UNIDAD 1 LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS

7/27/2019 UNIDAD 1 LA ESTRUCTURA ELECTRNICA DE LOS TOMOS

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PRIMER SEMESTREUNIDAD I

LEY PERIODICA Y ENLACEQUMICO

INGENIERA AGROPECUARIA

QUMICA INORGNICA

UPSE 2013 - 2014


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QUMICA INORGNICA

Son sustancias minerales, compuestos como elagua, la sal comn, el cido sulfrico, elbicarbonato de sodio, el fosfato de amonio, el gascarbnico.

Se consideran sustancias minerales los elementosqumicos en estado no combinado.

No son compuestos inorgnicos la mayora de los

compuestos del carbono, especialmente aquellosformados por enlaces covalentes.

Son compuestos inorgnicos el gas carbnico, elmonxido de carbono y todos los carbonatos.


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ESTRUCTURAELECTRNICA DE LOS

TOMOS


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Segn Dalton: La materia est formada por tomos.

Los tomos son indivisibles e indestructibles.

Todos los tomos de un mismo elemento tienen lamisma masa y propiedades.

TEORA ATMICA DE DALTON


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7/73

Los compuestos estn formados por unacombinacin de dos o ms tipos diferentes

de tomos. Cuando dos o ms tomos distintos se

combinan para formar un compuesto lo

hacen en una relacin de nmeros enterossencillos.



8/73


9/73

En las reacciones qumicas, los tomos slo cambiansu distribucin en las sustancias.



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Amadeo Avogadro (1800s) sugiri la

posibilidad de que existiesen molculaselemento, hecho que Dalton no habaconsiderado.

H2 N2 O2 Cl2

APORTE DE AVOGADRO A LA TEORAATMICA


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PROPIEDADES DE LAS PARTCULASSUBATMICAS

Nombre Smbolo Carga Masa (u)*

Electrn e- - 1 1/1850

Protn p + 1 1Neutrn n 0 1

*u: unidad de masa atmica (masa del tomo de hidrgeno)

1 unidad de masa atmica = 1,6 x 10-24 gramos


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CARACTERSTICAS DE LOS TOMOS

1. Todos los tomos son neutros, por tanto han de

tener el mismo nmero de cargas positivas que

negativas


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Caractersticas de los tomos

Elemento Nmero de protones Nmero Atmico (Z)

Carbono (C) 6 6

Cobre (Cu) 29 29

Fosforo (P) 15 15

Cloro (Cl) 17 17

El numero de protones en el ncleo de un tomo se denomina

Nmero Atmico (Z). Cada elemento tiene su propio numeroatmico. El nmero atmico caracteriza a cada elemento

qumico.


14/73


El nmero de masa de un tomo se calcula sumandoel nmero de protones con el nmero de neutrones(la masa de los electrones es casi despreciable y la

masa de protones y neutrones es 1). A este numero sele llama Nmero de Masa o Nmero Msico(A).

Nmero Msico = N

protones + N

neutronesA = Z + N


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Representacin de los tomos de un elemento:

Nmero de Masa

AZX Smbolo del elemento

Nmero Atmico


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A travs de esta representacin podemos obtener

mucha informacin:

1. El nombre del elemento

2. Su nmero atmico (nmero de protones y electrones)

3. Su nmero de masa (nmero de protones + neutrones)

4. Su nmero de neutrones

5. La posicin del elemento en la tabla peridica (ordenados

por nmero atmico).


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Caractersticas de los tomos

N neutrones = 10

A = N protones + N neutrones = 19

199F Flor

Z = N protones= 9

N electrones = 9


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MASAS MOLECULARES

La masa de una molcula se calcula sumando lasmasas de los tomos que la forman. Tambin seexpresan en unidades de masa atmica (u).

Masa de CO2:Masa Carbono = 12

Masa Oxgeno = 16

Masa Dixido de Carbono:

Masa CO2= 12 + 16 x 2 = 44


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ISTOPOS

No todos los tomos de un elemento tienen el mismonmero msico, aunque todos tienen el mismonmero de protones (Z).

