaciones de mayor y tambin de menor longitud de onda, es decir, que tienen una longitud de onda inferior a 4,000 y que tienen una longitud de onda superior a los 7,000 Las radiaciones que van desde el violeta al rojo se dice que forman el espectro visible, pues procede de la descomposicin de la luz blanca. Las radiaciones de longitud de onda inferior al violeta se llaman radiacin ultravioleta, rayos X, y rayos gamma, por orden decreciente en la longitud de onda. Las radiaciones de longitud de onda superior al rojo son los denominados infrarrojos, microondas y ondas de radio, por orden creciente en longitud de onda.

.TIPO DE RADIACIONIntervalos de las longitudes de onda

Rayos Gamma inferiores a 10-2 nanmetros

Rayos X entre 10-2 nanmetros y 15 nanmetros

Ultravioleta entre 15 nanmetros y 4.0x102 nanmetros

ESPECTRO VISIBLE Entre 4.ox102nanmtros a 7.8x102nanmetros metros(4,000 y 7,800 )

Infrarrojo entre 7.8x102 nanmetros y 106 nanmetros

Regin de Microondas entre 106 nanmetros y 3.o x108 nanmetros

Ondas de Radio mayores de 3.0 x108 nanmetros

(1 metro = 102 cm = 103 mm = 109 nanmetros = 1010 angstroms)

02. Espectros de emisin y espectros de absorcin: Cuando un elemento irradia energa no lo hace en todas las longitudes de onda. Solamente en aquellas de las que est provisto. Esas longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada elemento. Tambin ocurre que cuando un elemento recibe energa no absorbe todas las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de proveerse. Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiacin con los huecos o lneas negras del espectro de absorcin de la radiacin, como si un espectro fuera el negativo del otro.02.1. Los espectros de emisin: Todos los cuerpos emiten energa a ciertas temperaturas. El espectro de la radiacin energtica emitida es su espectro de emisin. Todos los cuerpos no tienen el mismo espectro de emisin. Esto es, hay cuerpos que emiten en el infrarrojo, por ejemplo, y otros cuerpos no. En realidad, cada uno de los elementos qumicos tiene su propio espectro de emisin. Y esto sirve para identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como son las estrellas. 02.2. Los espectros de absorcin: Y tambin los cuerpos absorben radiacin emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de radiacin que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se llaman rayas negras o simplemente rayas del espectro. Tambin ocurre con la absorcin, que unos cuerpos absorben la radiacin de unas determinadas longitudes de onda y no absorben la radiacin de otras longitudes de onda, por lo que cada cuerpo, cada elemento qumico en realidad, tiene su propio espectro de absorcin, correspondindose con su espectro de emisin, cual si fuera el negativo con el positivo de una pelcula. 02.3. El Espectro Solar: Si analizamos mediante un espectroscopio la luz que nos llega del Sol observamos en el espectro no es completamente continuo, sino que aparecen ciertas rayas de absorcin. Indicndonos este hecho que la luz del sol ha atravesado gases que han absorbido las longitudes de onda que a cada uno de ellos le es caracterstica. Algunos de estos elementos sabemos que no pueden existir en la atmsfera de nuestro planeta, por lo que hemos de concluir que se encuentran en la atmsfera solar.

03. Espectroscopia. Aparatos de medicin: La Espectroscopia es el estudio de los espectros de los cuerpos fsicos. Se fundamenta en el hecho de que cada elemento qumico tiene su propio espectro de emisin y de absorcin. Para el estudio de los espectros de los elementos qumicos se usan aparatos diversos, fundamentalmente son: El espectroscopio: que al descomponer la luz incidente dispersndola en diferentes radiaciones monocromticas, permite la observacin directa del espectro de un determinado elemento.

El espectrgrafo, que permite fotografiar las bandas de emisin y absorcin de los elementos.

El espectrmetro, cuyo objeto es la medicin de las longitudes de onda de emisin y absorcin en los espectros. Todos son aplicables a la Espectroscopia astronmica.

03.1. Espectroscopios: Son aparatos que dispersan la radiacin incidente, lo cual se puede realizar por refraccin en los llamados espectroscopios de prisma o bien por difraccin, en los espectroscopios de red. El espectroscopio de prisma fue desarrollado a partir de 1859 por los alemanes Kirchoff y Bunsen. En el espectroscopio de red se consigue dispersar la radiacin mediante una superficie reflectante sobre la cual se han trazado miles de surcos paralelos muy finos. Un CD ROM, y debido a sus lneas, es un ejemplo elemental de espectroscopio de red. El espectro electromagntico.

La luz que vemos en nuestros ojos, la luz visible, es un tipo de radiacin electromagntica. La radiacin electromagntica transporta energa a travs del espacio y por ello tambin se le conoce como energa radiante. Hay muchos tipos de energas radiantes o electromagnticas adems de la luz visible. Estas diferentes formas, como las ondas de radio que llevan msica a nuestras radios, la radiacin infrarroja (calor) de una fogata y los rayos X empleados por los dentistas, al parecer son muy distintos, tienen en comn ciertas caractersticas fundamentales.

Todos los tipos de radiacin electromagntica se mueven a travs del vaco a una velocidad de 2.998x108m/s, la velocidad de la luz. Adems todas tienen caractersticas ondulatorias similares a las ondas u olas que avanzan en el agua. Las ondas de agua son el resultado de impartir energa al lquido, tal vez dejando caer una piedra o por movimiento de una lancha en la superficie. Esta energa se expresa con los movimientos ascendentes y descendentes del agua.

La distancia entre crestas o valles sucesivos se denominan longitud de onda (). El nmero de longitudes de onda completas, o ciclos, que pasan por un punto dado en un segundo es la frecuencia de la onda.

En el espectro se muestran los diversos tipos de radiacin dispuestas en orden de longitud de onda creciente, representacin que se conoce como espectro electromagntico. Observe que las longitudes de onda abarcan una gama enorme, las longitudes de onda de los rayos gamma son similares a los dimetros de los ncleos atmicos, en tanto que las de las ondas de radio pueden ser ms largas que un campo de ftbol. Cabe sealar tambin que la luz visible, que corresponde a longitudes de onda entre 400 a 700 nm aproximadamente, es una porcin extremadamente pequea del espectro electromagntico. Podemos ver la luz visible a causa de las reacciones qumicas que ella causa en nuestros ojos. La unidad de longitud que se escoge para expresar la longitud de onda depende del tipo de radiacin.

La frecuencia se expresa en ciclos por segundo, unidad que tambin se llama Hertz (Hz) o s-1, por ejemplo una frecuencia de 820 kilohertz (kHz) tpica de una estacin de radio AM, podra escribirse 820,000s-1; 1kHz=103 Hz = 103 s-1

Resolver:1-un anuncio especifico de precaucin emite luz roja y luz verde: a) Cul de esta luces tiene fotones de mayor energa?; b) uno de los colores tiene longitud de onda de 680nm y otro de 500nm a qu color corresponde cada longitud de onda? 2- Ordene los siguientes tipos de radiacin por aumento de energa por fotn: a) las seales de un radar; b) la radiacin dentro de un horno microondas; c) los rayos gamma de una radiacin nuclear; de la luz roja de un anuncio de nen; la radiacin ultravioleta de una lmpara solar.

Estructura electrnica del tomo

1- Isaac Newton: inici el estudio de la estructura del tomo alrededor del 1700 cuando observ que el paso de la luz solar por un prisma produca un espectro visible continuo. 2-William H. Wollaston (1802): observ cuidadosamente el espectro solar, encontrando que su continuidad est interrumpida por siete (7) lneas estrechas y oscuras que consider como los lmites de los diferentes colores espectrales.

3-Joseph Fraunhofer (1814), amplific el espectro y encontr un total de 574 lneas oscuras en el espectro (lneas de Fraunhofer), cada una de las cuales ocupa una posicin fija.

4-Gustav R. Kirchoff y Robert W. Bunsen (1859), demostraron que la llama de un mechero de gas muestra un espectro discontinuo al ponerse en contacto con el vapor de un metal. Adems encontraron un conjunto diferente de lneas oscuras para cada metal. En esa poca, ya era de conocimiento general que los slidos incandescentes emiten espectros continuos y que el vapor altamente excitado de un metal puro provoca la emisin de un conjunto de lneas brillantes. Los hallazgos fueron:

4.1- un slido incandescente solo emite una banda espectral ancha y continua.

4.2- Un vapor metlico puro al exhibir una alta excitacin debido a una fuente de energa, como calor o electricidad, emite un conjunto de lneas espectrales muy poco especificadas en una placa fotogrfica de modo regular aunque no lineal.

4.3- un vapor producido por un metal puro, cuando no se encuentra altamente excitado, puede absorber energa de una fuente luminosa y producir una serie de lneas espectrales brillantes que emitira si estuviera en un estado altamente excitado.

