estructura atómica [Modo de compatibilidad] · mq 0 -1 0e carga masa A ... La masa atómica de 1...
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Teoría atómica de Dalton
ESTRUCTURA ATÓMICAESTRUCTURA ATÓMICA
I) Naturaleza eléctrica de la materia
Determinación de la carga del electrón
Modelo de átomo de Thompson (1897)
II) RadiactividadIII) Dispersión de partículas α
Modelo nuclear del átomo de Rutherford (1911)
IV) Isótopos
V) Espectroscopía
Modelo nuclear del átomo de Rutherford (1911)
Modelo atómico de Bohr
Modelo atómico moderno
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I) Naturaleza eléctrica de la materia
Conducción electrolítica de la corriente eléctrica
Observaciones de Faraday
i
y
Se producen cambios químicos en soluciones acuosas cuando circula a través de ellas una corriente eléctrica i
S
• Thompson (1897)
Tubos de descarga
Placa de ZnS
+-
N
altos voltajes y bajas presiones( 10‐4 Torr)
El gas conduce la corriente eléctrica mediante los
“rayos catódicos”• viajan en línea recta• tienen masa• son Θ ELECTRONES
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De otras experiencias con tubos de descarga conteniendo H2 a
Determinada estudiando la magnitud de la desviación en el campo magnético.
q/ m = 1,76 108 coul/g
De otras experiencias con tubos de descarga conteniendo H2 a bajas presiones
Se descubrieron partículas ⊕ con masa igual a la del átomo deH y carga igual a la del e‐ con signo opuesto
PROTONESe- distribuidos al azar, compensando
Modelo de átomo Thompson Una esfera con carga ⊕distribuida uniformemente
compensando las cargas.
Determinación de la carga del electrón
Experimento de la “ gota de aceite” de Millikan
Pudo calcular
q = 1,6 .10‐19 C
⇒ m= 9,1 10‐28 g
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II) RADIACTIVIDAD Becquerel
Existen elementos (U, Th, Ra, etc) que emiten radiación espontáneamente
Radiación α : ú l d H tí l d 4 l d l HRadiación α : núcleos de He : partículas de masa 4 veces la del H y con 2 cargas ⊕
Radiación β : partículas con carga y masa igual al electrónRadiación γ: Radiación electromagnética de baja λ y alta energía
( > que Rx)
III) Dispersión de partículas αModelo nuclear del átomo de Rutherford
Emisor de partículas α
Pantalla detectora
hoja de ororanura
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Observó : la mayoría de las partículas no se desviaba
unas pocas partículas α rebotaban en la lámina
Partículas
como si hubieran interactuado con una gran masa y carga +
núcleos
Partículas α incidentes
sólo una fracción muy pequeña de todo el volumen concentra toda la masa.
Átomos de oro
⊕
Rutherford propone Modelo nuclear del átomo
Átomo constituido por 1 núcleo donde se concentra toda la masa +, del orden de 10 –12 cm⊕
e-Los e‐ giran alrededor (“como un sistema solar”)
Los átomos son neutros
100 m ( 25 pisos)
φ = 1 cm
n° e‐ = n° protonesφNúcleo = 10-12 cmφÁtomo = 10-8 cm
•
φNúcleo ≅ 10000 veces menor que φÁtomo
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Z = n° protones = n° total de cargas en el núcleo
número atómico determina su identidad
np = ne- A= Z + Np e
número de masa = n° protones + n° neutrones
NEUTRONES descubiertos por Chadwich (1932)
Partícula sin carga y masa ligeramente superior al protón.
Simbolismo de las partículas subatómicas
m q
0 -1 e0carga masa
A
0 -1 e1 +1 p
1 0 n
-11
+1
10
electrón -1,6.10-19C 9,1.10-28 g
protón +1,6.10-19C 1,87.10-24g
neutrón - ~1,87.10-24g
Na = 11 + 12p1 +1
n1 0
2311
AZ X
n 10
p 1+1
147N = 7 + 7
Simbolismo del núcleo
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IV) ISÓTOPOS
Todos los átomos de un elemento no son estrictamente iguales ⇒ los elementos ∃ en la naturaleza, como una mezcla de 2 o más isótoposmezcla de 2 o más isótopos
átomos de 1 elemento que contienen el
mismo número de protones (Z) y ≠ número de neutrones
⇒varía su masa
La masa atómica de 1 elemento es un promedio en masa de los isótopos.
Ej.: El elemento Boro tiene 2 isótopos: 105B y 11
5B, laabundancia del 10
5B es 20 %. ¿Cuál es la masa atómica del boro?Si sus masas en la escala del 12C son 10 01 y 11 01Si sus masas en la escala del C son 10,01 y 11,01respectivamente.
MA (Boro) = 10,01 x 0,20 + 11,01 x 0,80 = 10,81
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V) ESPECTROSCOPÍA estudia la luz emitida por sistemas materiales en distintas condiciones experimentales.
