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UNIDAD 5:
ESTRUCTURA ATÓMICA
CLASIFICACIÓN PERIÓDICA
1
Recordando la unidad 1, el átomo esta formado por un núcleo
(con protones y neutrones) y una corteza de electrones.
Composición del átomo:
Protones
Carga +1
Masa 1
Neutrones
Carga
Masa
0
1
Electrones
Carga
Masa
-1
aprox. 0
Núcleo
Atomo
Corteza de
electrones
2
El primer modelo que trató de explicar la estructura del átomo fue
el modelo atómico de Bohr (1885 - 1962).
El modelo de Bohr se puede resumir en los siguientes postulados:
1) Los electrones en los átomos están localizados en órbitas o
niveles de energía circulares alrededor del núcleo
2) Los electrones en las órbitas más cercanas al núcleo tienen
menor energía que los que están en órbitas más alejadas
3) Un electrón de un átomo puede tener sólo ciertos valores
de energía permitidos. Esta energía determina que órbita
ocupa el electrón.
4) Los electrones pueden saltar de una órbita a otra,
ganando o perdiendo una cantidad concreta de energía que se
conoce con el nombre de “cuanto”
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En la actualidad se admite que la distribución de electrones en un
átomo es función de cuatro números llamados números cuánticos
En realidad el recorrido de un electrón en un átomo no puede ser
descripto de manera precisa, por ello se habla de la probabilidad
de encontrar un electrón en ciertas zonas del espacio.
A las zonas donde la probabilidad de encontrar al electrón es
máxima se la conoce como orbital atómico
Esta nueva concepción del átomo nos dice que cada una de las
órbitas circulares del modelo de Bohr está compuesta por un
determinado número de subniveles y cada uno de estos, contiene
un determinado número de orbitales
4
Los Números cuánticos
Los números cuánticos son cuatro y en un átomo no puede
haber dos (2) electrones que posean sus cuatro números
cuánticos iguales
Número Cuántico Principal (conocido como n):
Este número nos indica el nivel de energía en el que se encuentra el
electrón. Puede tomar como valores, todos los números enteros a
partir de 1, o sea 1, 2, 3, 4, etc.
Número Cuántico Secundario o Azimutal (conocido como λ):
Este número nos indica el subnivel energético en el que se
encuentra el electrón. Puede tomar como valores todos los
números enteros desde cero (0) hasta (n-1), donde n es el número
cuántico principal.
5
Número Cuántico Magnético (conocido como m):
Este número nos indica el número de orientaciones espaciales que
tiene el orbital. Puede tomar como valores todos los números
enteros que se encuentren en el rango - λ, ..., 0, ..., + λ, donde λ es
el número cuántico secundario.
Número cuántico de spín (conocido como s):
Este número nos indica el sentido en el que gira el electrón. Puede
tomar el valor +1/2 o -1/2. Las orientaciones del giro del electrón
pueden representarse mediante flechas ↑ ↓
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Iniciemos las combinaciones de los números cuánticos por el
nivel n = 1
Si n = 1, λ sólo puede tomar el valor cero (0)
Que λ tome el valor cero, significa que ese nivel (n = 1) tiene un
sólo subnivel. Cuando λ vale 0, se llama orbital s
Si λ = 0, m sólo puede tomar el valor cero (0)
Que m tome el valor cero, significa que ese sunivel tiene sólo una
orientación en el espacio y será una esfera alrededor del núcleo
En este caso s puede tomar los valores de +1/2 y de -1/2, por lo
tanto el nivel n = 1 admite como máximo 2 electrones
7
Veamos en un cuadro los orbitales que se generan y cuantos
electrones admite cada uno de estos orbitales
Nivel
Número máximo de electrones
Nombre del orbital
que entra en el orbital
1
1s
2
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
3
Nivel
4
Número máximo de electrones
Nombre del orbital
que entra en el orbital
4s
2
4p
6
4d
10
4f
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Hasta acá vimos que hay diferentes niveles y en cada nivel hay
distintos orbitales y que cada uno de estos orbitales admite un
determinado número máximo de electrones.