5-Johann J. Balmer: tuvo la satisfaccin, en 1885, despus de una serie de esfuerzos encaminados a encontrar una relacin matemtica entre las lneas espectrales de un elemento determinado, de presentar la ecuacin que describe las posiciones relativas de las lneas espectrales del tomo de hidrgenos. = n12/n12 x G = longitud de onda, 1 un nmero entero mayor de 2 y G es una constante. 6-Otros investigadores descubrieron en el hidrgeno otras series espectrales semejantes en diferentes lugares del espectro electromagntico.

6.1- Lyman: encontr una serie en los rayos ultravioleta.

6.2-Paschen: encontr otra, en los rayos infrarrojos. 6.3- Brackett y Pfund: encontraron, cada uno de ellos una serie en los rayos infrarrojos.

Johann Balmer, fue la persona que descubri por primera vez las cuatro lneas espectrales del hidrgeno. El espectro de lneas es un espectro que solo contiene radiacin de longitudes de onda especificas. Por ejemplo, del espectro de lneas, es el rayo lser.Cuando una radiacin est formada por una sola longitud de onda es monocromtica y cuando la radiacin de las fuentes es separada en sus componentes de longitud de onda diferentes, obtendremos un espectro. Cuando hay una gama de colores que contienen de todas las longitudes de onda, es un espectro continuo. El ejemplo ms conocido de espectro continuo es el arco iris, que se produce cuando gotas de lluvia o neblina dispersan la luz solar.

7-Johannes R. Rydberg, en 1890 correlacion todos estos trabajos mediante una ecuacin que puede escribirse en las formas siguientes:

Donde n = 3,4..etc.

1/ = se le llama nmero de onda, es una variable muy til y su unidad es m-1.

8- Max Plank: en 1900 desarroll una ecuacin matemtica emprica para trazar una grfica que relacionara la intensidad de la radiacin con la longitud de onda. Plank pens que la luz era producida de manera discontinua dentro de la cavidad de la esfera mediante un gran nmero de osciladores microscpicos, cada uno de los cuales vibraba con frecuencia caracterstica (V). Encontr tambin que la energa de cada oscilador podra expresarse por: E= h V; donde h= 6.626 x10-34j.s, a este nmero se le llam constante de Plank.

El trabajo de Plank representa uno de los ms grandes descubrimientos de todas las pocas, ya que marca el inicio de una disciplina conocida como mecnica cuntica que sirve de base al concepto moderno de la estructura atmica y molecular. 9- Einstein: basndose en los conceptos de Plank y Rydberg, llego a la conclusin, en 1908, que los tomos absorben y emiten energa en pequeas cantidades, o cuantos, a menudo descrita como haces de energa. Segn esto, la diferencia entre los trminos espectrales (K/n12) cualesquiera representar una frecuencia de onda (1/) que posee una energa especifica. Esta diferencia se deber a la absorcin y emisin de energa causada por el desplazamiento que sufre un electrn de un nivel de energa a otro electrn en un nivel ms alejado del ncleo.

1- La lnea ms prominente del espectro de magnesio se encuentra a 285.2nm. Tambin hay otras a 383.8 y 518.4nm. Diga en que regin del espectro electromagntico se encuentran estas lneas, cual es la ms energtica y que energa tiene un mol de fotones de la lnea ms energtica.

2- La lnea ms prominente del espectro de lnea del aluminio se encuentra a 395.12nm qu frecuencia tiene esta lnea? qu energa tiene un fotn de esta longitud de onda y un mol de fotones?

3- El Co60 es un isotopo radiactivo que se emplea en medicina para tratamiento de ciertos canceres, produce partculas beta y rayos gamma, y estos ltimos tienen energas de 1.173 y 1.332Mev (1Mev=9.6485x104j/mol) Qu longitud de onda y que frecuencia tiene un fotn de rayo gamma con energa de 1.173Mev?

Einstein demostr mediante el efecto fotoelctrico que la luz est formada por un haz de partculas denominadas fotones. La energa de estos fotones viene dada por la ecuacin de Plank, de donde E= h V; C= V; = c / V; V = c / , entonces; E = hc / ; = hc / E.E= energa; h= constante de Plank. C= velocidad de la luz= 2.998x108 m/s 2.998x1010 cm/s. = longitud de onda; V = frecuencia.

Resolver

1- La radiacin de la regin ultravioleta del espectro electromagntico es bastante energtica y ocasiona que los tintes pierdan su color o la piel se queme. Si una persona es bombardeada con 1.00mol de fotones con longitud de onda de 375nm qu cantidad de energa en kj/mol de fotones recibir? 2- Un telefon0 celular enva seales aproximadamente de 1MHz: a) de qu longitud de onda es esta radiacin?; b) que energa tiene 1.0mol de fotones con frecuencia de 850MHz?; c) comente sobre la diferencia de energa entre una radiacin de 850MHz y la luz azul.

3-Asuma que los ojos de una persona reciben una seal que consta de luz azul, de longitud de onda de 470nm. La energa de la seal es 2.50x1014j. Cuantos fotones llegan a sus ojos.

Efecto fotoelctrico

Diagrama del efecto fotoelctrico. Los fotones incidentes son absorbidos por los electrones del medio dotndoles de energa suficiente para escapar de ste.El efecto fotoelctrico consiste en la aparicin de una corriente elctrica en ciertos materiales cuando estos se ven iluminados por radiacin electromagntica. La fotoelectricidad fue descubierta y descrita experimentalmente por Heinrich Hertz en 1887. El efecto fotoelctrico constitua un misterio abierto de la fsica hasta su explicacin por Albert Einstein en 1905 quien bas su formulacin de la fotoelectricidad en una extensin del trabajo sobre los quantos de Max Planck. Los paneles solares y las clulas fotoelctricas constituyen algunas de las aplicaciones ms conocidas del efecto fotoelctrico. Se suele sealar que con la formulacin del efecto fotoelctrico Einstein dio origen a la fsica cuntica madre de la electrnica modernaInterpretacin cuntica del efecto fotoelctricoLa electricidad es un flujo de electrones, de carga negativa que rodean al ncleo atmico. El hecho de que tales flujos elctricos pudieran ser producidos en algunos materiales por la incidencia de luz era un misterio, pero Einstein descubri que en determinadas circunstancias los fotones, es decir, las partculas de luz, golpeaban a los electrones de un material hasta liberarlos de sus tomos, permitindoles correr libres en forma de corriente elctrica.Los fotones de luz tienen una energa caracterstica determinada por la longitud de onda de la luz. Si un electrn absorbe la energa de un fotn y tiene mayor energa que la funcin de trabajo del ncleo, es decir, si el fotn tiene mayor energa que la que une al electrn con el tomo, entonces el electrn puede ser extrado del material. Si la energa del fotn es demasiado pequea, el electrn es incapaz de escapar de la superficie del material. Los cambios en la intensidad de la luz no cambian la energa de sus fotones, tan slo su nmero y por lo tanto la energa de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz incidente. Los electrones siguen por lo tanto un principio de "todo o nada" en el sentido de que toda la energa de un fotn es utilizada para liberar un electrn de su enlace atmico o la energa del fotn es re-emitida. Si el fotn es absorbido parte de la energa se utiliza para liberarlo del tomo y el resto contribuye a dotar de energa cintica a la partcula libre.Finalmente para que el material fotoelctrico produzca electricidad ante la incidencia de luz solar, es necesario el uso de un circuito elctrico por el que fluirn los electrones liberados del material fotoelctrico.Formulacin matemticaPara analizar el efecto fotoelctrico cuantitativamente utilizando el mtodo derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:Energa de un fotn absorbido = Energa necesaria para liberar 1 electrn + energa cintica del electrn emitido.Algebraicamente:h V = h V o + mc2 E= hV; E= h V o + mc2; Ei= h V o ; Et =Ei + mc2; Ec = mc2; Et = Ei + Ec; Ec = Et Ei; Ec= h V h V o ; Ec = h(V V o); V = V o Ec=h(o)=0 (no se emiten electrones)

Que puede tambin escribirse como: h V = w + Ecdonde h es la constante de Planck, V o es la frecuencia de corte o frecuencia mnima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoelctrico, (w) es la funcin de trabajo, o mnima energa necesaria para liberar un electrn de su enlace con el tomo y Ec es la mxima energa cintica de los electrones que se observa experimentalmente. Nota: Si la energa del fotn (h V) no es mayor que la funcin de trabajo (w), ningn electrn ser emitido. En algunos materiales esta ecuacin describe el comportamiento del efecto fotoelctrico de manera tan slo aproximada. Esto es as porque parte de la energa es absorbida o emitida como radiacin y por qu los electrones emitidos pueden ser absorbidos por otros tomos de la red cristalina produciendo una prdida de energa en forma de calor.Efecto fotoelctrico en la actualidadEl efecto fotoelctrico es la base de la produccin de energa elctrica por radiacin solar y del aprovechamiento energtico de la energa solar. Tambin se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las clulas fotovoltaicas y en electroscopios o electrmetros. En la actualidad los materiales fotosensibles ms utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes elctricas mayores. El efecto fotoelctrico tambin se manifiesta en cuerpos expuestos a la luz solar de forma prolongada. Por ejemplo, las partculas de polvo de la superficie lunar adquieren carga positiva debido al impacto de fotones. Las partculas cargadas se repelen mutuamente elevndose de la superficie y formando una tenue atmsfera. Los satlites espaciales tambin adquieren carga elctrica positiva en sus superficies iluminadas y negativa en las regiones oscurecidas, por lo que es necesario tener en cuenta estos efectos de acumulacin de carga en su diseo.Resuelva 1-Suponga que un ingeniero desea disear un interruptor que trabaje mediante el efecto fotoelctrico. El metal que desea emplear en el dispositivo requiere 6.7x1019j/tomo para que se retire un electrn de l. Diga si el interruptor funcionar cuando choca luz con longitud de onda de 540nm o mas sobre el metal. Explique su respuesta.

