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Área de Química 2008 Estructura Atómica Lic. Raúl Hernández Mazariegos http://rhermazariegos.wordpress.com/ http://raulher.wordpress.com http://raulherqg.wordpress.com http://medicina.usac.edu.gt/quimica/ Contenidos www.rhermazariegos.wordpress.com 1 Átomo 2 Núcleo, nube de electrones 3 Partículas subatómicas 4 No. atómico y No. másico 2 Área de Química Átomo www.rhermazariegos.wordpress.com Átomo definición 1 En física y química, 2 componente más átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico ... es.wikipedia.org/wiki/Át omo pequeño de un elemento químico que retiene las propiedades asociadas con ese elemento. www.astrocosmo.cl/glo sario/glosar-a.htm 3 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com Los átomos son extremadamente pequeños. Han sido fotografiados con: microscopios electrónicos microscopios de barrido de tunel y microscopios de fuerza atómica. Átomos de una superficie de oro Obtenida con un microscopio de Fuerza atómica. Animación de átomos fotografiados con microscopio de barrido de tunel 4 Área de Química Estructura www.rhermazariegos.wordpress.com 5 Área de Química Tabla de Partículas Fundamentales www.rhermazariegos.wordpress.com Partícula Electrón Protón Neutrón Masa (uma) Masa (gramos) Carga* (culombios) 0,000549 (5,49 10-4) 1,00728 9,1095 10-28 -1,6 10-19 1,00867 1,6750 10-24 0 1,6726 10-24 +1,6 10-19 * 1,6 10-19 Culombios = 1 unidad 6 Área de Química Tamaño del átomo www.rhermazariegos.wordpress.com Los átomos tienen un diámetro de 0.1-1.0 nm El núcleo (donde estan lo protones y neutrones) tiene un diámetro de alrededor de 10-15 m. 7 Área de Química El átomo de Bohr www.rhermazariegos.wordpress.com 1 2 3 Bohr fue capaz de predecir con precisión los niveles de energía del átomo de hidrógeno. Él dedujo que átomos multielectrónicos tendrían electrones colocados en los niveles de energía descritos en esta teoría. Debería existir un número máximo de electrones en cada uno de estos niveles. 8 Área de Química Electrones en niveles de energía www.rhermazariegos.wordpress.com El número máximo de electrones en un nivel de energía es 2n2 Nivel 2n2 1 2 3 4 2(1)2 2(2)2 2(3)2 2(4)2 Número máximo de electrones 2 8 18 32 9 Área de Química Diagrama de Bohr www.rhermazariegos.wordpress.com Enlaces Químicos Elec. De Valencia Diagramas Las ilustraciones de los electrones en niveles de energía se llaman Diagramas de Bohr. Los electrones en los niveles externos se llaman electrones de valencia. 10 Los electrones de valencia estan implicados en la formación de enlaces químicos. Área de Química Diagramas de Bohr www.rhermazariegos.wordpress.com 11 Área de Química Núcleo www.rhermazariegos.wordpress.com Núcleo: Es la región central muy pequeña de un átomo donde se concentra su masa. 12 Área de Química Electrones de valencia www.rhermazariegos.wordpress.com Electrones internos: poca influencia en reacciones químicas Electrones de valencia: responsables de las propiedades químicas 13 Área de Química Número Atómico y Número de Masa www.rhermazariegos.wordpress.com Número Atómico identifica el átomo de un elemento. Es igual al número de protones en el núcleo. Número de Masa es igual al número de protones más el número de neutrones en el núcleo. Aproximadamente igual a la masa de un átomo en Unidades de Masa Atómica (uma). 14 Área de Química Notación isotópica www.rhermazariegos.wordpress.com A Z X C A – Número de masa = Nº Total Protones y Neutrones Z – Número atómico = Nº Total Protones o de Electrones C – Carga X – Símbolo del elemento A protones neutrones neutrones A protones 15 Área de Química Ejemplo www.rhermazariegos.wordpress.com En la notación 146C : El número atómico, Z es 6 El número de masa, A es 14 El número de protones es 6. El número de neutrones puede ser calculado de la fórmula A = N + P; N = A - P N = 14 - 6 = 8 neutrones. 