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La pregunta ahora es ¿cómo es el orden en que estos orbitales se
llenan?
El orden de llenado de los orbitales es el siguiente:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s
etc
¿Cómo se obtiene la distribución de electrones en cada uno de
estos orbitales?
Supongamos un átomo que tiene 7 electrones.
1s2 2s2 2p3
En el orbital 1s coloco 2 electrones, que es el
máximo que admite
En el orbital 2s coloco 2 electrones, que es
el máximo que admite
En el orbital 2p (que admite 6 electrones como
máximo) pongo los 3 electrones que me faltan
1s2 2s2 2p3
Esto se conoce como:
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Lo que nos dice es que:
en el orbital 1s hay 2 electrones,
en el orbital 2s hay 2 electrones,
en el orbital 2p hay 3 electrones.
Los átomos neutros se pueden ordenar en la tabla periódica de
forma sistemática
La TABLA PERIÓDICA tiene columnas (verticales)
llamadas grupos y filas (horizontales) llamadas períodos
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¿Qué relación hay entre la CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
y la ubicación de un elemento en la TABLA PERIÓDICA?
El grupo en el que se encuentra el átomo neutro es igual al
número de electrones que hay en el último nivel energético
El grupo se escribe con números romanos I, II, III, etc
El período en el que se encuentra un átomo neutro es igual al
número de niveles ocupados
El período se escribe con números arábigos 1, 2, 3, etc
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Ejemplo
Supongamos que un átomo neutro tiene la siguiente
configuración electrónica:
1s2 2s2 2p5
El átomo pertenece al grupo VII (siete) porque en el
último nivel (nivel 2) posee 7 electrones:
2 electrones en el 2s y 5 en el 2p
El átomo pertenece al período 2 (dos) porque posee dos
niveles energéticos ocupados: el nivel 1 y el nivel 2
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Ejemplo
Supongamos un átomo neutro del grupo VI y del período 3,
¿cuál es su configuración electrónica?
Grupo VI: me dice que tiene 6 electrones en el último nivel
Período 3: me dice que tiene 3 niveles ocupados
La configuración electrónica será:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Tres niveles ocupados:
el nivel 1 (1s), el nivel 2 (2s y 2p) y el nivel 3 (3s y 3p).
Seis electrones en el último nivel: 2 electrones en el nivel 3s y
4 electrones en el nivel 3p
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Ejemplo
Escriba la configuración electrónica de la siguiente especie
química y ubique al elemento en la tabla periódica
9 +2
4 Be
Recordando la unidad 1, este símbolo nuclear
nos da la siguiente información:
Tiene Z = 4, por lo que tiene 4 protones
El átomo neutro tiene 4 electrones, pero como
esta especie tiene carga +2 (es un catión), perdió
2 electrones, por lo que ahora tiene 2 electrones
La configuración electrónica de la especie
9 +2
4 Be
es 1s2
En la tabla periódica tengo que ubicar al átomo neutro, por lo que
necesito obtener la configuración electrónica del átomo neutro
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El átomo neutro tiene 4 electrones, por lo que su configuración
electrónica es:
1s2 2s2
De acá sacamos grupo y período
Grupo II, tiene 2 electrones en el último nivel (el nivel 2)
Período 2, tiene 2 niveles ocupados (el nivel 1 y el nivel 2)
16
Ejemplo
Escriba la configuración electrónica de la siguiente especie
química y ubique al elemento en la tabla periódica
16 -2
Recordando la unidad 1, este símbolo nuclear
O
8
nos da la siguiente información:
Tiene Z = 8, por lo que tiene 8 protones
El átomo neutro tiene 8 electrones, pero como la
especie tiene carga -2 (es un anión), ganó 2
electrones, por lo que ahora tiene 10 electrones
La configuración electrónica de la especie
16 -2
8O
es 1s2 2s2 2p6
En la tabla periódica tengo que ubicar al átomo neutro, por lo que
tengo que tener la configuración electrónica del átomo neutro
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El átomo neutro tiene 8 electrones, por lo que su configuración
electrónica es:
1s2 2s2 2p4
De acá sacamos grupo y período
Grupo VI, tiene 6 electrones en el último nivel (el nivel 2)
Período 2, tiene 2 niveles ocupados (el nivel 1 y el nivel 2)
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Veamos un esquema de la TABLA PERIÓDICA y que
características
respecto
a
la
CONFIGURACIÓN
ELECTRÓNICA presentan los átomos que se encuentran en
cada una de las partes en que podemos dividir la tabla
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TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
Elementos
Elementos
Representativos
Orbitales
syp
Ga
ses
No
bles
Representativos
Elementos
de
Transición
Orbitales
d
Orbitales
syp
Orbitales
syp
llenos
Orbitales
Elementos de
f
Transición Interna
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La tabla periódica se divide en:
Elementos representativos
Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales s y p
Gases nobles
Los elementos de este grupo poseen los orbitales s y p llenos.