10- Niels Bohr: en 1913, ya se saba lo suficiente acerca de la naturaleza del tomo como para que Bohr pudiera proponer un modelo planetario del tomo de hidrogeno, este propuso algunas ideas revolucionarias. Los postulados de Bohr afirman que: a) los electrones en los tomos ocupan niveles diversos, b) los electrones no irradian energa de forma continua como enunciaba la teora electromagntica de la materia, c) los electrones pueden alcanzar niveles de energa ms alto por la absorcin de cantidades fijas de energa, d) los electrones que caen a niveles ms bajos de energa emiten cantidades fijas de energa, e) el momento angular de un electrn en rbita es un mltiplo entero de h/2. La teora de Borh es vlida para los elementos que poseen un solo electrn, como el H, He+ y Li+1. El trabajo de Borh puede considerarse como el nico bsico en la bsqueda de informacin relacionada con el comportamiento de los electrones en los tomos. El desarrollo matemtico de la teora de Borh concuerda bastante bien con la ecuacin de Ridberg para el tomo de hidrogeno: mvr = h /2, donde = 1, 2, 3, etc. r= 2h2/mze2 (radio) y E = mz2 e2/ 2h2(1/2) = RH (1/2); (RH constante de Ridberg). Efectivamente, la combinacin de constantes, 2.18x10-18J/hV, da la constante de Rydberg, RH= 1.10x107m-1. As pues, la existencia de lneas espectrales puede atribuirse a los saltos cuantizados de electrones entre los niveles de energa. Borh calcul las energa correspondientes a cada orbitas permitidas; E= -Rh (1/n2); E = -RH (1/2) = 0; E = Ef - Ei = fotn = h V. El modelo de Borh del tomo de hidrogeno solo pudo absorber o emitir las frecuencias de luz especificas que satisfaga la ecuacin V = c/

Este modelo de Borh tena varios defectos. Los espectros de los tomos con varios electrones tenan muchos ms lneas que las que predeca el sencillo modelo de Borh, este modelo tampoco poda explicar la divisin de las lneas espectrales en un campo magntico, esto se conoci como efecto Zeeman. Tiempo despus se propuso un modelo radicalmente diferente, el de la mecnica cuntica, para explicar estas observaciones. El modelo de la estructura atmica ms avanzado segn la mecnica cuntica, se bas en los trabajos de Louis De Broglie, quien demostr que as como la ondas electromagnticas se pueden tratar como flujo de partculas (fotones), las partculas en movimiento pueden exhibir propiedades similares a las ondas, por tanto era igualmente valido imaginar los electrones como partculas o como ondas.

Resuelva 1-La luz ms prominente del espectro del mercurio se encuentra a 253.652nm. Tambin tiene otras lneas ubicadas a 365.015nm, 404.656nm y 1013.975nm: a) Cul de estas lneas representa la luz de mayor energa?; b) cul es la frecuencia de la lnea ms prominente que se observa? Qu energa tiene un fotn con esta longitud de onda?

2-La energa que se emite cuando un electrn se desplaza de un estado de mayor energa a otro de ms baja energa, en cualquier tomo, se observa como radiacin electromagntica: a) en que caso emite menor energa el tomo de hidrogeno Cundo un electrn se desplaza de =4 a =2? b) en que caso emite mayor energa el tomo de hidrogeno Cundo se desplaza de =4 a =1 o cuando un electrn se desplaza de =5 a =2? Explique su respuesta.

11- Louis de Broglie, en 1924 sugiri una posible explicacin del carcter cuantificado de los electrones en los tomos. Su idea fue que toda partcula en movimiento est asociada a una onda de la misma naturaleza que las luminosas. La longitud de onda de De Broglie viene dada por la expresin = h/ mv; h = constante de Plank; mv = cantidad de movimiento (masa por su velocidad).

El modelo de la estructura atmica ms avanzado segn la mecnica cuntica, se bas en los trabajos de Louis De Broglie quien demostr que, as como las ondas electromagnticas se pueden tratar como flujos de partculas, llamadas fotones, las partculas en movimiento pueden exhibir propiedades similares a las ondas, por tanto, era igualmente vlido imaginar los electrones como partculas o como ondas (la luz tiene propiedades de materia y de energa).

Las existencia de las ondas de De Broglie permite llegar a la condicin cuntica del modo siguiente: imaginemos un electrn que recorre una rbita de Borh y que lleva asociado una onda cuya longitud es la expresada por la ecuacin de De Broglie, si esta longitud de onda no fuese un submltiplo exacto de la longitud de la trayectoria, la onda interferira consigo misma y se destruira. Las orbitas estables solo pueden existir cuando las longitudes de sus circunferencias son mltiplos de las longitudes de onda. Esto se puede expresar del modo siguiente: = 2 r; = nmero entero; r = radio de la rbita.

Si la = h/mv, podemos sustituir en la en la ecuacin n = 2 r a la longitud de onda por su igual (h/mv) = 2 r; h =mv2r; mvr = h/2; mv =cantidad de movimiento (masa / velocidad). El concepto de onda de De Broglie en relacin con una partcula como el electrn, significa que tal partcula no puede localizarse con precisin.E = mc2; E = h V; igualamos las ecuaciones; h V/c = mc = P; sabiendo que P = E / c y que P= hV / c; = h/ P entonces; = h/mv; tambin podemos decir que: E = Pc = h V; P= h V/c; P= h/; = h/ P; E/c = h V/c; E/c = h/; = hc/E.Tambin podemos decir que: P= m v r; r = 2ao, por lo tanto P= m v * 2ao

1- Un haz de electrones tiene una velocidad promedio de 1.3x108m/s Cul es la longitud de onda de los electrones que viajan a esta velocidad promedio?

2-Calcule la longitud de onda en nm asociada a una pelota de golf de 1.3x102g que se desplaza a 67mi/h a qu velocidad debe viajar la pelota para que tenga una longitud de onda de 5.6x103nm?

3-La bala de un rifle posee una masa de 0.00150kg, cuando esta es disparada adquiere una velocidad de 7.00x102mi/h cul es la longitud de onda asociada a esta bala?

12- Arnold sommerfeld, en 1916 indic tambin la existencia de orbitas elpticas y circulares, en el segundo y los ms altos niveles de energas para describir cada uno de los niveles mayores de energa, Sommerfeld defini dos nmeros cunticos. Uno de ellos n, designa los niveles principales de energa y es idntico a los nmeros usados por Bohr para designar diferentes niveles electrnicos de energa. Su otro nmero cuntico K indica el grado en que la rbita elptica se desva de una circunferencia. Cuando K = , la rbita es circular y cuando K = 0, la elipse ha degenerado en una recta, K tiene valores lmites K= 1 y K = .

= K > K Los principales niveles de energa estn compuestos de subniveles que forman un nivel principal que es igual a su nmero cuntico principal . este esquema proporciona el nmero exacto de estados de energa necesarios para explicar los espectros de lneas finas observadas.

