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Química Unidad 3: Estructura atómica Fundamentos del átomo Localización adentro Partícula Carga Masa el átomo protón 1+ en núcleo ~1 a.m.u. neutrón 0 en núcleo ~1 a.m.u. electrón 1 núcleo que se ~0 a.m.u. mueve en órbita a.m.u.: unidad usada para medir la masa de alrededor átomos número atómico: # de p+ -- el número entero en la tabla periódica -- determina identidad del átomo número total: 10 Ne 20.1797 (# de p+) + (# de n0) (No está en “el Table.") Para encontrar la carga neta en un átomo, ep+considerar __ y __. ion: un átomo cargado anión: ion de a (-) catión: ion de a (+) -- más e- que p+ -- más p+ que e- -- formado cuando -- formado cuando aumento e de los átomos los- átomos pierden ePienso anione ser negativo iones eso s . “Cuando veo un catión, veo un ion positivo; es decir, C A + ion.” Descripción Red Carga Atómico Número Masa Número Ion Símbolo 15 p+ 16 n0 18 e- 3 15 31 P3 38 p+ 50 n0 36 e- 2+ 38 88 Sen ior2 + 52 p+ 76 n0 54 e- 2 52 128 Te2 19 p+ 20 n0 18 e- 1+ 19 39 K1+ Isótopos: diversas variedades de los átomos de un el -- tener diff. #' s de n0; así, diff. masas -- algunos son radiactivos; otros no son Todos los átomos de un elemento reaccionan iguales, q p+ n0 Nombre común H-1 Masa 1 1 0 protium H-2 2 1 1 deuterio H-3 3 1 2 tritio Isótopo Átomos C-12 6 p+ 6 n0 estable Átomos C-14 6 p+ 8 n0 radiactivo Isótopos radiactivos: tener demasiados o demasiado El núcleo intenta lograr un más bajo estado de energía lanzando extraordinariamente energía radiación como ________. e.g., a - o b - partículas, rayos del g período: la época necesaria para ½ de un radiactivo muestra a decaer enC-14: materia e.g., -- elestable período es 5.730 años -- decae en N-14 estable Decir que 120 g la muestra de C-14 es encontrado hoy. = C-14 = N-14 Años de ahora en adelante 0 g de C-14 presente 120 g de N-14 presente 0 5.730 60 30 60 90 15 7.5 105 11.460 17.190 22.920 112.5 Terminar la designación atómica … da el Info exacto sobre una partícula atómica masa # carga elemento (eventualment símboloe) atómico # 125 53 Bocio debido a carencia del I 1 el yodo ahora está agregado Protones Neutrone s Electrone s 92 146 92 11 34 27 17 25 12 45 32 20 30 10 36 24 18 18 Completo Atómico Designación 238 U 92 23 11 79 34 59 27 37 17 55 25 Na SE Co Cl Ma ng 1+ 2 3+ 1 7+ Desarrollo histórico del modelo atómico Griegos (~400 B.C.E.) Democritus y Leucippus La materia es discontinua (es decir, “granoso "). Modelo griego del átomo Indirectas en el átomo científico ** Antonio Lavoisier: ley de la conservación de la masa ** José Proust (1799): ley de proporciones definidas: cada el compuesto tiene una proporción fija e.g., agua .......................... 8 g O: 1 g H óxido del cromo (ii) ....... Cr de 13 g: 4 g O Indirectas en el átomo científico (cont.) ** John Dalton (1803): ley de proporciones múltiples: Cuando dos diversos compuestos tener mismos dos elementos, iguales masa de los resultados de un elemento adentro múltiplo de número entero de la masa de otra. e.g., agua .......................... 8gO: 1gH 2 peróxido de hidrógeno ......... 16 g O : 1 g H 3 óxido del cromo (ii) ....... Cr de 13: g4 g O óxido del cromo (vi) ...... Cr de 13: g12 g O Teoría atómica de John Dalton (1808) 1. Los elementos se hacen de las partículas indivisibles llamaron losLos átomos. 2. átomos del mismo elemento están exactamente 3.igualmente; Los compuestos se forman tienen el mismo particularmente, cerca Massachusetts. Dalton el ensamblar de átomos de modelo dos del átomo o más elementos en fijo, cocientes del número e.g., 1:1, 2:1, 1:3, 2:3, 1:2: 1 entero. NaCl, H2O, NH3, FE2O3, C6H12O6 ** Guillermo Crookes (1870s): El causar de los rayos la sombra era emitido de cátodo. CRT de la cruz maltesa pantalla de radar televisión computadora monitor El Thomsons (~1900) J.J. Thomson descubierto ese los “rayos catódicos” son… … desviado por eléctrico y campos magnéticos J.J. Thomson líneas del campo “rayos catódicos” eléctrico Tubo de Crooke … (-) partículas ++++++ -- -- -electrones fosforescente pantalla Guillermo Thomson (a.k.a., señor Kelvin): Puesto que el átomo era sabido para ser eléctricamente neutral, él propuso