Poseen 2 electrones en los orbitales s y 6 en los orbitales p
Elementos de transición
Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales d
Elementos de transición interna
Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales f
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Los electrones de valencia son los electrones que encontramos
en el último nivel
Los electrones de valencia le van a otorgar al átomo las
propiedades químicas
Es importante puntualizar acá que como todos los átomos
que se encuentran en un mismo grupo tienen el mismo
número de electrones en el último nivel, van a tener un
comportamiento químico muy parecido, dado que el
comportamiento químico depende del número de electrones
del último nivel
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Los átomos al combinarse mediante reacciones químicas para
formar otros compuestos, tienden a alcanzar la configuración
del gas noble mas cercano
Para alcanzar la configuración del gas noble más cercano los
átomos pueden ganar, perder o compartir un cierto número de
electrones. Este tema lo vamos a desarrollar en la unidad 6
Es importante destacar acá, que los gases nobles poseen
configuraciones electrónicas de niveles completos. Los gases
nobles tienen en sus orbitales el máximo número de electrones
que acepta cada orbital.
Esto les confiere una gran estabilidad
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Son las propiedades de los elementos que varían
con una determinada periodicidad a lo largo y
ancho de la tabla periódica
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Electronegatividad
Es la capacidad de un átomo neutro de atraer hacia sí los
electrones que establecen la unión con otro átomo
Afinidad electrónica
Es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en
estado gaseoso capta un electrón
Potencial de ionización
Es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en
estado gaseoso pierde su último electrón
Estas propiedades aumentan hacia
la derecha en un período
arriba en un grupo
AUMENTO
Radio atómico
Es la distancia desde el centro del núcleo al último nivel
electrónico ocupado
Carácter metálico
Esta propiedad nos dice cuan buen metal es un determinado
elemento. Las características metálicas son brillo,
conductividad térmica y conductividad eléctrica
Estas propiedades aumentan hacia
la izquierda en un período
abajo en un grupo
AUMENTO
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Estas propiedades determinan en la tabla periódica otra división:
Metales Son los átomos que se encuentran a la izquierda y
abajo en la tabla periódica.
Poseen brillo, son buenos conductores del calor y la
electricidad.
Poseen alta dureza, alta densidad y alto punto de fusión
Tienen tendencia a formar cationes cuando reaccionan
con los no metales. Salvo algunos que poseen muy baja
reactividad y que se conocen como metales nobles como
el oro y el platino
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No Metales Son los átomos que se encuentran a la derecha y
arriba en la tabla periódica.
No poseen brillo, son malos conductores del calor y
la electricidad.
Poseen baja densidad y bajos puntos de fusión y
ebullición, generalmente son gaseosos a
temperatura ambiente.
Tienen tendencia a formar aniones
Metaloides
En algunas oportunidades se comportan como
metales y en otras se comportan como no metales
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Consideremos el siguiente esquema de la tabla periódica
H
NO
METALES
Gases
Nobles
METALES
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La escalera roja divide los metales (abajo y a la izquierda) y los
no metales (arriba y a la derecha)
Los metaloides son los elementos que se encuentran cercanos a
esa escalera roja
El H (hidrógeno) es un no metal a pesar que su ubicación sea a la
izquierda de la escalera roja
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