La teora atmica moderna exige la sustitucin de K por el nmero cuntico , donde = -K en secuencia hasta llegar al valor lmite (-1). El estudio de los espectros en tomos ms complejos, en los que se producen repulsiones electrnicas dentro del nivel principal de energa, indica la existencia de estados de energa subordinados, llamados subniveles. En los espectros de hidrogeno, aparecen cuatro (4) tipos de lneas; Sharp (aguda), (s), principales (p), difusas (d) y fundamental (f). Los subniveles que componen los niveles se representan entonces como: s p d f (letras minsculas).

nSub-nivelesValores de n-1 2+1Orbitales 2(2 +1)Electrones Resumen

1 s 1-1=02(0)+1=14(0)+2=21 orbital y 2 electrones

2 p 2-1=12(1)+1=34(1)+2=63 orbitales y 6 electrones

3 d 3-1=22(2)+1=5 4(2)+2=105 orbitales y 10 electrones

4 f 4-1=32(3)+1=74(3)+2=147 orbitales y 14 electrones

5 g 5-1=42(4)+1=94(4)+2=189 orbitales y 18 electrones

13- Heinsenber, demostr en su famoso principio de incertidumbre (1927) que existe una indeterminacin inherente al problema de averiguar a la vez la posicin de una partcula y su cantidad de movimiento, indeterminacin que puede expresarse diciendo que el producto de la incertidumbre en la cantidad de movimiento en la posicin por la incertidumbre, es del orden de la constante de Plank (h). Esto quiere decir que cuanto mayor sea la precisin con la que se conoce p, tanto menos preciso ser el valor de x y viceversa. Este principio enuncia que el producto de incertidumbre del producto p y la posicin de x, debe ser igual a la constante de Plank, o sea, (p)(x) h.x = h/4 p; p = incertidumbre de posicin; P = cantidad de movimiento.p = P por el grado de incertidumbre.El principio de incertidumbre establece que es imposible determinar de manera simultnea la posicin de un electrn en un tomo y su energa con cierto grado de certidumbre si el electrn se describe como una onda. Cuando se intenta determinar con exactitud la ubicacin o la energa de un electrn, la otra cantidad es incierta, comparemos esto con el mundo que nos rodea para objetos mayores que los de escala atmica, por ejemplo, un automvil, es posible determinar con bastante exactitud tanto la energa como la ubicacin en cualquier momento, no as a escala atmica. =; h / mv = 4r; h * 4 mv; x= h/4 mv.

Resuelva 1- Calcule la incertidumbre de posicin de un electrn con una incertidumbre de velocidad igual a la mitad de la velocidad de la luz.

2- Determinar matemticamente que se puede medir con ms precisin, la posicin de una partcula en movimiento con una masa de 0.01g y otra con una masa de 100g. Cuando ambas poseen una velocidad de 2.3x103m/s

14- Edwin Sthrdinger, basado en la teora de de Broglie desarroll una ecuacin diferencial parcial para representar el comportamiento de un electrn alrededor de un ncleo atmico, esta ecuacin muestra la relacin entre la funcin de onda del electrn y la E y V, las energas total y potencial del sistema. La ecuacin desarrollada describe un orbital distinto y por tanto, una diferente distribucin de la probabilidad para un electrn de ese orbital, cada uno de estos orbitales est definido de forma nica por un conjunto de tres nmeros entero, n, y m, llamados tambin nmeros cunticos, como lo llam Borh. Adems de los tres nmeros cunticos que se derivan de la teora original, fue necesario definir un cuarto nmero cuntico para explicar los resultados de un experimento anterior. En este experimento se vio que si se haca pasar un haz de tomos de hidrgenos por un campo magntico, la mitad de los tomos se desviaba en la direccin opuesta, debido al espn del electrn.

15- Otros investigadores propusieron que la observacin era el resultado de las diferentes orientaciones del giro o espn de los electrones. Los tomos que posean un electrn con un espn eran desviados en una direccin y los tomos cuyo electrn tena espn opuesto se desviaban en la direccin opuesta. Se asign el smbolo ms al nmero cuntico del espn. Los posibles valores de los nmeros cunticos se definen: n, nmero cuntico principal y sus valores son del 1 al infinito, , nmero cuntico del momento angular, puede tener todos los valores, desde cero hasta n-1, m, nmero cuntico magntico, puede tener todos los valores enteros desde - hasta + pasando por cero, ms, nmero cuntico del espn, puede tener los valores de + y -.

Orbital atmico (OA): es una regin del espacio cerca del ncleo en donde existe una alta posibilidad de encontrar un electrn, un electrn tiene una determinada energa que se designa por: a) El nivel de energa principal (numero cuntico) est relacionada con el tamao del orbital, b) los subniveles s, p, d, y f estn relacionados con la forma del orbital; c) exceptuando el subnivel s, los dems subniveles tienen un nmero de orbitales iguales en energa (orbitales degenerados) que difieren en su orientacin espacial; d) el espn del electrn, identificado representa la distribucin y denominacin de los orbitales. + -

Nivel principal de energa () 1 2 3 4

Nmero de electrones (2 2) 2 8 18 32

Subniveles (igual al nivel) 1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f Electrones de cada subnivel 2 2,6 2, 6, 10 2, 6, 10,14

Notacin del orbital lleno 1s2 2s22p6 3s23p63d10 4s24p64d104f14 Orbitales por subnivel 1 1, 3 1, 3, 5 1, 3, 5, 7

El orbital s es una esfera alrededor del ncleo

Un orbital p est constituido por dos (2) lbulos esfricos que se tocan en lados opuestos del ncleo. Los tres orbitales p se representan como px, py y pz debido a que estn orientados a lo largo de los ejes x, y, z, respectivamente. En el orbital p no hay posibilidad de encontrar un electrn en el plano nodal o nodo, porque es donde se encuentra el ncleo. Las regiones de un orbital separadas por un nodo reciben los signo + y -. Estos signos no estn asociados con cargas elctricas o inicas.

Orbitales d son: dxy, dxz, dyz, dx2-y2, dz2

1-En cierto estado excitado posible, el tomo de hidrogeno tiene su electrn en un orbital 5d. Indique todos los conjuntos de nmeros cunticos , l y ml para este electrn.

2-Explique brevemente por qu cada uno de los siguientes no constituye un conjunto posible de nmeros cunticos para un electrn de un tomo: a) =2, l=2, ml=0; b) =3, l=0, ml=2; c) =6, l=0, ml=+1; d) =6, l=5, ml=-1; e)=4, l=3, ml=4.

Para distribuir los electrones en los orbitales se utilizan tres principios:

1- principio de Aufbau o de distribucin electrnica, los orbitales se llenan en orden de energa creciente y la energa se puede determinar con la expresin +.

2- principio de exclusin de Pauli: solamente dos electrones pueden ocupar un orbital, siempre y cuando tengan espines opuestos .

3- Regla de Hund; en orbitales con iguales energa se colocan electrones de uno en uno, de modo que los electrones tengan espines paralelos, antes que ocurra el apareamiento. Las sustancias con electrones degenerados son paramagnticas, es decir, son atradas por un campo magntico y las que no poseen electrones desapareados son diamagnticas, no son atradas por el campo magntico, porque poseen su ltimo nivel de energa lleno. Mientras ms electrones desapareados posean una especie mayor ser su fuerza de atraccin.

Configuracin Electrnica y diagramas de orbitales: es la distribucin de los electrones en los subniveles energticos. Los niveles principales de energa estn divididos en subniveles. Los subniveles denominados s, p, d y f, tambin tienen un lmite para el nmero de electrones que pueden contener. Los subniveles s, p, d, f, pueden contener un mximo de 2, 6, 10 y 14 electrones respectivamente. El llenado de los subniveles se correlaciona con la tabla peridica. Observe que hay bloques de elementos que llenan solo hasta los subniveles s, otros que llenan hasta los subniveles p, otros hasta los subniveles d y por ltimo se encuentran los que llenan hasta los subniveles f. Cuando un elemento se encuentra en un bloque especfico, esto significa que el ltimo electrn colocado en el tomo ocupa el subnivel correspondiente a ese bloque.

Bloques de la tabla peridica: los bloques de la tabla peridica son, bloque s, bloque p, bloque d y bloque f. los elementos de los bloques s y p terminan su configuracin electrnica en s o p y el nivel correspondiente y se le denominan elementos representativos de la tabla peridica. Los del bloque d terminan su en el subnivel d y un nmero menor el nivel correspondiente (n-1), los del nivel 4 1 = 3d, los del nivel 5 1 = 4 d, los del nivel 6 1 = 5d y los del nivel 7-1= 6d y se le denominan elementos o metales de transicin.

Los elementos del bloque f terminan su configuracin electrnica en el subnivel f y el nivel menos dos (2), los del nivel 6-2= 4f, del cerio hasta el lutecio y los del nivel 7-2= 5f, del torio hasta el laurencio y se le denominan elementos de transicin interna, porque llenan primero el subnivel (f) de mayor energa y luego el subnivel (d) de menor energa.

Niveles () Cantidad deelementosCantidad de electronesFormula general

1 2 2 s2

2 8 8 s2p6

3 8 8 s2p6

4 18 18 ns2 (n-1)d10 np6

5 18 18 ns2 (n-1)d10 np6

6 32 32 ns2 (n-1)d1(n-2)f14(n-1)d9np6

7 32 32ns2(n-1)d1(n-2)f14(n-1)d9np6

Z=55 Z=56 Z=57 Z=72 Z=80 Z=81 Z=86

RnTlHgLaHfBaCs (n-1)d9np66X ns2 (n-1)d1

Z=58 Z=71

LuCe (n-2)f1-14e 6 (N-1)d1(n-2)f14

Hacer un diagrama del nivel 7, con sus elementos, al igual que el nivel 6.

La configuracin electrnica puede ser larga y corta o notacin de gas noble.

C.E. larga o completa, para realizarla utilizaremos la tabla peridica en toda su extensin, veamos.Z=118 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d14f145d96p67s26d15f14 6d97p6.

