Arquitectur atomo

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Atomo mecanocuántico y configuración electrónica.

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Arquitectur atomo

  1. 1. ArquitecturaArquitecturadel Átomodel Átomo
  2. 2. ÁtomoÁtomo1 Átomo (del latínatomus, y éste delgriego άτομος,indivisible) es launidad máspequeña de unelemento químico ...Átomodefinición1 componente máspequeño de unelemento químicoque retiene laspropiedadesasociadas con eseelemento.
  3. 3. NúcleoNúcleoRegión central, muy pequeña, donde se concentra lamasa del átomo.Está formado por subpartículas,Está formado por subpartículas, protonesprotones yy neutrones,neutrones,(ambos reciben el nombre general de “(ambos reciben el nombre general de “nucleonesnucleones”)”)((NucleonesNucleones))Envoltura, manto, nubeelectrónica (electrones)
  4. 4. Electrones de valencia:responsables de laspropiedades fisicoquímicasElectrones internos: tienenmuy poca influencia en lasreacciones químicasNube electrónica o envolturaNube electrónica o envolturaRegión alrededor del átomo en la que seencuentran los electrones orbitando a granvelocidad.
  5. 5. Partículas FundamentalesPartículas Fundamentales PropiedadesPropiedadesPartículPartículaaMasaMasa((umauma))MasaMasa(gramos)(gramos)CargaCarga**(culombios(culombios))qqElectrónElectrón0,0005490,000549(5,49 10(5,49 10-4-4))9,1095 109,1095 10-28-28-1,6 10-1,6 10-19-19-1-1ProtónProtón 1,007281,00728 1,6726 101,6726 10-24-24+1,6 10+1,6 10-19-19+1+1NeutrónNeutrón 1,008671,00867 1,6750 101,6750 10-24-2400 00
  6. 6. ¿Cómo son los átomos?¿Cómo son los átomos?Los átomos sonLos átomos sonextremadamenteextremadamentepequeños. Han sidopequeños. Han sidofotografiados con:fotografiados con: microscopios electrónicosmicroscopios electrónicos microscopios de barrido demicroscopios de barrido detúnel ytúnel y microscopios de fuerzamicroscopios de fuerzaatómica.atómica.Átomos de una superficie de oroobtenida con un microscopio deFuerza atómica.Animación de átomos fotografiadoscon microscopio de barrido de túnel
  7. 7. El átomo de BohrEl átomo de Bohr1Bohr, basado enBohr, basado enla teoría cuántica,la teoría cuántica,predijo con granpredijo con granprecisión losprecisión losniveles de energíaniveles de energíadel átomo dedel átomo dehidrógenohidrógeno..2Dedujo que átomosDedujo que átomosmultielectrónicosmultielectrónicostendrían electronestendrían electronescolocados en loscolocados en losniveles de energíaniveles de energíadescritos en estadescritos en estateoría.teoría.3Y, que deberíaY, que deberíaexistir unexistir unnúmero máximonúmero máximode electrones ende electrones encada uno decada uno deestos niveles.estos niveles.
  8. 8. Identificación de un elemento químicoIdentificación de un elemento químico Número Atómico, ZNúmero Atómico, Z,, corresponde al número decorresponde al número deprotones en el núcleo. En un átomo neutro, esprotones en el núcleo. En un átomo neutro, esigual al número de electrones.igual al número de electrones. identifica el átomo de un elemento.identifica el átomo de un elemento. Número de Masa, ANúmero de Masa, A,, es igual al número dees igual al número deprotones más el número de neutrones en elprotones más el número de neutrones en elnúcleo.núcleo. Es aproximadamenteEs aproximadamente igual a laigual a la masa de unmasa de unátomoátomo en Unidades de Masa Atómica (en Unidades de Masa Atómica (umauma).).