Istopos son tomos de un mismo elemento quetienen distinto nmero de neutrones.

Algunos istopos son radiactivos: 131 I, 14C.


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ISTOPOS DEL HIDRGENO

Tres istopos del hidrgeno.


21/73

ISTOPOS DEL CARBONO


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MODELO ATMICO DE BOHR


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NIVELES DE ENERGA

Existen 7 niveles de energa (n, niveles de

energa de Bohr) o capas donde pueden

situarse los electrones, numerados del 1 al 7.

1 2 3 4 5 6 7

23


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Configuracin electrnica

Hay restricciones que afectan al nmero deelectrones que pueden ocupar una determinadacapa: cuando la tercera tiene 8 electrones,comienza a llenarse la cuarta, a pesar de que latercera admite hasta 18 electrones.

Esta distribucin por capas se conoce como laconfiguracin electrnica del elemento.

A los electrones en la ultima capa se les llamaelectrones de valencia y son los responsables delas propiedades qumicas de las sustancias.


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Como se dibujan los tomos

Capaelectrnica

Numero deelectrones

totales

Orden de ocupacin

n = 1 2 2

n = 2 8 8

n = 3 18 8 10

n = 4 32 2


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COMO SE DIBUJAN LOS TOMOS SEGNBOHR

Configuracin electrnica:

He: 2

Li: 2, 1

G C


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3 REGLA: CANTIDAD DEORBITALES/ SUBNIVEL

271 2 3 4 5 6 7

1 1,3 1,3,5 1,3,5,7 1,3,5,7 1,3,5 1,3


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CANTIDAD DEELECTRONES / SUBNIVEL

28

1 1,3 1,3,5 1,3,5,7 1,3,5,7 1,3,5 1,3

1 2 3 4 5 6 7

2 2,6 2,6,10

2,6,10,14

2,6,10,142,6,10

2,6


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29


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EL ORDEN DE LLENADO DE LOSORBITALES ES:

30

1s

2s 2p

3s 3p

4s 3d 4p5s 4d 5p

6s 4f 5d 6p

7s 5f 6d 7p


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LA CONFIGURACINELECTRNICA DE UN ELEMENTO

QUMICO NOS PERMITE CONOCERSU UBICACIN EN LA T. P. Y

PREDECIR SUS PROPIEDADES


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COLUMNADENTRODELBLOQUE

BLOQUEDE LATABLAPERIDICA

PERODO

32


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CONFIGURACIN ELECTRNICA


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Nmeros cunticosLas soluciones de la ecuacin de onda depende de cuatro parmetros, n, l, ml y s.

n Nmero cuntico principal (n = 1, 2, 3, )

l Nmero cuntico secundario (m = 0, 1, (n-1))

ml Nmero cuntico magntico (ml = -1, 0, + 1)

s Nmero cuntico de spin ( s = +/- )

El nmero cuntico principal est relacionado con el tamao del orbital y el valor

de la energa.

El nmero cuntico secundario esta relacionado con la forma del orbital, con elmomento angular y con la energa del orbital. Se le asignan las letras:

l = 0 s (sharp, definido); l = 1 p (principal); l = 2 d (difuso); l =3 f(fundamental).

El nmero cuntico magntico est relacionado con la orientacin del orbital en elespacio.

El nmero cuntico de spin est relacionado con la rotacin sobre su eje delelectrn, generando un campo magntico con dos posibles orientaciones segn elgiro.


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n l m s

1s 1 0 0 1/2

2s 2 0 0 1/2

2p 2 1 1,0,1 1/2

3s 3 0 0 1/2

3p 3 1 1,0,1 1/2

3d 3 2 2, 1,0,1,2 1/2

4s 4 0 0 1/2

4p 4 1 1,0,1 1/24d 4 2 2, 1,0,1,2 1/2

4f 4 3 3,2, 1,0,1,2,3 1/2


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Forma de los orbitales


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Configuracin electrnica de los tomos

La distribucin de los electrones de un tomo enorbitales recibe el nombre de configuracin electrnica.