C.E. notacin de gas noble (corta), para realizarla utilizaremos como referencia los gases nobles o elementos de la columna 18, el gas noble que utilizaremos como referencia ser el que est en el nivel anterior del elemento al cual le determinaremos su configuracin electrnica. Veamos; Z=45 est en el nivel 5 de la tabla peridica, por lo tanto el gas noble que tomaremos como referencia ser el kriptn que est en el nivel 4, completamos luego los electrones faltantes, de la manera siguiente: Z=45 [Kr] 5s24d7Z=63 [Xe] 6s25d14f6Z=79 [Xe] 6s25d14f145d8Z=84 [Xe] 6s25d14f145d96p4Z=97 [Rn] 7s26d15f8Z=110 [Rn] 7s26d15f146d7

Diagramas de orbitales: es la distribucin de los electrones en los orbitales, para realizarlo utilizaremos como referencia la Regla de Hund y la configuracin electrnica corta. Veamos.

5s2 4d7, sabemos que s posee un orbital y que d posee 5 orbitales:

5s2 4d7

4d 6s24f145d9 6s2 4f14

5d9

Carga nuclear efectiva: la carga nuclear efectiva, Zef, que experimentan los electrones en diferentes orbitales atmicos puede estimarse utilizando las reglas de Eslater. Estas reglas se basan en datos experimentales para las energas de promocin y de ionizacin; el Zef viene determinado por la ecuacin, Zef= Z S, es la carga nuclear verdadera menos la carga que es apantallada por los electrones. Por ejemplo el sodio posee 11e-, los diez electrones internos apantallan 10 unidades de carga nuclear dejando una (1) carga nuclear efectiva 11e- -10e- = +1, el magnesio es 12-10 = +2, el aluminio es 13-10 = +3 y as sucesivamente a lo largo del perodo. Al aumentar el Z efectivo el ncleo atrae ms fuertemente a los electrones internos y externos, el resultado es una contraccin general del tamao del tomo.Si 14-10= +4 S 16-10 = +6 P 15-10 = +5 Cl 17-10 = +7 Los valores de S pueden estimarse de la manera siguiente: 1) se escribe la configuracin electrnica del elemento y se agrupan en la forma siguiente: (1s), (2s 2p), (3s3p), (3d), (4s4p), (4d), (4f), (5s5p), (5d), (5f) etc.; 2) los electrones que se encuentran en un grupo superior de esta secuencia al del electrn que se considera, no contribuyen para calcular S; 3) si se considera un electrn determinado en un orbital s o p: a) cada uno de los dems electrones en el grupo (s y p ) contribuye con 0.35; b) cada uno de los electrones de capa (-1) contribuye con 0.85; c) cada uno de los electrones de las capas inferiores (- 2) contribuye con 1.00; 4) si se considera un electrn determinado en un orbital (d o f) ; a) cada uno de los dems electrones en un grupo (d o f ) contribuye con 0.35; b) cada uno de los electrones en un grupo ms bajo que el considerado contribuye con 1.00.

Si se toma un electrn del orbital 1s, este aporta 0.30, Z= 10 Ne; /1s2/ 2s2 2p6/; 1(0.30) + 8(0) =0.30; Zef = 10-0.30 = 9.70

Para entender las propiedades de los tomos debemos conocer no solo la configuracin electrnica, sino tambin la fuerza de atraccin entre los electrones exteriores y el ncleo. Podemos decir entonces, que la carga nuclear efectiva, es la carga positiva neta que un electrn experimenta en un tomo con muchos electrones, esta carga no es la carga nuclear total porque los dems electrones del tomo escudan parcialmente el ncleo. Su valor es la carga del ncleo reducida en la medida en que los otros electrones apantallan del ncleo a dicho electrn.

La ley de atraccin de Coulomb indica que la fuerza de la interaccin entre las cargas elctricas depende de la magnitud de las cargas y de la distancia entre ellas, por tanto, la fuerza de atraccin entre un electrn y el ncleo depende de la magnitud de la carga nuclear neta que acta sobre el electrn y de la distancia media entre ncleo y el electrn. La fuerza de atraccin se incrementa al aumentar la carga nuclear y disminuye a medida que el electrn se aleja del ncleo.

Para determina el Zef tenemos que tomar en cuenta en qu nivel y cual orbital est el electrn al cual le determinaremos la constante de apantallamiento, S, para luego determinar el Zef. 1s2 /2s2 2p6 /3s2/, separar en niveles, y a la cantidad de electrones se le resta 1, los electrones ms externos apantallan 0.35, los intermedios 0.85 y los restantes uno (1), veamos: 3s2, 2-1=1, 1(0.35) + 8(0.85) + 2(1)= 9.15 (constante de apantallamiento). Zef = Z S = 12- 9.15 = 2.85

Z = 9 F; 1s2 /2s2 2p5/; 5+2 =7- 1=6(0.35) + 2(0.85) = 3.8 Zef= Z S = 9- 3.8 = 5.2

Z= 20 Ca; 1s2 2s2 2p6 /3s2 3p6 /4s2/; 2-1 = 1(0.35) + 8(0.85) + 10(1) = 17.15 Zef S = 20 17.15 = 2.85

Z=19 K; 1s2 2s2 2p6 /3s2 3p6 /4s1/ ; 1-1 = 0 (0.35) + 8(0.85) + 10 (1) = 16.8Zef = 19 16.8 = 2.2

Si el electrn est en un orbital d o f, se toma la cantidad de electrones, los cuales aportan 0.35 y el resto aportan uno (1).

Z=25 Mn; 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 /3d5/; 5-1= 4(0.35) + 20(1) = 21.4Zef = Z S = 25 21.4 = 3.6

Z=63 Eu; 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d1 /4f6 / 6-1 =5(0.35) + 57(1) = 58.75; Zef = 63 58.75 = 4.25

Si la sustancia es un ion negativo aumenta la cantidad de electrones y si es un ion positivo disminuye la cantidad de electrones igual a su carga. F-1 Z=9; 1s2 /2s2 2p5/+1e- F-=1s2 /2s2 2p6/; 8(0.35) + 2(0.85) = 4.5; Zef = 9- 4.5 = 4.5

S-2 Z = 16; 1s2/2s2 2p6/3s2 3p4/ + 2 = 1s2/2s2 2p6 /3s2 3p6/

8(0.35) + 8(0.85) + 2(1) = 11.60; Zef = 16-11.60 =4.4

Ca+2 Z =20; 1s2 2s2 2p6 /3s2 3p6 /4s2/-2e- = 1s2 2s2 2p6 /3s2 3p6/

8(0.35) + 8(0.85) + 2(1) = 11; Zef = Z S = 20-11.60= 8.4.

Cuando los electrones ocupan el nivel electrnico ms bajo posible, se dice que est en el estado basal. Si uno o ms electrones absorben suficiente energa como para alejarse del ncleo, se dice que est en estado excitado.

Determine el Zef para los electrones de valencia de los elementos siguientes: estroncio, fsforo, selenio, bismuto, cloro, silicio, sodio, aluminio, oxigeno y argn.

Ejercicios

1- Determine las frecuencias de la luz de las longitudes de onda siguientes: a) 500; b) 1.0 ; c) 4.4Mm; d) 89m; e) 562nm.

2- si la luz anaranjada tiene una longitud de onda de 625nm Qu frecuencia tiene?

3- Los reproductores de discos compactos usan lseres que emiten luz con una longitud de onda de 785nm Qu frecuencia tiene esta luz en Herz?

4- Si una estacin de radio en FM transmite a una frecuencia de 104.5MHz Qu longitud de onda en metros tiene la radiacin que emite esta estacin de radio?

5- El tamao de una antena de radio es proporcional a la longitud de onda de la radiacin. Las personas usan telfonos celulares cuyas antenas a menudos tienen menos de 3 pulgadas, mientras que los submarinos usan antenas de hasta 2000m de largo. Cual est usando ondas de radio de ms alta frecuencia?

6- Determine el nmero de onda para un electrn que se mueve del nivel 5 al nivel 2 y otro que se mueve del nivel 3 al nivel 6, A qu se debe que poseen signos diferentes? Explique.

7- Cual es la energa de un cuanto de luz anaranjada si sabemos que la frecuencia de esta luz es 4.8 x1014herz.

8- Calcule la energa de un fotn de radiacin X que tiene una longitud de onda de 2.36nm y comprela con una energa de un fotn de luz anaranjada que es de 3.18X10-19j.

9- Quien posee ms energa: a) un fotn de radiacin de microondas o un fotn de radiacin ultravioleta; b) un fotn de luz azul o un fotn de luz verde; c) diez fotones azules con longitudes de onda de 460nm 15 fotones rojos con longitudes de onda de 695nm. Justifique su respuesta en todos los casos.

10- Calcule la energa de un fotn de luz amarilla cuya longitud de onda es de 589nm.

11- Prediga cual de las transiciones electrnicas siguientes produce la lnea espectral de mayor longitud de onda; de n=2 a n=1; de n=3 a n= 2; de n=4 a n=3.