  9. 9. A = protones + neutronesNeutrones = A – protonesSi q ǂ 0  IonForma de representar un elemento químicoForma de representar un elemento químicoXXAAZZNúmero atómico:Nº Total de Protoneso de ElectronesqqSímbolo del elementoCargaNúmero de masa:Nº Total Protones yNeutrones
  10. 10. EjemploEjemploLa notaciónLa notación nos dice que:nos dice que: Se trata del átomo del elementoSe trata del átomo del elemento CarbonoCarbono.. Cuyo número atómico,Cuyo número atómico, ZZ es 6es 6 Y su número de masa,Y su número de masa, AA es 14es 14 La carga eléctrica del átomo es 0La carga eléctrica del átomo es 0∴∴ El número de protones (y de electrones) es 6.El número de protones (y de electrones) es 6. El número de neutrones puede ser calculado de la fórmulaEl número de neutrones puede ser calculado de la fórmulaA = N + ZA = N + Z  N = A - ZN = A - ZNN = 14 - 6 == 14 - 6 = 8 neutrones8 neutrones..C146
  11. 11. IsótoposIsótoposSonSon átomos del mismo elemento conátomos del mismo elemento condistinto número de neutrones en el núcleo.distinto número de neutrones en el núcleo.Isótopo Nº protones Nº deelectronesNº deneutronesprotio1 1 0deuterio1 1 1tritio1 1 2H11H21H31
  12. 12. Isótopos del HidrógenoIsótopos del Hidrógeno
  13. 13. Isótopos del CarbonoIsótopos del Carbono
  14. 14. La nube electrónicaLa nube electrónicaLos electrones se encuentran orbitando a gran velocidad enLos electrones se encuentran orbitando a gran velocidad enalguna parte de la llamada envoltura o nube electrónica delalguna parte de la llamada envoltura o nube electrónica delátomo.átomo.La nube electrónica está constituida por:La nube electrónica está constituida por: Niveles de EnergíaNiveles de Energía::Regiones del espacio alrededor del núcleo donde se encuentranRegiones del espacio alrededor del núcleo donde se encuentranlos electrones. Se subdividen en regiones más pequeñaslos electrones. Se subdividen en regiones más pequeñasllamadas subniveles y orbitales.llamadas subniveles y orbitales. SubnivelesSubniveles::Conjunto de orbitales que tienen las mismas característicasConjunto de orbitales que tienen las mismas característicasdentro de un nivel de energía.dentro de un nivel de energía. OrbitalesOrbitales::Regiones del espacio alrededor del núcleo donde existe altaRegiones del espacio alrededor del núcleo donde existe altaprobabilidad de encontrar electrones.probabilidad de encontrar electrones.
  15. 15. Modelo Mecano-cuántico del átomoModelo Mecano-cuántico del átomoLa energía en el átomo estácuantizada, es decir, suselectrones se distribuyen enlos distintos niveles deenergía en forma discreta,como si estuvieran en unaespecie de escalera.
  16. 16. Niveles de energíaNiveles de energía LosLos nivelesniveles de energía de un átomo sede energía de un átomo sedesignan con la letradesignan con la letra nn, (como lo hacía Bohr), (como lo hacía Bohr).. n : 1, 2, 3,…, 7n : 1, 2, 3,…, 7A mayor n, mayor energíay más lejos del núcleo.Los cuatro primerosniveles de energía en elátomo de hidrógeno
  17. 17. Niveles de energíaNiveles de energía El número máximo de electrones queEl número máximo de electrones quepuede haber en un nivel de energía espuede haber en un nivel de energía es2n2n22NivelNivel 2n2n22Número máximoNúmero máximode electronesde electrones11 2(1)2(1)222222 2(2)2(2)228833 2(3)2(3)22181844 2(4)2(4)223232