el modelo del pudín de ciruelo. -- Cantidades iguales de (+) y (-) Señor Kelvin carga distribuida uniformemente en átomo. - ++ ++ + ++ + + ++ - - -- (+) es ~2000X más masivo que (-) (ciruelo pudín) - - - - - - Ciruelo de Thomson modelo del ** James Chadwick neutrones descubiertos en 1932. -- n0 no tener ninguna carga y ser duro de detectar -- propósito de n0 = estabilidad del núcleo Chadwick foto del líquido H2 compartimiento Y ahora sabemos de muchos otras partículas subatómicas: quarks, muons, positrones, neutrinos, piones, etc. Ernesto Rutherford (1909) Experimento de la hoja de oro Viga del a - partículas (+) dirigidas en la hoja de oro rodeada cerca pantalla fosforescente (de ZnS). partícul aa viga fuente plom o ZnS pantall oro hoja La mayoría del a - las partículas pasaron a través, algunos pescadas con caña levemente, y una fracción minúscula despidió detrás. Conclusiones: 1. El átomo es sobre todo espacio vacío. 2. (+) las partículas se concentran en el centro. núcleo = “poca tuerca” 3. (-) núcleo de la órbita de las partículas. Modelo Modelo del depudín Dalton de(también ciruelo de el Thomson Griego) Modelo del Rutherford - + - + + - + + + N + + + +- + - - Modelos atómicos recientes Planck máximo (1900): Propuesto eso las cantidades de energía se cuantifican solamente se permiten ciertos valores Niels Bohr (1913): e puede poseer solamente cantidades determinadas de energía, y puede por lo tanto estar solamente seguro distancias del núcleo. planetario (Bohr) modelo eencontrad o N e- nunca encontrad o aquí Experimento de la la biología, biología usted Para conducir un experimento de necesita 100 ml de la cola por ensayo, y de usted planear conducir Si 1 poder contiene 355 ml de cola, y allí 500 ensayos. son 24 latas en un caso, y las ventas de cada caso para $4.89, y hay los impuestos sobre venta 7.75%… A. ¿Cuántas cajas debe usted comprar? 1 can 1 case 6 casos X cases 50,000 mL cases 5.86 355 mL 24 cans B. ¿Cuánto la cola costará? $4.89 X $ 6 cases $31.61 1.0775 $31.61385 1 case modelo mecánico del quántum modelo de la nube de electrón modelo de la nube de la carga Schroedinger, Pauli, Heisenberg, Dirac (hasta 1940): Según el QMM, nunca sabemos para seguro donde la e- estar en un átomo, pero las ecuaciones del QMM nos dicen la probabilidad que encontraremos electrón en cierta distancia del núcleo. Masa atómica media (masa atómica, AAM) Ésta es la masa media cargada de todos los átomos de un elemento, medido en a.m.u. El Ti tiene cinco naturalmenteisótopos Parade unocurrencia elemento con isótopos A, B, etc.: AAM = masa A (% de A) + B total (% de B) +… % de la abundancia (utilizar la forma decimal de los %; e.g., uso 0.253 para 25.3%) Los átomos Li-6 tienen amu de la masa 6.015; Los átomos Li-7 tienen amu de la masa 7.016. Li-6 compone 7.5% de todos los Baterías de átomos de Li. Li AAM = masa A (% Hallazgo AAM de Li. de A) + B total (% de B) AAM = 6.015 amu del amu (0.075) + (0.925) 7.016 AAM = 0.451 amu + amu 6.490 AAM = amu 6.94 ** El número decimal en la tabla se refiere… masa molar (en g) O EL AAM (en amu). 6.02 x 1023 átomos 1 átomo del “promedio” Isótopo Masa Si-28 Si-29 amu 27.98 amu 28.98 ¿? Si-30 % abundancia 92.23% 4.67% 3.10% AAM = MA (% de A) + MB (% de B) + MC (% de C)= 27.98 (0.9223) + 28.98 (0.0467) + X (0.031) 28.086 28.086 = 25.806 + 1.353 28.086 = 27.159 + 0.031X 0.927 = 0.031X 0.031 X = MSi-30 = amu 29.90 + 0.031X 0.031 Configuraciones del electrón “e- ” Reglas que activan 1. Máximo de dos e- por la pista que activa (es decir, or 2. Orbitarios más fáciles se llenan primero. orbitario orbitario de p orbitario de de s (Rolling Hills) d (llano) (colinas escarpadas ) 3. e- debe ir 100X alrededor. 