12- Que energa tiene un fotn de la luz roja y que energa tiene 1 mol de fotones de esta luz, la cual tiene una longitud de onda de 685nm.

13- Cual ser la energa y la longitud de onda de un electrn que pasa de n=3 a n=1. Explique si la energa es absorbida o emitida.

14- Calcule la longitud de onda de un electrn que tiene una velocidad de 5.97 X106m/s. compare el valor de las longitudes de onda de las radiaciones electromagnticas y diga a cual corresponde.

15- En el efecto fotoelctrico, un cuanto absorbido de luz tiene como resultado la expulsin de un electrn del absorbedor. La energa cintica del electrn expulsado es igual a la energa del fotn absorbido menos la energa del fotn de longitud de onda mxima que produce el efecto. Calcule la energa cintica de un fotoelectrn producido por el cesio mediante luz de 400nm. La longitud de onda crtica (mxima) para el efecto fotoelctrico en el cesio es 660nm; donde la radiacin hc es 1240nm.ev.

16- Se ha encontrado que la molcula de yodo gas, I2 se disocia en tomos separados despus de la absorcin de luz a longitudes de onda menores de 499.5nm. Si cada cuanto o fotn, hV, se absorbe por una molcula de I2 Cul es el suministro mnimo en kj/mol, necesario para disociar la molcula de yodo, mediante este proceso fotoqumico?

17- Calcular la longitud de onda en nanmetros de una transicin electrnica de n=3 a n=2.

18- Un haz de electrones acelerado por 4.64ev, en un tubo que contiene mercurio se absorbi parcialmente por el vapor. Como resultado de la absorcin, ocurrieron ciertos cambios electrnicos dentro de un tomo de mercurio y se emiti luz. Si la energa total de un nico electrn incidente se convirtiese en luz Cul sera el nmero de onda de la luz emitida, si la radiacin es 1240nm.ev?

19- Se realiz un experimento de difraccin electrnica con un haz de electrones acelerados mediante una diferencia de potencial de 10kev Cul es la longitud de onda del haz de electrones, sabiendo que la velocidad del electrn es Ec = mv2?

20- El hidrogeno emite, dentro del espectro visible en una cierta longitud de onda del naranja a 6560, en otra del azul a 4858 , otra del ail a 4337 y otra en el violeta a 4098 calcular la frecuencia de cada longitud de onda? y diga cual posee la mayor frecuencia.

21- La luz verde asociada a una aurora boreal es emitida a 557.7nm por los tomos de oxigeno excitados Cul es la frecuencia de esta luz?

22- Una lnea del espectro tiene una longitud de onda de 837.8nm en qu intervalo espectral se encuentra la absorcin y calcule la frecuencia?

23- ciertos telfonos inalmbrico funcionan con una frecuencia de 900MHz Cul es la longitud de onda?

24- A qu velocidad debe acelerarse un haz de protones para poseer una longitud de onda de De Broglie de 10.0pm?

25-Es posible que exista para el hidrgeno un nivel de energa; En= -1.00x10-20j?

26- Se ha cronometrado que la pelota lanzada por un jugador de las ligas mayores, viaja a una velocidad de 98mi/h Calcule la longitud de onda de De Broglie de la pelota, suponiendo que la masa de la pelota es 141.88g?

27- Cual es la longitud de onda, en nanmetros, asociada con un automvil de 1000kg que viaja a una velocidad de 25m/s, considerando el auto como una onda material.

28- Calcule la longitud de onda de De Broglie, en nanmetros asociada con una pelota de bisbol de 145g que se mueve a una velocidad de 168km/h.

29- La luz de frecuencia ms baja que produce efecto fotoelctrico se llama frecuencia umbral. La frecuencia umbral para el indio es 9.96x1014Hz Cul es la energa, en joule, de un fotn de esta radiacin?

30- Cul es la longitud de onda en nanmetros, de luz con un contenido de energa de 1799kj/mol en qu regin del espectro electromagntico se encuentra esta luz?

31- una determinada radiacin tiene una longitud de onda de 474nm Cul es la energa expresada en joule de: a) un fotn; b) un mol de fotones de esta radiacin?

32- las lmparas de vapor de sodio a alta presin se utilizan en el alumbrado elctrico de las calles, las dos lneas ms intensas del espectro de sodio estn a 589.00 y 589.59nm Cul es la diferencia de energa por fotn de las radiaciones correspondientes a estas dos lneas?33- Calcule la incertidumbre de posicin, X, de un electrn con una incertidumbre de velocidad igual a la mitad de la velocidad de la luz.

34- Determine matemticamente que se puede medir con ms precisin la posicin de una partcula en movimiento con una masa de 100g, que la de otra con una masa de 0.01g, cuando ambas se mueven a una velocidad de 1.0x103m/s.

35- Cuando una radiacin ultravioleta igual a 1.6x1015Hz incide sobre el metal cesio, se desprenden electrones con una energa cintica mxima de 4.5ev. Calcule: a) la funcin trabajo del metal en ev; b) la energa de los fotones en ev.

Clasificacin peridica de los elementos

Cuando los elementos estn acomodados en orden de sus nmeros atmicos crecientes, los que tienen propiedades qumicas similares se encuentran en intervalos peridicos definidos. Esta relacin se conoce como la ley peridica.

La insistencia en agrupar cosas, para encontrar las caractersticas comunes, es un impulso humano. Los elementos que se encuentran en la misma columna vertical tienen propiedades qumicas similares. Esto es anlogo a la apariencia de las personas que integran una familia. Se asemeja usted en algo a su hermana o hermano?Los elementos estn agrupados en columnas verticales porque son semejantes y tienen propiedades qumicas similares; a los grupos tambin le llaman familias de elementos y se le dan nombres especiales. A los elementos del grupo 1 (IA) (con excepcin del hidrgeno) se le llaman metales alcalinos. El hidrgeno, aunque est presente en el grupo 1 (IA), no est considerado entre los metales alcalinos, porque no todas sus propiedades se parecen a las de estos. Los elementos del grupo 2 (IIA) se llaman metales alcalinotrreos; los del grupo 13(IIIA) se llaman familia del boro y aluminio, los del grupo 14 (IVA) se le llaman familia del carbono y silicio, los del grupo 15 (VA) se llaman Pnicgenos, los del grupo 16 (VIA) se le llaman calcgenos, los del grupo 17 (VIIA) se conocen como halgenos y los del grupo 18 (VIIIA) se le llaman gases nobles. (Ver tabla peridica).

En un determinado perodo que son las lneas horizontales, los elementos varan gradualmente de izquierda a derecha, empezando por la izquierda con aquellos que tienen propiedades ms metlicas como es el caso del sodio (Na) hasta los que tienen propiedades no metlicas, por ejemplo el cloro (Cl). Al trmino de cada perodo se encuentran los elementos del grupo 18 (VIIIA), los gases nobles.

Caractersticas generales de grupos y periodos

Los perodos o niveles indican la cantidad de niveles de energa en que se hallan distribuidos los electrones de un elemento. Son los 7 renglones horizontales. El perodo 1 contiene solo dos (2) elementos: el hidrgeno y el helio. A este perodo se le llama primer nivel de energa principal. El helio est colocado en el grupo 18, de los gases nobles. El nmero de perodo indica el nmero del nivel principal de energa.

El perodo 2. Contiene 8 elemento que van desde el litio (Li) hasta el nen (Ne) y se le denomina segundo nivel principal de energa.

El perodo 3. Tambin contiene 8 elementos, desde el sodio (Na) hasta el argn (Ar) y se le denomina tercer nivel principal de energa. A los perodos 2 y 3 se les llama perodos cortos ya que solo tienen ocho (8) elementos cada uno.

Perodo 4. Contiene 18 elementos, desde el potasio (K) hasta el criptn (Kr) y se le llama cuarto nivel principal de energa.Perodo 5. Contiene 18 elementos, desde el rubidio (Rb) hasta el xenn (Xe). A este perodo se le llama quinto nivel de energa.

Perodo 6. Contiene 32 elementos, desde el cesio (Cs) hasta el radn (Rn). A este perodo se le llama sexto nivel de energa.

Periodo 7. Contiene 32 elementos desde el francio (Fr) hasta el Obern (On). Del 113 al 118 realmente hay algunos elementos que no estn del todo descubiertos.

A los elementos de los perodos 4 del Sc al Zn, y del 5 del Y al Cd y del 6 del La al Hg, se le denominan elementos de transicin. A los elementos del Ce al Lu y del Th al Lr se le llaman elementos de transicin interna o lantanoides y actinoides; lantanoides por ser continuacin del lantano y actinoides por ser continuacin del actino. (Ver tabla peridica).

Caractersticas generales de los grupos

Un grupo es un conjunto de elementos ordenados en forma de columnas verticales, que renen elementos de propiedades similares, numeradas del 1 al 18.