  18. 18. Niveles y subnivelesNiveles y subnivelesn = 1 2 3 4 5 6 7
  19. 19. Niveles y subnivelesNiveles y subniveles Los niveles poseenLos niveles poseen subnivelessubniveles (tantos como el(tantos como elnúmero del nivel):número del nivel): n = 1n = 1  1 subnivel1 subnivel 00:: ss n = 2n = 2  2 subniveles2 subniveles 00:: ss 11:: pp n = 3n = 3  3 subniveles3 subniveles 00:: ss 11:: pp 22:: dd n = 4n = 4  4 subniveles4 subniveles 00:: ss 11:: pp 22:: dd 33:: ff Los subniveles contienen losLos subniveles contienen los orbitales.orbitales. El número de orbitales que contiene cadaEl número de orbitales que contiene cadasubnivel es igual a la cantidad de valores quesubnivel es igual a la cantidad de valores quetome:tome:mmll == --ll,…, 0,…, +,…, 0,…, +lll: número cuánticosecundario
  20. 20. Número cuántico…Número cuántico…SecundarioSecundarioPrincipalPrincipal o Azimutalo Azimutal MagnéticoMagnéticonn ll mmll= 1= 1  1 subnivel1 subnivel 00:: ss 00= 2= 2  2 subniveles2 subniveles 00:: ss 11:: pp -1 0 +1-1 0 +1= 3= 3  3 subniveles3 subniveles 00:: ss 11:: pp 22:: dd -2 -1 0 +1 +2-2 -1 0 +1 +2= 4= 4  4 subniveles4 subniveles 00:: ss 11:: pp 22:: dd 33:: ff -3 -2 -1 0 +1 +2 +3-3 -2 -1 0 +1 +2 +3Los subniveles 0 contienen 1 solo orbital (tipo s)Los subniveles 0 contienen 1 solo orbital (tipo s)Los subniveles 1 contienen 3 orbitales (tipo p)Los subniveles 1 contienen 3 orbitales (tipo p)Los subniveles 2 contienen 5 orbitales (tipo d)Los subniveles 2 contienen 5 orbitales (tipo d)Los subniveles 3 contienen 7 orbitales (tipo f)Los subniveles 3 contienen 7 orbitales (tipo f)
  21. 21. Niveles y subnivelesNiveles y subniveles
  22. 22. Estructura de la nube electrónicaEstructura de la nube electrónicaCada electrón delCada electrón delátomo tiene susátomo tiene suspropios númerospropios númeroscuánticos: nivelcuánticos: nivel(n), subnivel ((n), subnivel (ll),),orbital (morbital (mll) y spin) y spin(m(mss).).Cadaelectrón enun orbitaldebe tener“spines”opuestosCadaorbitalpuedecontenerun máximode doselectronesCadasubnivelcontieneuno o másorbitales.SUBNIVELSUBNIVELllORBITALORBITALmmllSPINSPINmmssP. DE PAULIP. DE PAULI.N I V E L (n)s, p, d, f,…
  23. 23. Niveles y subniveles energéticosNiveles y subniveles energéticos
  24. 24. Orbitales “s”Orbitales “s”Corresponden a l = 0. Tienen forma esférica yexiste 1 por nivel (ml = 0):
  25. 25. Tamaño de los orbitales “s”Tamaño de los orbitales “s”El tamaño del subnivel ss aumenta con n.
  26. 26. OrbitalesOrbitales “p”“p”Aparecen en el nivel n = 2. Corresponden a l = 1.Son 3 por nivel (ml = -1, 0 y +1) y tienen formalobular:En el modelo de Schrödinger, el núcleo seencuentra donde se cortan los ejes coordenados.
  27. 27. Diagrama de los primeros 2 niveles de energíaDiagrama de los primeros 2 niveles de energíaAsí, en los dos primeros niveles de energía existen5 orbitales:
  28. 28. Cuando se combinan los 3 orbitales “p”…Cuando se combinan los 3 orbitales “p”…Dan origen a la nube electrónica que representael subnivel p completo:
  29. 29. Orbitales “d”Orbitales “d”¿Te imaginas cómo lucirá el átomo si juntamos todos losorbitales dd alrededor del núcleo?
