TEORA ATMICATema 2

Teora Atmica de la MateriaPostulados de la Teora Atmica de Dalton (1766-1844)Cada elemento est formado por partculas indivisibles extremadamente pequeas llamadas tomos. Todos los tomos de un elemento son idnticos entre s, enmasa y otras propiedades, y son diferentes a los tomos de otro elemento. (no se conocan los istopos)Los tomos de un elemento no pueden transformarse en tomos de otro elemento mediante reacciones qumicas. Los compuestos se forman cuando los tomos de ms de un elemento se combinan entre s en proporciones de nmeros enteros y pequeos

El electrnABCThomson (1897) En ausencia de campo magntico y elctrico las partculas impactan en B En presencia de campo magntico las partculas impactan en A. En presencia de campo elctrico las partculas impactan en C. Como los rayos son atrados por la placa positiva y repelidos por la placa negativa deben consistir en partculas negativas.stas partculas con cargas negativas son los electrones.

Modelo Atmico de Thomson (1897) En 1917 Millikan calcul la carga del electrn y su masa.

Carga: - 1,60 x 10-19 C

Masa: 9,10 x 10-28 gEsfera cargada positivamente concentrando casi toda la masa del tomo sobre la que flotaban loselectrones. Establece el concepto de tomo estructurado como un ncleo central y una corteza electrnica.= -16 attoC= 91000 yoctog

Radioactividad*Estudiando los rayos catdicos se encontraron otros tipo de rayos altamente energticos capaces de atravesar la materia, oscurecer las placas fotogrficas y producir fluorescencia en algunas sustancias.*Se denomin radioactividad a la emisin espontnea de partculas o radiacin. *La desintegracin de sustancias radioactivas como el uranio produce tres tipos de rayos diferente:

Rayos alfa () son partculas cargadas positivamente

Rayos beta () o partculas beta, son electrones de alta energa

Rayos gamma (), que poseen alta energa y no presentan cargaCapacidad de penetracin de los rayos alfa,beta y gamma.

El ncleoRutherford (1911) realiza el experimento de bombardear una delgada lmina de oro con un haz de partculas alfa ()Se observa que: la mayora de las partculas atraviesan la lmina sin ser desviadas en su trayectoria un pequeo nmero de partculas son desviadas slo unas cuantas partculas rebotan.

El ncleoRutherford (1911) realiza el experimento de bombardear una delgada lmina de oro con un haz de partculas alfa ()

* El tomo est formado por un ncleo muy pequeo y rodeado de una nube de electrones

* El ncleo concentra la carga positiva (protones).El modelo de Rutherford* En el ncleo se concentra casi toda la masa del tomo.Ncleopequeopositivodenso

Maxwell (1873) propuso que la luz se compone de ondas electromagnticas.Onda: alteracin vibrtil mediante la cual se transmite energaCaracterizacin de una Onda: Longitud de onda () y Frecuencia ()Longitud de onda (): distancia entre 2 puntos idnticos de la ondaFrecuencia (): nmero de crestas de ondas que pasan a travs de un punto dado por unidad de tiempo. Unidad: 1/s o Hz (Hertz)

Radiacin electromagnticaEmisin y transmisin de energa en forma de ondas electromagnticas (ondas con componentes de campo elctrico y magntico). Convencin: C = velocidad de la luz en vaco = 3.108 m/sC = velocidad de las ondas electromagnticasEspectro electromagntico

Teora cuntica de Planck (1900)Planck postul que los tomos y molculas absorben o emiten energa slo en cantidades discretas o cuantos.CUANTO: mnima energa capaz de ser absorbida o emitida en forma de radiacin electromagnticaEnerga de un cuanto E = h E = h c E: energah: cte. de Planck (6,6.10-34 J.s): frecuencia de la luz: longitud de onda de la luzEntonces, de acuerdo a la Teora Cuntica la energa slo se puede absorber o emitir en mltiplos de h

E = n h (n: nmero entero)

El modelo de Bohr (1913)Siguiendo el modelo de Rutherford los electrones, que son partculas cargadas que estn girando alrededor del ncleo, deberan ir perdiendo energa y acabaran precipitndose sobre l en un tiempo muy pequeo.Para proponer su modelo Bohr se bas en: la teora cuntica de Planck el efecto fotoelctrico (Einstein) los espectros atmicos de emisin

Espectros de emisin

- Son espectros continuos o de lnea de radiacin emitida por las sustancias.- Cada elemento tiene un espectro de emisin nico. Las lneas caractersticas de un espectro atmico se utilizan para identificar tomos desconocidos.Espectro de emisin del tomo de H

A partir de la teora cuntica de Planck y de Einstein (la luz como partcula) Bohr propuso una explicacin del espectro de emisin del H con un modelo

Modelo de Bohr del tomo de Hidrgeno Los electrones giraban en torno al ncleo en forma circular a gran velocidad.

Cada rbita tiene una energa especfica asociada.

La radiacin emitida por un tomo de H energizado se produca por la cada del electrn de una rbita de mayor energa a otra de menor energa y esto originaba un cuanto de energa.