Uno de los principios fundamentales de la qumica es el uso de la tabla peridica para correlacionar las caractersticas generales de los elementos. Las cinco caractersticas fundamentales de los grupos son:Primera: la tabla peridica separa los metales de los no metales, a la derecha se encuentran los no metales y a la izquierda los metales, el lmite de la divisin son boro, silicio, arsnico, telurio y astato. En el extremo izquierdo se encuentran los elementos ms metlicos. Como podr observar, a la mayora de los elementos se les considera metales. Los elementos que estn adyacentes a los metales mencionados anteriormente se le llaman metaloides (semimetales). (Ver tabla). La excepcin es el aluminio que es un metal. Los metaloides son los siguientes: boro, silicio, germanio, arsnico, antimonio, telurio, polonio y astatinio o astato (At).

Segunda: los elementos de las columnas 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18 se le denominan elementos representativos de la tabla peridica, donde los electrones de su ultimo nivel de valencia coinciden con el nmero del grupo 1 y 2 y del 13 al 18 restan de 10. Ejemplo: si el elemento es de la columna 14 al restar de 10 es igual a 4, esto quiere decir, que los elementos de la columna 14 tienen 4 electrones de valencia, que son los electrones que se encuentran en el ltimo nivel de cada tomo (nivel de valencia). Exceptuando el helio (He) que aunque est en la columna 18 solo tiene dos (2) electrones de valencia. Esta caracterstica no la tienen los elementos de transicin.

Tercera: los elementos que pertenecen al mismo grupo tienen propiedades qumicas y configuraciones electrnicas similares. Por ejemplo todos los elementos del grupo 1 reaccionan rpidamente con el cloro para formar cloruro del metal correspondiente, MCl. Todos los miembros de los metales alcalinos tienen la misma configuracin electrnica en su nivel de valencia (s1).

Cuarta: en los elementos representativos, las propiedades metlicas aumentan con el incremento del nmero atmico y al mismo tiempo las propiedades no metlicas disminuyen, dijimos que el nmero atmico es el que ordena los elementos en la tabla peridica de forma continua. El elemento de mayor carcter metlico lo encontraremos en un grupo en la parte inferior y en un perodo el de mayor carcter metlico lo encontraremos a la izquierda. Ejemplo:

PeriodosGrupo I2 Li3 Na Mg Al Si P S Cl Ar4 K5 Rb6 Cs7 FrDel grupo I el ms metlico es el francio (Fr), porque se encuentra en la parte inferior y del periodo 3, el ms metlico es el sodio (Na), porque se encuentra ms a la izquierda.

Propiedades peridicas

Radio atmico, inico y covalente, energa de ionizacin, afinidad electrnica, Volumen atmico y electronegatividad.

Radio atmico: es la mitad de la distancia entre los centros de los ncleos de dos tomos iguales que en una molcula se tocan en su superficie.

Los radios pueden ser inicos y covalentes, el inico es el radio de un ion especifico y es el radio atmico asociado con un elemento en sus compuestos inicos y el radio covalente es el radio atmico asociado con un elemento en sus compuestos covalentes.

Energa de ionizacin, Ei: es la energa mnima necesaria para eliminar un electrn desde el estado basal del tomo o ion gaseoso aislado, 1erai< 2dai 0

Grupos o columna niveles o perodos Volumen atmico (VA): cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus masas atmicas, algunos conjuntos de propiedades se repiten peridicamente: Meyer bas su ley peridica en la propiedad denominada volumen atmico, la masa atmica dividida por la densidad de su forma slida. Ahora esta propiedad se llama volumen molar. Grupos o columna niveles o perodos Electronegatividad (X): es la medida de la capacidad de un tomo que est unido a otro, para atraer electrones hacia s, para la formacin de un enlace.

Muchas personas determinaron electronegatividades partiendo de ecuaciones matemticas: Pauling (Xp) estableci una escala de electronegatividad con base en el exceso de energa de enlace en los enlaces covalentes heteronucleares A B, donde DA B = Dnp + Dp . DNP = suma contribucin no polar y Dp = contribucin polar.

Mulliken, XM, plante que la energa de ionizacin ms la afinidad electrnica se convierte en la medida de la facilidad de salida de los electrones por los tomos, por tal razn, defini la electronegatividad XM del tomo como XM= A + i/2, ya que tanto la A como la i se determinan en unidades de electrn voltio (e-v), la electronegatividad de Pauling, XP, se determina de la forma siguiente:

Xp= 0.336(Xm 0.615), si la A y la i se determinan en Mj/mol, Xp=3.47 (Xm 0.0595), DAB= 23.06/XA- Xc/2.

Allred y Rochow, XAR, definieron la electronegatividad como la fuerza ejercida por el ncleo de un tomo sobre sus electrones de valencia.

XAR = 0.359 (Zef/ r2cov) + 0.744 Considerando la constante de apantallamiento a todos los electrones (Zef= Z- 0.35) y el radio covalente, r, en (pm) de los elementos. Para el electrn 1s, Zef. = Z 0.30.

Teora de enlace Enlace qumico: es la fuerza de atraccin intensa que existe entre los tomos de una molcula. Los siguientes tipos de fuerzas de enlace (en orden decreciente de fortaleza) son tiles y suficientes para describir a los compuestos qumicos: inico, covalente, metlico, puente de hidrogeno y fuerzas de Van der Waals.

Enlace Inico: se forma por transferencia de electrones de un tomo con menor electronegatividad a otro con mayor electronegatividad, formando iones (catin y anin), el de menor electronegatividad ser el catin y el de mayor electronegatividad ser el anin. En los enlaces inicos los electrones se mantienen unidos por fuerzas electrostticas.

NaCl Na (1s2 2s2 2p6 3s1) Na+(1s2 2s2 2p6) + 1e- Cl (1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) + 1e- Cl- (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6).

Los iones de cargas opuestas se mantienen unidos por fuerzas electrostticas poderosas, que dan lugar a la formacin del compuesto inico cloruro de sodio. En el compuesto el enlace inico se puede determinar por la diferencia de las electronegatividades /Xa-Xc/ 1.7XNa= 0.9 y XCl =3.0: /3.0 0.9/ = 2.1 >1.7 Los slidos inicos consisten en iones que se mantienen unidos por enlace inicos, la fuerza de enlace inico depende en gran medida de las cargas de los iones (Na+1Cl-1, su punto de fusin es 801oC), el Mg+2O-2, su punto de fusin es 2852oC (red inica, CsCl, ZnS, blenda y CaF2 fluorita).

Distancia nterinica: La distancia nternuclear, d, entre dos iones de una estructura atmica, es igual a la suma de los radios de los iones:Di = r+ +r Puesto que la distancia nterinica en el NaF es 2.31, tendremos, los radios inicos del flor y del sodio son: rF = 1.35; rNa+ = 0.96 Di= rNa+ + rF- = 1.35 + 0.96 = 2.31 En la mayora de los casos, los compuestos que se forman no poseen enlaces puros inicos, covalentes o metlicos, por tal razn podemos calcular el % de carcter inico, de la manera siguiente: (ejemplos). %Ci = 16/XA XC / + 3.5/XA XC/2

%Ci=16/X/ + 3.5/X /2

Enlace Covalente: se forma un enlace covalente cuando dos tomos se combinan mediante el compartimiento de sus electrones de valencia, una vez que los electrones son compartidos los electrones enlazados son indistinguibles. En un enlace covalente, el par electrnico del enlace puede estar formado por el compartimiento de un electrn proveniente de cada uno de los tomos enlazados, si los elementos poseen igual electronegatividad, se forma un enlace covalente no polar, donde los electrones permanecen a igual distancias de ambos elementos, por la no polaridad en el enlace.

H2, Cl2, CS2, NCl3 H H Cl Cl C S N Cl 2.1 2.1 3.0 3.0 2.5 2.5 3.0 3.0

Si los electrones enlazados poseen diferente electronegatividad, el o los electrones enlazados estarn ms cerca del elemento que posea mayor electronegatividad, formando polaridad en el enlace y se le denomina covalente polar.

HCl------ H+ Cl- HBr------ H+ Br- 2.1 3.0 2.1 2.5 SO3------ S+ O- 2.5 3.5

Este enlace se puede determinar por diferencia de las electronegatividades de los tomos enlazados como sigue:

/XA XC / 0 par solitario-par enlazante> par enlazante-par enlazante. (Ver geometra molecular en funcin de los grupos de electrones) ngulos de enlaces: es el ngulo entre las lneas adyacentes que representan los enlaces, se produce entre tres tomos y dos enlaces covalentes que los unen. Observe que no puede existir un ngulo de enlace definido solo por dos tomos.