  30. 30. Orbitales s, p y d en conjuntoOrbitales s, p y d en conjunto
  31. 31. Orbitales fOrbitales f
  32. 32. Modelo mecánico-cuántico del átomoModelo mecánico-cuántico del átomoCuando juntamosCuando juntamostodos los orbitalestodos los orbitalesalrededor delalrededor delnúcleo, el átomonúcleo, el átomoluce más o menosluce más o menosasí:así:
  33. 33. Configuración electrónicaConfiguración electrónicaEs una descripción de cómo se distribuyenEs una descripción de cómo se distribuyende los electrones en un átomo, indicandode los electrones en un átomo, indicandolos niveles de energía y orbitales quelos niveles de energía y orbitales queocupan.ocupan.
  34. 34. ¿Cómo se distribuyen los¿Cómo se distribuyen loselectrones en el átomo?electrones en el átomo? Los niveles deLos niveles deenergía estánenergía estándados por ladados por laRegla DiagonalRegla Diagonal.. Los electronesLos electronesocuparánocuparánsiempre lossiempre lossubniveles ysubniveles yorbitalesorbitalesdisponibles, dedisponibles, demenor energía.menor energía.
  35. 35. Y los siguientesY los siguientesPrincipios dePrincipios deConstrucción:Construcción:1.1. Un orbital puede admitir un máximoUn orbital puede admitir un máximode dos electrones.de dos electrones.2.2. Regla de Hund:Regla de Hund: Un orbital no puede llenarse con dosUn orbital no puede llenarse con doselectrones, hasta que todos los queelectrones, hasta que todos los quetengan menos energía o energíatengan menos energía o energíaequivalente, posean por lo menos unequivalente, posean por lo menos unelectrón cada uno.electrón cada uno.3.3. Principio de Exclusión de Pauli:Principio de Exclusión de Pauli: Para que dos electrones ocupen el mismoPara que dos electrones ocupen el mismoorbital deben tener “orbital deben tener “spinesspines” opuestos:” opuestos:
  36. 36. ElEl spinspin se refiere a la rotación del electrónse refiere a la rotación del electrónalrededor de un eje imaginario, lo que genera unalrededor de un eje imaginario, lo que genera uncampo magnético.campo magnético.+1/2 flecha hacia arriba.+1/2 flecha hacia arriba. -1/2 flecha hacia abajo.-1/2 flecha hacia abajo.
  37. 37. Configuración electrónicaConfiguración electrónicaEjemploEjemplo: ¿cuál es la configuración: ¿cuál es la configuraciónelectrónica del sodio?electrónica del sodio?R:R: el sodio,el sodio, 1111NaNa, posee 11 electrones, posee 11 electrones1s22s22p63s1Nivel deenergíaNivel deenergíaSubnivelde energíaSubnivelde energíaNúmerode electronesdel subnivelNúmerode electronesdel subnivelElectrónde valenciaElectrónde valencia
  38. 38. Subniveles de energíaSubniveles de energía
  39. 39. Ni28 electrones1s22s22p63s23p64s23d8[Ar] 4s23d8Electrón Diferenciales el último electrónentra en la configuraciónelectrónica.Diagrama Orbital delDiagrama Orbital delNíquelNíquel4f _____ ______ ______ ______ ______ ______ ______6s _____5p _____ ______ ______4d ______ ______ ______ ______ ______5s ______4p ______ ______ ______3d ______ ______ ______ ______ ______4s ______3p ______ ______ ______3s ______2p ______ ______ ______2s ______1s ______
  40. 40. Tipos de Configuración ElectrónicaTipos de Configuración Electrónica DetalladaDetallada:: GlobalGlobal:: Global ExternaGlobal Externa::2 2 2 2 11 2 2 2 2x y zs s p p p2 2 51 2 2s s p[ ] 2 52 2He s p
  41. 41. Tabla Periódica y PropiedadesTabla Periódica y PropiedadesGrupos y periodos en la tabla1Clasificación de los elementos2Electronegatividad3Aplicaciones y ejercicios4