♦
Cada elemento se caracteriza por su espectro de líneas
pelicula fotografica
Es una propiedad específica de los elementos
Espectro de emision atomica
Bohr
consigue explicar laslíneas de absorción delhidrógeno, aplicando
La Teoría cuántica de la radiación
formulada por Planck (1900) Postula la discontinuidad de la Energía
Toma en cuenta la Naturaleza dual de la luz
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Amplitud
λ longitud de onda
LUZ
La luz es la energía que se desplaza con movimiento ondulatorio
formada por partículas o fotones(“cuanto”)
Planckcada fotón tiene una energía Efotón = h ν
comportamiento ondulatorio
g fotón
Un cuerpo no emite ni absorbe energía en forma continua sino quelo hace en forma de “cuantos” (paquetes”) de energía luminosa
h = constante de Planck = 6,63.10-34 J.sν= frecuencia = c/λ
Modelo atómico de BohrPropone un modelo teórico que explica las experiencias de
espectroscopía.
Postula:•Los e‐ se mueven en órbitas de energía fija (estable)
h2
Los e se mueven en órbitas de energía fija (estable)•Estas órbitas son niveles estacionarios de E
Son los únicos permitidos para que el e‐ se ubique
La E del e‐ está “cuantizada” (restingida)
Los ≠ niveles de E permitidos2
h1
núcleon2n1
El átomo posee niveles discretos de energía
Los ≠ niveles de E permitidoslos indicó con nn = número cuántico principal
Los e- pasan a otro nivelabsorbiendo o emitiendoenergía en forma de fotón.
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MODELO ATÓMICO MODERNOModelo Mecánico‐cuántico
Actualmente para explicar el comportamiento de los átomosse utiliza la mecánica ondulatoria
Se origina en
λ = h/ m v
g
una hipótesis formulada por de Broglie (1924)
Así como la luz presenta comportamiento tantocorpuscular como ondulatorio, cualquier partícula,en circunstancias adecuadas puede mostrarpropiedades ondulatorias
Toda la materia tiene propiedades ondulatorias, pero éstas son notables sóloen partículas pequeñas (de masa muy chica), sino la λ asociada es muypequeña (indetectable)
longitud de onda asociada a la partícula en movimiento
Es imposible determinar con exactitud el momento (velocidad)
Modelo MECÁNICO‐CUÁNTICOPrincipio fundamental de la Mecánica Cuántica:Principio de Incertidumbre de Heisemberg
y la posición de un electrón de manera simultánea
(1926) Erwin Schröedingerpropuso una Ecuación matemática (de la Mecánica Cuántica)
“Ecuación de ONDA” referida al sistema formado porun núcleo y 1e- en movimiento.y
∂2Ψ + ∂ 2Ψ + ∂ 2Ψ + 8 p2m (E‐U) Ψ = 0∂ x2 ∂ y2 ∂ z2 h2
al resolverla obtuvo un conjunto de funciones matemáticas
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Ψ = funciones de onda orbital describen el movimiento y estado energético del electrón
Ψ2 probabilidad de encontrar 1 e‐ en una cierta región del espacio
ORBITAL: función de onda de loselectrones en los átomos
Para tener una imagen física del movimiento electrónico suele representarse una región del espacio:
D l l ió d l E d S h ö diDe la resolución de la Ec de Schröedingersurgen valores numéricos:los números cuánticos
A cada uno de ellos se le puede atribuir unsentido físico
nToma valores enteros positivos 1,2,3..
NÚMEROS CUÁNTICOS
n° cuántico principal nivel energético del electrón
relacionado con la energía asociada al e‐ y con el volumen o tamaño del orbital.
ll = 0 1 2 3
s p d fn° cuántico azimutal o secundario
(forma del orbital y subnivel de energia)
valores: desde 0 hasta (n‐1)está caracterizado por letras
para n =1 l = 0 (1 s)para n =1 l = 0 (1 s) n = 2 l =0 (2 s)
l = 1 (2p)
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m n° cuántico magnético
relacionado con la orientación espacial del orbital toma valores: ‐l….0…+l
l= 0 m = 0l = 1 m = 1 m = 0 m = +1l = 1 m = ‐1 m = 0 m = +1 (el orbital p puede orientarse de 3 formas distintas)
l = 2 m = ‐2 , ‐1, 0, 1, 2
(5 orientaciones espaciales)
px, py, pz están asociados a un mismo valor de energía
orbitales degeneradosespaciales) g
n° cuántico spin el e‐ se comporta como siestuviera girando sobre sí mismo.