El neutrnEn 1932 Chadwick demostr la existencia de partculas subatmicas a las que denomin neutrones ya que eran partculas elctricamente neutras.Protones y neutrones en un ncleo pequeo y electronesen una nube circundanteMasa y Carga de las Partculas Subatmicas

Nmero atmicoEl nmero atmico (Z) es el nmero de protones en el ncleo del tomo de un elemento.Todos los tomos se pueden identificar por el nmero de protones En un tomo neutro el n de protones es igual al n de electrones.Nmero de masaXAZEl nmero msico (A) es el nmero total de neutrones y protones presentes en el ncleo del tomo de un elemento.

Excepto el H, todos los ncleos atmicos poseen protones y neutrones.n de masa = n de protones + n de neutrones = n atmico + n de neutrones

IstoposLa mayora de los elementos poseen dos o ms istopos, tomos con el mismo nmero atmico pero diferente masa o (nmero msico) .

Surgimiento de la Mecnica cuntica El modelo de Bohr no poda explicar los espectros de emisin de tomos de ms de un electrn Teora de De Broglie (1925): propone que las partculas muy pequeas como los electrones podan tener propiedades ondulatorias, es decir, comportarse como una onda (dualidad onda partcula)Cmo localizar ahora a los electrones?Principio de Incertidumbre de Heisenberg (1927): es imposible determinar conexactitud el momento (m.v) y la posicin del electrn en forma simultnea.

m: masa electrnv: velocidad del electrn(m.v) . x Constantex: posicin del electrn

Incertidumbre en la posicinIncertidumbre en la velocidad

Ecuacin de Schrdinger (1926)Esta ecuacin incorpora tanto el movimiento de la partcula (electrn) , enfuncin de la masa; como de onda, en trminos de una funcin de onda.La solucin de la Ecuacin de Schrdinger para el tomo de hidrgenoproduce un conjunto de funciones de onda () y los estados de energa que puede ocupar el electrn.Los estados de energa y sus funciones de onda se caracterizan por un conjunto de nmeros cunticos.||2 = Probabilidad de encontrar al electrn en un lugar del espacio (densidad electrnica)ORBITAL: zona de mayor probabilidad de encontrar el electrnReemplaza al concepto clsico de rbita de Bohr

Modelo Atmico ActualPara describir los orbitales atmicos e identificar los electrones se utilizan los denominados nmeros cunticos. Nmeros cunticosLa distribucin de los electrones se describe mediante tres nmeros cunticos: - nmero cuntico principal (n), nmero cuntico del momento angular (l) nmero cuntico magntico (ml).

El nmero cuntico de espn (ms) describe el comportamiento intrnseco del electrn.

El n cuntico principal (n) tiene valores enteros 1, 2, 3, 4, etc. Describe el nivel de energa El nmero cuntico principal se relaciona con la distancia al ncleo, cuanto mayor es n, mayor es la distancia entre el electrn del orbital y el ncleo, y en consecuencia el orbital es ms grande.Nmero cuntico principal (n)

Expresa la forma de los orbitales y designa al subnivel Los valores de l dependen del valor de n. Para un valor dado de n, l tiene todos los valores enteros posibles desde 0 hasta (n-1).Nmero quntico del momento angular (l)

Nmero cuntico del momento magntico (ml) Describe la orientacin del orbital en el espacio. Dentro de un subnivel, el valor de ml depende del nmero cuntico del momento angular l. ml = (-l), ..0, ..(+l) Para cierto valor de l existen ( 2 l + 1) valores enteros de ml.Nmero cuntico del spin del electrn (ms) Describe el giro del electrn en torno a su propio eje, en un movimiento de rotacin. Este giro puede hacerlo slo en dos direcciones, opuestas entre s. Por ello, los valores que puede tomar el nmero cuntico de spin son -1/2 y +1/2.

Orbitales AtmicosOrbitales sOrbitales p

Orbitales d

Energa de los orbitales

Principio de exclusin de PauliConfiguracin electrnicaHe1s2 He1s2 He1s2 Los cuatro nmeros cunticos, n, l, ml y ms son suficientes para identificar por completo un electrn en cualquier orbital de cualquier tomo.

La configuracin electrnica es la manera en que estn distribuidos los electrones en los distintos orbitales atmicos.

H (Z=1): 1s1 B (Z=5): 1s2 2s2 2p1 Ca (Z = 20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Establece que no es posible que dos electrones de un tomo tengan los 4 nmeros cunticos iguales.Si dos electrones tienen los mismo n, l, ml es decir dos electrones en el mismo orbital atmico, entonces debe ser distinto ms.

Reglas generales para la asignacin de electrones en los orbitales atmicos

Cada capa o nivel de nmero cuntico principal n contiene n subniveles.Ej: si n es 2 hay dos subniveles de momento angular l (0 y 1).Cada subnivel de momento angular l contiene (2 l + 1) orbitales. Si l=1 hay 3 orbitales p.Cada orbital admite un mximo de 2 electrones. As el nmero mximo de electrones es el doble de orbitales empleadosEl nmero mximo de electrones que puede tener el tomo en cada nivel es 2n2Ne1s2 2s2 2p6F1s2 2s2 2p5O1s2 2s2 2p4N1s2 2s2 2p3Regla de HundLa distribucin ms estable en los subniveles es la que tiene el mayor nmerode espines paralelos.