  42. 42.  LosLos PeriodosPeriodos de elementos son las filasde elementos son las filashorizontales de la tabla periódica.horizontales de la tabla periódica. Las propiedades de los elementos varían deLas propiedades de los elementos varían deizquierda a derecha a lo largo de la tablaizquierda a derecha a lo largo de la tablaperiódica.periódica. En la izquierda, la tabla periódica inicia conEn la izquierda, la tabla periódica inicia conunos metales muy reactivos, y en el ladounos metales muy reactivos, y en el ladoderecho se ubican los no metales quederecho se ubican los no metales queterminan cada periodo con un gas noble noterminan cada periodo con un gas noble noreactivo.reactivo.Periodos de elementosPeriodos de elementos
  43. 43. Grupos o familias de elementosGrupos o familias de elementos Las columnas verticales de elementos en laLas columnas verticales de elementos en latabla periódica son llamadastabla periódica son llamadas gruposgrupos oofamiliasfamilias.. Los elementos en el mismo grupo o familiaLos elementos en el mismo grupo o familiatienen propiedades químicas similares.tienen propiedades químicas similares. LosLos elementos representativoselementos representativos pertenecenpertenecena los dos primeros grupos y los últimos seis.a los dos primeros grupos y los últimos seis. Estos son designados comoEstos son designados como grupos “A” ogrupos “A” ogrupos 1,2,13-18grupos 1,2,13-18..
  44. 44. Grupos y PeriodosGrupos y PeriodosLas propiedades periódicas explican la similitud enLas propiedades periódicas explican la similitud enreactividad.reactividad.GruposPeriodos
  45. 45.  Grupo 1Grupo 1: metales alcalinos.: metales alcalinos. Grupo 2Grupo 2: metales alcalinotérreos.: metales alcalinotérreos. Grupo 7Grupo 7: halógenos.: halógenos. Grupo 8Grupo 8: gases nobles.: gases nobles. Elementos de transiciónElementos de transición – IIIB-IIB– IIIB-IIB.. Elementos de transición internaElementos de transición interna ––lantánidos y actínidos.lantánidos y actínidos.Grupos o familiasGrupos o familias
  46. 46. Metales, no metales y metaloidesMetales, no metales y metaloides MetalesMetales – sustancias brillosas, opacas, buenos– sustancias brillosas, opacas, buenosconductores del calor y la electricidad,conductores del calor y la electricidad,maleables, dúctiles. Ejemplo: Cu.maleables, dúctiles. Ejemplo: Cu.Lado izquierdo de la tabla.Lado izquierdo de la tabla. No-metalesNo-metales – no conducen la electricidad o– no conducen la electricidad ocalor, no maleables o dúctiles. Ejemplo;calor, no maleables o dúctiles. Ejemplo; C.C.Lado derecho de la tabla.Lado derecho de la tabla. MetaloidesMetaloides – Elementos que tienen propiedades– Elementos que tienen propiedadesde ambos metales y no metales. Débilesde ambos metales y no metales. Débilesconductores de la electricidad. Ejemplo: Si.conductores de la electricidad. Ejemplo: Si.
  47. 47. Tabla periódica de los elementos, mostrando laTabla periódica de los elementos, mostrando ladivisión entre metales, no metales y metaloidesdivisión entre metales, no metales y metaloides
  48. 48. ElectronegatividadElectronegatividad11CapacidadCapacidad que tiene un átomoque tiene un átomodede atraer electronesatraer electronescomprometidos en un enlace.comprometidos en un enlace.22Los valoresLos valores de E.N. son útiles parade E.N. son útiles parapredecir elpredecir el tipo de enlacetipo de enlace que seque sepuede formar entre átomos depuede formar entre átomos dediferentes elementos.diferentes elementos.
  49. 49. H2.1Elemento máselectronegativoLi1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Na0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.8Ni1.8Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd1.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5Cs0.7Ba0.9La1.1Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.8Bi1.9Po2.0At2.2Fr0.7Ra0.9Ac1.1Th1.3Pa1.5U1.7Np – Lw1.3Elemento menos electronegativoValores de ElectronegatividadValores de Electronegatividad (Pauling)(Pauling)

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