4. Todos los orbitarios de la dificultad igual deben tener uno - antes de doblar para arriba. e 5. e- en el mismo orbitario debe ir enfrente de maneras orbitarios 2p 6 e-) (3 de éstos, orbitario 3s 2 e-) (1 de éstos, orbitario 2s 2 e-) (1 de éstos, orbitario 4s 2 e-) (1 de éstos, orbitarios 3d 10 e-) (5 de éstos, orbitario 1s 2 e-) (1 de éstos, orbitarios 4p 6 e-) (3 de éstos, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6… 1.2 3.4 5-10 11.12 13-18 19.20 21-30 31-36 orbitarios 3p 6 e-) (3 de éstos, Configuraciones del electrón de la escritura Donde está la e-¿? (probablemente) H 1s1 Él 1s2 Li 1s2 2s1 N 1s2 2s2 2p3 Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Ti 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 Como1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3 Xe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6… Secciones de la tabla periódica a saber sbloquear dbloquear fbloquear pbloquear Tres principios sobre electrones Principio de Aufbau: e- tomará bajo-energía orbitario disponible 3d10… 4s2 3p6 3s2 2p6 2 2s de de la igual-2 para losRegla orbitarios 1s Hund: energía, cada uno debe tener una eantes Friedrich Hund cualesquiera tardan un segundo Principio de exclusión de Pauli: dos e- en el mismo orbitario tener diversas vueltas Wolfgang Pauli Diagramas orbitales … vueltas de la demostración de e- y en que el orbita O 1s 2s 2p 3s 3p 1s 2s 2p 3s 3p P Configuración del electrón de la taquigrafía (S.E Para escribir S.E.C. para un elemento: 1. Poner el símbolo del gas noble que precede elemento en soportes. 2. Continuar la escritura e- config. de ese punto. S [Ne] 3s2 3p4 Co [AR] 4s2 3d7 En [Kr] 5s2 4d10 5p3 Cl [Ne] 3s2 3p5 Rb [Kr] 5s1 La importancia de electrones En “activar sigue” analogía, las pistas representan regiones de espacio donde una e- puede ser en orbitarios: En una e genérica- config (e.g., 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6…): coeficiente # del nivel de energía exponente # de e- en esos orbitarios Generalmente como nivel # aumentos de energía, e-… TENER MÁS ENERGÍA Y SER MÁS LEJANO DE NÚCLEO electrones del núcleo: en niveles de energía internos; cerca de núcleo electrones de la valencia: Él: 1s2 Ne: [Él] 2s2 2p6 en nivel de energía externo IMPLICADO ADENTRO PRODUCTO QUÍMICO -) (2 v.e VINCULACIÓN (8 v.e-) AR: [Ne] 3s2 3p6 (8 v.e-) Kr: [AR] 4s2 3d10 4p6 (8 v.e-) Los átomos del gas noble tienen cáscaras COMPLETAS de la valencia. Son estables, de poca energía, y unreactive. Otros átomos “quieren” ser como los átomos del gas ** Dan lejos o adquieren e-. la tendencia para los átomos “quiere” 8 eregla del octeto: en la cáscara de la valencia -- no se aplica a él, Li, sea, B (que quieren 2) o a H (que quiere 0 o 2) átomo del flúor, F 9 p+, 9 erobar 1 e9 p+, 10 e- átomo de la clorina, C Cómo estar como 17 p+, 17 e¿un gas noble…? robar 1 eF1 El átomo de F algo ser F1 ion. 17 p+, 18 e- Cl1 El átomo del Cl algo ser Cl1 ion. átomo del litio, Li átomo del sodio, Na Cómo estar como 11 p+, 11 e3 p+, 3 e¿un gas noble…? perder 1 e perder 1 e3 p+, 2 e- Li1+ El átomo de Li algo ser Li1+ ion. 11 p+, 10 e- Na1+ El átomo del Na algo ser Na1+ ion. Saber las cargas en estas columnas de la tabla: 1+ 2+ Grupo 1: Grupo 2: Grupo 13: Grupo 15: Grupo 16: Grupo 17: Grupo 18: 1+ 2+ 3+ 3 2 1 0 0 3+ 3 2 1 Nombramiento de los iones El nombre de elemento del uso de los cationes y enton e.g., Ca2+ ion del calcio Cs1+ ion del cesio Al3+ ion de aluminio lusión del cambio de los aniones del nombre de elemento y entonces decir el “ion” e.g., S2 ion del sulfuro P3 ion del fosfuro N3 ion del nitruro O2 ion del óxido Cl1 ion del cloruro Luz Cuando toda la e- estar en el estado de energía posibl de un átomo está en el estado __________. tierra e.g., Él: 1s2 ENERGÍA (CALOR, LUZ, ELÉCTRICOS, ETC.) Si la cantidad “correcta” de energía es absorbida por una “saltar” a un nivel de una energía más alta. Éste es un in estado la condición momentánea llamó el __________. emocionado e.g., él: 1s1 2s1 Cuando e- caídas de nuevo a una bajo-energía, más es orbitario (puede ser que sea el orbitario que comenzó a la fuerza no), átomo lanza la cantidad “correcta” de energía como luz. LUZ EMITIDA Cualquier-viejo-valor de la energ se absorbe o lanzado NO AUTORIZACIÓN. Esto explic las líneas de color en espectro de emisión. Espectro de emisión para un átomo de hidrógeno Serie de Lyman: e- cae al 1r nivel de energía Serie de Balmer: e- cae al 2do nivel de energía Descarga de H tubo, con Serie de Paschen: energía fuente y e cae al 3ro nivel de energía espectroscopio espectro de emisión típico Lyman (ULTRAV IOLETA) Balmer (visible) Paschen (IR) 6TH E.L. 5TH E.L. 4TH E.L. ~ ~ ~ ~ ~ ~ 3RD E.L. 2ND E.L. 1ST E.L.