Ne1s2 2s2 2p6C1s2 2s2 2p2Diamagnetismo y ParamagnetismoLas sustancias Paramagnticas tienen los electrones desapareados y los campos magnticos las atraen dbilmente.Las sustancias diamagnticas tienen los electrones apareados y los campos magnticos las repelen muy dbilmente

Problema 19

Indique los cuatro nmeros cunticos del electrn de mayor energa (o uno de ellos si hay varios) de los siguientes tomos en su estado fundamental: Li, N, Si, Ca. Cuntos electrones con igual nivel de energa hay en el ltimo nivel de cada uno de ellos?Li (Z=3): 1s2 2s1 n=2 l=0 ml = 0 ms= +1/21 electrn con mxima energaN (Z=7): 1s2 2s2 2p3ltimo niveln=2 l=1 ml = 1 ms= +1/2n=2 l=1 ml = 0 ms= +1/2n=2 l=1 ml = -1 ms= +1/2N1s2 2s2 2p33 electrones con mxima energa

Problema 19

Indique los cuatro nmeros cunticos del electrn de mayor energa (o uno de ellos si hay varios) de los siguientes tomos en su estado fundamental: Li, N, Si, Ca. Cuntos electrones con igual nivel de energa hay en el ltimo nivel de cada uno de ellos? (continuacin)Si (Z=14): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2n=3 l=1 ml = 1 ms= +1/22 electrones con mxima energa3 s2 3 p2n=3 l=1 ml = 0 ms= +1/2[Ne]Ca (Z=20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2n=4 l=0 ml = 0 ms= +1/22 electrones con mxima energa4 s2n=4 l=0 ml = 0 ms= -1/2[Ar]

Problema 5 Configuracin electrnican=5 l=3 ml = 1 ms= +1/2Todos los electrones estn apareadosn=5 l=3 ml = 2 ms= +1/2[Xe]n=5 l=3 ml = 0 ms= +1/210 electrones con mxima energan=5 l=3 ml = -1 ms= +1/2Hg (Z=80): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10diamagnticon=5 l=3 ml = -2 ms= +1/25 electrones con mxima energa, los otros 5 tienen los mismos n, l, m pero ms = -1/2Fe (Z=26): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6Hay 4 electrones desapareadosparamagnticon=3 l=3 ml = 1 ms= +1/2n=3 l=3 ml = 0 ms= +1/2n=3 l=3 ml = -1 ms= +1/2n=3 l=3 ml = -2 ms= +1/2

Tabla peridicaEn la Tabla Peridica se encuentran agrupados los elementos que poseen propiedades qumicas y fsicas semejantes.Los elementos estn ordenados de acuerdo a su nmero atmico

Tabla peridicaPerodoGrupoPerodo: lneas horizontales en donde las propiedades de los elementos cambian de manera progresiva. La T.P. posee 7 perodos (1-7)Grupo o familia: columnas verticales en donde los elementos tienen propiedades qumicas y fsicas semejantes. La T.P. posee 18 Grupos: 8 Representativos (columnas altas con notacin IA-VIIIA) y 10 No Representativos (columnas bajas con notacin IB-VIIIB)Algunos grupos de elementos tienen nombres especiales:Metales alcalinos (IA): Li, Na, K, Rb, Cs, FrMetales alcalino-trreos (IIA): Be, Mg, Ca, ...Halgenos (VIIA): F, Cl, Br, IGases Nobles (VIIIA): He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Zefectiva= Z- El radio atmico es la mitad de la distancia entre dos ncleos de dos tomos metlicos adyacentes.Variaciones peridicas de las propiedades fsicasCarga nuclear efectivaZ es la carga nuclear real (n atmico) y : constante de apantallamiento.Carga que experimenta un electrn de la capa ms externaSe debe a la repulsin entre los electrones de la capa ms externa y los electrones de las capas internas (efecto pantalla)Radio Atmico

Radio InicoEl radio inico es el radio de un catin o un anin.Cuando un tomo neutro se convierte en in se espera un cambio detamao: Si se forma un anin su tamao aumenta debido a que la carga nuclear permanece constante pero la repulsin por los e- adicionales expande la nube electrnica. Si se forma un catin su tamao disminuye debido a que la carga nuclear permanece constante pero la repulsin entre los e- disminuye entonces la nube electrnica se contraeEnerga de IonizacinLa energa de ionizacin es la energa mnima (kJ/mol) necesaria para desprender un electrn de un tomo en estado gaseoso en su estado fundamentalM (g) M+ (g) + e-

Afinidad electrnicaEnerga que se debe suministrar a un tomo negativo (anin) en estado gaseoso para quitarle un electrnX- (g) X (g) + e-