Cuando sta es la de menor energa se trata de la configuracinelectrnica fundamental.

En cualquier otra configuracin electrnica permitida con uncontenido energtico mayor del fundamental se dice que eltomo est excitado.

La configuracin electrnica fundamental se obtiene apartir de tres reglas:

Principio de exclusin de Pauli

Principio de mxima multiplicidad de Hund

Principio de mnima energa o Aufbau


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Principio de mnima energa (aufbau)

La distribucin electrnica de una tomo se realizaen orden creciente a su ER

Los electrones se colocan siguiendo el criterio de

mnima energa. Es decir se rellenan primero los niveles con menor

energa. No se rellenan niveles superiores hasta que no

estn completos los niveles inferiores.


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ORDEN ENERGETICO DE LOS SUB-NIVELES

7P6d5f7S6P5d4f6S5P4d5S4P3d

4S3P3S2P2S

1S Energa


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1 s

2 s

3 s

2 p

3 p

4 f

Energa

4 s

4 p 3 d

5 s

5 p4 d

6s

6 p5 d

n = 1; l = 0; m = 0; s =

n = 1; l = 0; m = 0; s = +

n = 2; l = 0; m = 0; s =

n = 2; l = 0; m = 0; s = +

n = 2; l = 1; m = 1; s =

n = 2; l = 1; m = 0; s =

n = 2; l = 1; m = + 1; s =

n = 2; l = 1; m = 1; s =

+

n = 2; l = 1; m = 0; s = +

n = 2; l = 1; m = + 1; s =

+

n = 3; l = 0; m = 0; s =

n = 3; l = 0; m = 0; s = +

n = 3; l = 1; m = 1; s =

n = 3; l = 1; m = 0; s =

n = 3; l = 1; m = + 1; s =

n = 3; l = 1; m = 1; s =

+

n = 3; l = 1; m = 0; s = +

n = 3; l = 1; m = + 1; s =

+

n = 4; l = 0; m = 0; s =

n = 4; l = 0; m = 0; s = +

n = 3; l = 2; m = 2; s =

n = 3; l = 2; m = 1; s =

n = 3; l = 2; m = 0; s =

n = 3; l = 2; m = + 1; s =

n = 3; l = 2; m = + 2; s =

n = 3; l = 2; m = 2; s =

+

n = 3; l = 2; m = 1; s =

+

n = 3; l = 2; m = 0; s = +

n = 3; l = 2; m = + 1; s =

+

n = 3; l = 2; m = + 2; s =

+

n = 4; l = 1; m = 1; s =

n = 4; l = 1; m = 0; s =

n = 4; l = 1; m = + 1; s =

n = 4; l = 1; m = 1; s =

+

n = 4; l = 1; m = 0; s = +

n = 4; l = 1; m = + 1; s =

+

n = ; l = ; m = ; s =

Principio de mxima multiplicidad (regla


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Principio de mxima multiplicidad (reglade Hund)

Ningn orbital de un mismo subnivel puedecontener dos electrones antes que los demscontengan por lo menos uno.

Cuando un nivel electrnico tenga variosorbitales con la misma energa, los electrones sevan colocando desapareados en ese nivelelectrnico.

No se coloca un segundo electrn en uno dedichos orbitales hasta que todos los orbitales dedicho nivel isoenergtico estn semiocupados.


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Principio de exclusin de Pauli.

En un tomo no pueden existir 2 electrones con

los 4 nmeros cuanticos iguales debendiferenciarse al menos en el spin


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Propiedades magnticas

Si la molcula tiene electrones desapareados paramagntica.

Si la molcula no tiene electronesdesapareados diamagntica.

H2 es diamagntica.

H2+?

DISTRIBUCIN DE LOS ELECTRONES EN


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DISTRIBUCIN DE LOS ELECTRONES ENLA CORTEZA.