Hibridacin de orbitales: es una mezcla de diferentes tipos de orbitales atmicos para producir un conjunto de orbitales hbridos equivalentes. Los nuevos orbitales son fuertemente direccionales y poseen mayores densidades electrnicas en las regiones especificas que dan lugar a un mayor traslape y en consecuencia, a la formacin de enlaces ms fuertes.La hibridacin es un mtodo matemtico para mejorar las funciones de onda de los tomos combinantes mediante una combinacin lineal de orbitales puros s y p en ocasiones para formar nuevos orbitales.La hibridacin es el traslape de orbitales parcialmente desocupados. Tenga en cuenta que este concepto es justamente un mtodo de explicar y predecir enlaces y es ms preciso al utilizarlo para explicar el enlace a partir de la geometra conocida de la molcula. Tal parece como si los orbitales de un mismo tomo que son similares en energa pudieran combinarse entre ellos para formar algn nuevo tipo de orbital.

Orbitales hbridos sp: como ilustracin del proceso de hibridacin, consideraremos la molcula de BeF2, que se genera cuando BeF2 slido se calienta a altas temperaturas.La estructura de Lewis es: e- de valencia de la molcula Be 2e- de valencia F 7e- de valencia Total e- de valencia = 2e- + 14e- = 16e-

F Be F El modelo de repulsin, RPECV, puede correctamente deducir que sta molcula es lineal, con los enlaces F Be idnticos.

Cmo podemos usar la teora de enlace de valencia para describirlos? La configuracin electrnica del Flor (1s2 2s2 2p5) nos dice que hay un electrn desapareado en el orbital 2p, este electrn puede aparearse con otro no apareado del tomo de berilio, Be, para formar un enlace covalente polar, pero qu orbitales del tomo de berilio se traslapan con los tomos de flor para formar los enlaces Be F? el diagrama de orbitales de un tomo de berilio en su estrado basal es:

Be 1s22s2

1s 2s 2p El berilio no tiene electrones desapareados en su estado basal no puede formar enlaces con los tomos de flor, sin embargo, podra formar dos enlaces promoviendo, uno de los electrones 2s a un orbital 2p.

|| Promocin 1s 2s 2p

|| Hibridacin 1s sp 2p En estos dos orbitales parcialmente desocupados, puedo enlazar los dos flor para obtener dos orbitales idnticos. Cuando un orbital s se solapa con un orbital p, tenemos un orbital hbrido sp. Segn el modelo de enlace de valencia un acomodo lineal de dominios de electrones implica que posee un ngulo de enlace de 180 y una geometra molecular lineal. F Be F 180o Orbitales sp2 y sp3 Siempre que se mezclan ciertos nmeros de orbitales atmicos obtenemos el mismo nmero de orbitales hbridos. BF3 estructura de Lewis B 3e- de valencia, F 7e x3 = 21 e de valencia, Total electrones de valencia = 24e .. F B F F La regla del octeto no se satisface para el boro, pero si para el flor. La geometra molecular para la molcula es triangular, forma un ngulo de enlace de 120o en un mismo plano.

|B 1s22s22p1

1s 2s 2p

Solo puede enlazar un fluor, porque solo tiene un electrn desapareado, hay un salto electrnico del 2s al 2p.

| Promocin 2s 2p 2s 2p

Se obtienen 3 orbitales hbridos idnticos Sp2

CH4 Lewis C, 4 e- de valencia H, 1 e- de valencia x 4 = 4e- Total = 4e- + 4e- = 8e- El hidrgeno solo puede soportar un enlace simple. H H C H H

C 1s22s22p2 1s 2s 2p

El carbono solo tiene dos electrones desapareados, podra enlazar solamente dos hidrgeno, pero la molcula posee 4.

Promocin 2s 2p 2s 2p

Se obtienen 4 orbitales idnticos

(equivalentes), geometra (tetraedro) El ngulo de enlace es de 109.5o. Sp3 Realizar H2O y NH3 H

C H H

H

Hibridacin de orbitales d

Los orbitales del tercer nivel en adelante tambin pueden utilizar orbitales hbridos. PCl5 Lewis P, posee 5e- de valencia F, posee 7e-valencia x 5 = 35e- Total e- = 5e- + 35e- = 40e-.

P Z= 15 1s22s22p63s23p33do el 3, es el ultimo nivel, el cual tomaremos en cuenta para la promocin.

3d

3p 3s

Promocin

3p3 3d1 3s1

Hibridacin S1 p3 d1 Posee 5 orbitales equivalentes, ngulos de enlace de 90 y 120o, formando una bipirmide trigonal. Realizar AsCl5. F F p F F

F

SF6 S Z=16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 3do

Hibridacin

3d0 3s2 3p6

sp3d2. Forman 6 orbitales equivalentes, ngulo de enlace de 90o y una geometra octadrica. F

F F S F F

F

Resumen1- La combinacin de un orbital s y un p, forman dos orbitales equivalentes sp, presentan ordenamiento lineal.

180o

s p sp +

2- la combinacin de un orbital s y 2 orbitales p forman tres orbitales hbridos sp2, presentan ordenamiento en un plano triangular con ngulo de 120o

+ +

s px p y sp2 F

B F F 3- La combinacin de un orbital s y tres orbitales p forman cuatro orbitales hbridos sp3. Presentan un ordenamiento en forma de un tetraedro, con ngulo de enlace de 109.28o

+ + +

s px py pz

H

CH H H4- la combinacin de un orbital s, 3 orbitales p y un (1) orbital d, forman 5 orbitales hbridos sp3d. Presentan un ordenamiento de una bipirmide trigonal, con ngulo de enlace de 120 y 90o. 5- la combinacin de un orbital s, 3 orbitales p y 2 orbitales d, forman 6 orbitales hbridos sp3d2. Presentan un ordenamiento en forma de octaedro con todos sus ngulos iguales de 90o.

Combinacin Lineal de Orbitales Atmicos (CLOA)

O.A + O.A O.M enlazanteO.A + O.A O.M* antienlace (electrones desapareados)

= O.M de traslape frontal = O.M de traslape lateral s s

s+s +

s* s* Los orbitales py pz se traslapan de forma lateral formando dos enlaces a lo largo de los ejes Y y Z. en general, la energa de enlace de un enlace es de aproximadamente de 300 a 420 kj/mol de 75- 100kcal/mol, ms que la energa de un enlace que es de 130-200kj/mol (30-50kcal/mol).

s s

1- + + + + px2- + + + 3- + Px px

+

- 4- +

Py py pz pz px

px + px

px*

px

+ px px

px* py Py + py py* py +

py pypy*

Secuencia para las molculas homopolares de F2, O2 y Ne2.

1s < 1s*< 2s < 2s* < 2px< 2py = 2pz < 2py* = 2pz*< 2px*

Secuencia para las molculas homopolares B2, C2 y N2.

1s < 1s*< 2s < 2s*< 2py = 2pz < 2px 2py* = 2pz*< 2px*

La combinacin de los orbitales atmicos y las energas relativas de los orbitales moleculares se presentan mediante un diagrama de niveles de energa o de orbitales moleculares. Calculando el orden de enlace que es la mitad de la diferencia entre el nmero de electrones que estn en el OM de enlace y el nmero de electrones que estn en el OM antienlace. OE =(e e*) para determinar orden de enlace: e= electrones enlazados, e*= electrones no enlazados.

En la teora del orbital molecular, OM, la estabilidad de un enlace covalente est relacionada con su orden de enlace. Un orden de enlace de uno (1) representa un enlace sencillo, un orden de enlace de dos (2) representa un enlace doble, orden de enlace de tres (3) representa un triple enlace y un orden de enlace cero indica que la molcula no existe (no se forma).La teora del orbital molecular tambin trata molculas con nmero impar de electrones, son probables rdenes de enlace de , 3/2, 5/2. Las molculas o elementos que poseen electrones desapareados son paramagnticos y las que no posee electrones desapareados son diamagnticos (todos sus electrones estn apareados). Mientras ms electrones desapareados posean una especie, mayor ser su fuerza de atraccin.

Enlaces Mltiples

Los enlaces que tienen la densidad electrnica concentrada a lo largo de la lnea nternuclear y que son simtricos respecto a ella misma, se denomina como enlace , sin embargo, el traslape de los orbitales py de los tomos (por convencin, la lnea que une los dos ncleos de los tomos enlazados se le llama eje X*) conduce a la formacin de orbitales, llamados orbitales de enlace pi (), que se encuentran arriba y debajo de la lnea nternuclear. El enlace pi presenta las caractersticas siguientes:

1- los orbitales p no poseen densidad de carga a lo largo del eje X, el enlace pi no presenta densidad electrnica a lo largo del eje X, la lnea nternuclear es un nodo en la formacin del enlace pi().

2- El traslape de los orbitales es menor en los orbitales pi() que los orbitales sigma(), donde los orbitales pi() son ms dbiles que los correspondientes enlaces sigma().

3- El enlace pi() no es simtrico respecto de la lnea nternuclear, posee un momento angular de 1 (h/2) a lo largo del eje de enlace, mientras que el enlace sigma() no posee momento angular a lo largo del eje de enlace.

+ + + + + - Enlace py-py py o pz - - - s - px - - - Py-pz

+ +Enlace + + - + -

s s s px px px