2014

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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

2014

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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

18VIIIA

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