Segn modelo

ACTUAL, los

electrones se

distribuyen endiferentes niveles,

que llamaremos

capas. Con un

nmero mximo deelectrones en cada

nivel o capa.

Nivel o capa

n

Numeromximo deelectrones

1 2

2 8

3 18

4 32

5 32


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SUBNIVELES DE ENERGA

Son regiones ms

pequeas, msangostas donde selocalizan loselectrones.

Son parte de losniveles de energa yson nombrados segn

la caracterstica de laslneas espectrales de laemisin atmica

Se llaman tambinnmero qunticosecundario o azimutal.Se representa con la

letra l Son 4 los subniveles:

SUBNIVEL NOMBRE CARACTERSTICA

DEL ESPECTRO

s Sharp,definido

Ntidas pero depoca intensidad

p Principal Lneas intensas

d Difuso Lneas difusas

f Fundamental Lneas frecuentes


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FRMULA PARA DETERMINAR EL No DE e- EN CADASUBNIVEL

Se aplica lafrmula 2( 2l + 1)

Valor cuntico delos subniveles:

s=0, p=1, d=2 yf=3.

SUBNIVEL FRMULA2( 2l + 1)

S 2(2(0)+1)= 2e-

p 2(2(1)+1)= 6e-

d 2(2(2)+1)= 10e-

f 2(2(3)+1)= 14e-


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Dentro de cada

nivel ,existen

adems

subniveles uorbitales con

probabilidad de

encontrarnos

electrones.

NivelMax de

e-Subnivel u orbitales Max de e-

1 2 s 2

2 8s 2

p 6

3 18

s 2

p 6

d 10

4 32

s 2

p 6d 10

f 14

5 32

s 2

p 6

d 10

f 14

6 18

s 2

p 6

d 10


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NIVEL SUB-NIVEL ORBITALES

1 1S 0

2 2S 02P -1,0,+1

3 3S 0

3P -1,0,+13d -2,-1,0,+1,+2

4 4S 0

4P -1,0,+14d -2,-1,0,+1,+2

4f -3,-2,-1,0,+1,+2,+3


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REGLA DE MOELLER

Esquema simplificado que ayuda a ubicar los electrones en niveles y

subniveles en orden de energa creciente. Se le conoce tambin comola regla de SARRUS y comnmente denominada regla del serrucho

1s 2s 3s 4s 7s6s5s

2p 3p 4p 7p6p5p

3d 4d 6d5d

4f 5f


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Tipos de Configuracin Electrnica

Desarrollada:

Semidesarrollada:

Abreviada:

2 2 2 2 11 2 2 2 2x y zs s p p p

2 2 51 2 2s s p

2 52 2He s p


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Configuracin electrnica

Configuracin electrnica del 11Na

1s22s22p63s1

Nivel deenerga

Subniveldeenerga

Nmerodeelectrones

Electrndevalencia


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Escribe la configuracin electrnica y la estructura atmica delpotasio en su estado fundamental. Z = 19 , A = 39.

Solucin: Como Z = 19 , quiere decir que en la corteza tenemos 19

electrones;

* Configuracin electrnica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

* Estructura atmica Nmero msico (A) = nmerode protones (A) + nmero de neutrones

Ncleo; 19 protones y 20 neutrones ( 39 - 19 ) Corteza ; 19 electrones.


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2.- Escribe la configuracin electrnica y la estructuraatmica de las especies siguientes, K+, Cl- .

( K Z = 19 , A = 39 ) , ( Cl Z = 17 , A = 35 ).

Solucin: * K+ : El potasio tiene 19 electrones en la corteza, pero el

K+ tiene un dficit de 1 electrn por estar cargado

positivamente por lo que en la corteza tendr 18electrones.

Configuracin electrnica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Estructura atmicaNcleo; 19 protones y 20 neutronesCorteza; 18 electrones


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* Cl- : El cloro tiene 17 electrones en la corteza, pero el Cl-tiene un exceso de 1 electrn por estar cargadonegativamente por lo que en la corteza tendr 18

electrones.