Valores : ‐½ o + ½ (indican el sentido de giro)
s
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Describe el ordenamiento electrónico para cada átomo
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
• Principio de Exclusión de Pauli
• Principio de Construcción ordenada
• Regla de Hund
Principio de Exclusión de Pauli:
Cada e- de un átomo está descripto por un conjunto de 4 números cuánticos
sujetos a una restricción expresada por el
“En un átomo no existen 2 e- cuyos 4 númeroscuánticos sean iguales”
cada e- tiene “su nombre” que lo caracteriza y es único
En un orbital sólo hay 2 e- como máximo
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1s
2s 2p
3s 3p 3d
Principio de construcción ordenada
Regla nemotécnica
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d
7s 7p
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s ≅ 3d, 4p, 5s ≅ 4d, 5p, 6s, 4f, 5f..
7s 7p
Cd (48) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10
[Kr] 5s2 4d10
Configuración electrónica
n° de e-Para el átomo de H:1s1
n l = 0
Li (Z = 3) 1 s2 2 s1 o 1 s 2 s↑↓
B ( Z = 5) 1s2 2s2 2 p1
↑
( ) p
C (Z= 6) 1 s2 2 s2 2 p2
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“L t d á di ti t bit l d l i b i l
• Regla de máxima multiplicidad de Hund
“Los e- tenderán a ocupar distintos orbitales del mismo subniveldentro de un orden de llenado que permite la máxima cantidad deorbitales semillenos”
↑↓ ↑↓ ↑ ↑N (z = 7) 1 s2 2 s2 2 p3
Ca ( z = 20) 1 s2 2 s2 2 p63s2 3p6 4s2
↑
Configuración indicando los números cuánticos
N(z = 7)Electrón n l m s configuración e-
1 2 1 0 0 1/2 1 21 y 2 1 0 0 +1/2 1s2
1 0 0 -1/2
3 y 4 2 0 0 +1/22 0 0 -1/2 2s2
5,6 y 7 2 1 -1 +1/2 2px1
2 1 0 +1/2 2py1
2 1 +1 +1/2 2pz1
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Ca (Z=20)Electrón n l m s configuración e-
1,2 1 0 0 ±1/2 1s2
3,4 2 0 0 ±1/2 2s2,
2 1 -1 ±1/25-10 2 1 0 ±1/2 2p6
2 1 +1 ±1/2
11,12 3 0 0 ±1/2 3s2
3 1 -1 ±1/213-18 3 1 0 ±1/2 3p6
3 1 +1 ±1/219,20 4 0 0 ±1/2 4s2
1IA
18VIIIA
Tabla Periódica actual 7 filas PERÍODOS18 columnas GRUPOS
V
12
IIA13
IIIA14
IVA15VA
16VIA
17VIIA
2
33
IIIB4
IVB5
VB6
VIB7
VIIB8 9
VIIIB10 11
IB12IIB
4
MetalesMetalesNo No metalesmetales
2nd Período
5
6
7
MetalesMetales6th Periodo
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Nombres de algunos Grupos importantes de la Tabla Periódica
Metales de transición
Metales Alcalinos
Metales Alcalinos Térreos
Halógen
os
Gases Nob
lesNúmero de Grupo
Núm
ero
de P
erío
do
Lantánidos
Actínidos
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Relación entre configuración electrónica y tabla periódica
En el grupo 18 el último nivel está completoSe considera el anillo externo con 8 electrones, la configuración más estable de los átomos.
Todos los elementos del mismo grupo tienen el mismo n° de e- en el último nivel energético y coincide con el n° de grupo
GRUPO 1 GRUPO 18H (Z =1) 1s1 He(2) 1s2
Li (Z =3) 1s2 2s1 Ne (10) 1s22s22p6
Na (Z =11) 1s22s22p63s1 Ar (18) 1s22s22p63s23p6
K (Z =19) 1s22s22p63s23p64s1 Kr (36) [Ar] 4s23d104p6
1IA
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Configuración electrónica externa (CEE)Configuración correspondiente a aquellos e- involucrados en las reacciones químicas electrones de valencia
Ca 1s22s22p63s23p64s2 o [Ar] 4s2
CEE
12
IIA13
IIIA14
IVA15VA
16VIA
17VIIA
2
33
IIIB4
IVB5
VB6
VIB7
VIIB8 9
VIIIB10 11
IB12IIB
4
H1s1
Li2s1
Na3s1
K4s1
Rb
Be2s2
Mg3s2
Ca4s2
Sr
Sc3d1
Ti3d2
V3d3
Cr4s13d5
Mn3d5
Fe3d6
Co3d7
Ni3d8
Zn3d10
Cu4s13d10
B2p1
C2p2
N2p3 O
2p4F
2p5
He1s2
Al3p1
Si3p2
P3p3
S3p4
Cl3p5
5
6
7
Rb5s1
Cs6s1
Fr7s1
Sr5s2
Ba6s2
Ra7s2
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Propiedades químicas semejantes
B BLOQUE
Los elementos pertenecientes a la misma columna o grupo tienen en general la misma CEE
LOQUEs
Qp
Metales de transición
BLOQUE d
G I = ns1
G(III) ns2np1
bloque f
Metales de transición interna
Gases nobles ns2 np6