Configuracin electrnica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p

Estructura atmica

Ncleo; 17 protones y 18 neutronesCorteza; 18 electrones

A las especies que poseen el mismo nmero de electronesse les denomina isoelectrnicas.

Ejemplo: a) Establezca cules de las


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Ejemplo: )siguientes series de nmeros cunticos seran

posibles y cules imposibles para especificar el estado de

un electrn;b) diga en que tipo de orbital atmicoestaran situados los que son posibles

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

Posible. Orbital 1 s

Imposible (m -1,0,1)

Posible. Orbital 2 p

Series n l m s

I 0 0 0 +

II 1 1 0 +

III 1 0 0

IV 2 1 2 + V 2 1 1 +


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TAREA

Realizar la distribucin electrnica de los siguienteselementos:Bromo, estroncio, telurio, cobre, zinc, estao, yodo,plomo, potasio, francio, calcio, criptn, vanadio,

germanio, mercurio, fsforo, helio, plata, bario, oro,fluor, nquel, boro, arsnico, americio, xenn, fierro,carbono, hidrgeno, azufre,platino, radio.


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TABLA PERIDICA__________________________

Propiedades peridicas

Configuracin electrnica y propiedades qumicas


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Elemento Configuracin electrnicaConfiguracinms externa

Litio Z=3

Sodio Z=11

Potasio Z=19

Rubidio Z=37

Cesio Z=55

1s2

2s1

1s2 2s2 2p6 3s1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1

1s2 2s2.. 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1

ns1

Las propiedades qumicas de un elemento dependen principalmentede los electrones situados en el ltimo nivel energtico (electrones de

valencia).

Todos los elementos de un mismo grupo tienen en su capa de valenciael mismo nmero de electrones en orbitales del mismo tipo. Por esto

todos los elementos de un mismo grupo tienen unas propiedadesqumicas semejantes

Grupo 1: ALCALINOS

Configuracin electrnica y propiedades qumicas


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PROPIEDADES PERIDICAS

Las propiedades fsicas y qumicas varan de forma regular a lolargo de los grupos y periodos de la tabla peridica.

Los elementos de un periodo (fila) tienen el mismo nmero decapas electrnicas, por lo que tienen similares propiedades

fsicas.

(Li: 1s22s1; Be: 1s22s2; Ne: 1s22s22p6)

Los elementos de un grupo (columna) tienen el mismo nmero

de electrones en su ltima capa, por lo que tienen similarespropiedades qumicas.

(Be: 1s22s2; Mg: 1s22s22p63s2; Ca: 1s22s22p63s23p64s2)

BLOQUES Y GRUPOS


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d10d8d7 d9d6d4d3 d5d2d1

p5p4 p6p3p1p2

s2

f10f8f7 f9f6f4f3 f5f2f1 f14f12f11 f13

p

s2

s1

sns2 npx

nsx n = 4 y 5 ns2 (n-1)dx

ns2 (n-2) fx

f

BLOQUES Y GRUPOS

Elementos representativos

Elementos de transicin

Elementos de transicin intern

n=6 y 7 ns2 (n-2)f14 (n-1)dx

d


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VARIACIN PERIDICA DEL RADIO ATMICO

Li (1,23 )

Na (1,57 )

K (2,03 )

Rb (2,16 )

Variacin del radio atmico a lo largo de un grupo.

A medida que descendemos en un grupo va aumentando elnmero de capas (niveles de energa) en las que sedistribuyen los electrones, lo que provoca un aumento deltamao del tomo.


63/73

Variacin del radio atmico a lo largo de un periodo.

Para todos los elementos de un mismo periodo el nmero de

capas (niveles de energa) en las que se distribuyen loselectrones es el mismo. Cuanto mayor es el nmero atmicodel elemento, mayor es la carga positiva del ncleo y, por lotanto, mayor la fuerza con la que el ncleo atrae a los

electrones; esto provoca que disminuya el tamao del tomo.

(1,23 )

Li(0,89 )

Be(0,80 )

B(0,70 )

N(0,66 )

O(0,77 )

C

VARIACIN DEL RADIO ATMICO


64/73

El sentido de las flechas indica elaumento del radio atmico

VARIACIN DEL RADIO ATMICO

ENERGA DE IONIZACIN


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ENERGA DE IONIZACINLa energa de ionizacin (EI1) es la energa necesariapara arrancar un electrn (el electrn ms externo) de

un tomo en estado gaseoso:X(g) + EI1 X

+(g) + 1 e

-

Variacin de la EI a lo largo de un grupo.

Al descender en un grupo aumenta el tamao del tomo, loselectrones de valencia se encuentran ms lejos del ncleo, lafuerza con la que atrae el ncleo a estos electrones disminuyey se necesita menos energa para arrancar un electrn.

Variacin de la EI a lo largo de un periodo.

Al avanzar en un periodo disminuye el tamao de los tomosy aumenta la carga del ncleo, los electrones son atrados porel ncleo con una fuerza mayor y por lo tanto se necesita

mayor energa para arrancar un electrn


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1Energadeionizaci

n(kJ/mol)

2500

2000

1500

1000

500

10 20 30 40 50 Nmeroatmico

XeCd

Kr

Rb

Zn

K

Ar

NaLi

H

N

Ne

He

P

Cs

Las sucesivas energas de ionizacin van en aumento:

EI1 < EI2 < EI3

VARIACIN DE LA ENERGA DE IONIZACIN


67/73

El sentido de las flechas indica elaumento de la energa de ionizacin

VARIACIN DE LA ENERGA DE IONIZACIN


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ELECTRONEGATIVIDAD

La electronegatividad de un elemento es la tendencia quetienen sus tomos a atraer hacia s los electrones de enlacecuando se combinan con tomos de otros elementos.

La electronegatividad es un nmero sin unidades. En laescala de Pauling, al flor (elemento ms electronegativo)

se le asigna un valor de electronegatividad de 4,0 y al Cs(elemento menos electronegativo) un valor de 0,7.

Escala de Pauling


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Valores de la electronegatividad para

algunos elementos

H

2,1

Li

1,0

Na

0,9

K

0,8

Be

1,5

Mg

1,2

Ca

1,0

B

2,0

C

2,5N

3,0

O

3,5

F

4,0

Al

1,5

Si

1,8P

2,1

S

2,5

Cl

3,0

Ga

1,6

Ge

1,8

As

2,0

Se

2,4

Br

2,8

Variacin

en ungrupo

Variacin en un periodo

El sentido de las flechas indica elaumento de la energa de ionizacin

g


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Los elementos con altas electronegatividadestienen tendencia a captar electrones y formariones de carga negativa (aniones).

Los elementos con electronegatividades bajastienen tendencia a ceder electrones y formariones de carga positiva (cationes)

Electronegatividad


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METALES:son elementos que tienen bajas energasde ionizacin y bajas electronegatividades. Es decir,muestran mucha tendencia a ceder electrones y formar

iones de carga positiva (cationes)

NO METALES: son elementos que tienen altas energas

de ionizacin y altas electronegatividades. Es decir,muestran mucha tendencia a captar electrones y formariones de carga negativa (aniones)

CARCTER METLICO


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SEMIMETALES: son elementos que tienen propiedadesintermedias entre los metales y los no metales.

GASES NOBLES: la configuracin electrnica de estoselementos es la ms estable (la de menor energa), por

ello estos elementos difcilmente forman enlaces.

El resto de elementos cuando forman enlaces tienentendencia a adquirir la configuracin electrnica de un gasnoble. Para ello captan o ceden electrones (enlace inico)o comparten pares de electrones (enlace covalente)

VARIACIN DE LAS PROPIEDADES


73/73

EN EL SISTEMA PERIDICO

UNIDAD 1 LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS

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