16 Área de Química Isótopos y Peso Atómico www.rhermazariegos.wordpress.com Isótopos: Son átomos del mismo elemento que difieren únicamente en el número de neutrones en el núcleo. Masa atómica: También se conoce con el nombre de peso atómico. Es una masa relativa promedio de los isótopos de un elemento, basados en un valor de la masa atómica del C-12 exactamente igual a 12 uma. 17 Área de Química Ejemplo de isótopos www.rhermazariegos.wordpress.com isótopo Nº protones Nº electrones Nº neutrones protio 1 1 0 H deuterio 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 3 1 H H tritio 18 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com Dos isótopos son dos átomos de un mismo elemento que difieren en el número másico A, es decir, tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones. Isótopo Z A Nº Protones Nº Neutrones Uranio 235 92 235 92 143 Uranio 238 92 238 92 146 19 Área de Química Diagramas de Bohr www.rhermazariegos.wordpress.com 20 Área de Química Peso Atómico www.rhermazariegos.wordpress.com Es el peso promedio de todos los isótopos de un elemento en relación con el peso de un átomo del isótopo más común del carbono (12C) al cual, por convención, se le asigna el valor entero de 12; iguala aproximadamente al número de protones más neutrones del núcleo de un átomo. 21 Área de Química Nube electrónica o envoltura www.rhermazariegos.wordpress.com Orbital: Es una región del espacio alrededor del núcleo donde existe una alta probabilidad de encontrar electrones. Nivel de Energía: Región del espacio alrededor del núcleo donde se encuentran los electrones y se subdividen en regiones más pequeñas llamadas subniveles y orbitales. Subnivel: Son orbitales que tienen las mismas características dentro de un nivel de energía. 22 Área de Química Los cuatro primeros niveles de energía en el átomo de hidrógeno www.rhermazariegos.wordpress.com 23 Área de Química División de niveles en subniveles www.rhermazariegos.wordpress.com 24 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com La energía en el átomo esta cuantizada, es decir que su distribución es en forma discreta como si fuera una escalera. 25 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com No se puede estar en una posición intermedia (entre el peldaño 1 o peldaño 2, por ejemplo). (a) representa una distribución continua de energía. (b) representa una distribución de energía cuantizada tal como se manifiesta en el átomo. 26 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com SUBNIVEL Cada subnivel contiene uno o más orbitales. ORBITAL SPIN Cada orbital puede contener uno o más electrones Cada electrón en un orbital debe tener “spines” opuestos. 27 P. DE PAULI Cada electrón en un átomo debe tener un único número cuántico principal, subnivel, orbital y spin. Área de Química División de subniveles en orbitales www.rhermazariegos.wordpress.com 28 Área de Química Orbitales “s” www.rhermazariegos.wordpress.com 29 Área de Química Orbitales “p” www.rhermazariegos.wordpress.com 30 Área de Química Diagrama de los primeros 2 niveles de energía www.rhermazariegos.wordpress.com 31 Área de Química Combinación de los 3 orbitales “p” www.rhermazariegos.wordpress.com 32 Área de Química Tamaños de los orbitales “s” www.rhermazariegos.wordpress.com 33 Área de Química Orbitales “d” www.rhermazariegos.wordpress.com 34 Área de Química Orbitales s, p y d en conjunto www.rhermazariegos.wordpress.com 35 Área de Química Orbitales f www.rhermazariegos.wordpress.com 36 Área de Química Modelo mecánico-cuántico del átomo www.rhermazariegos.wordpress.com Un orbital atómico es un volumen del espacio en el cual pueden residir los electrones, por lo tanto, los orbitales se pueden traslapar unos con otros. 37 Área de Química Configuración electrónica www.rhermazariegos.wordpress.com Configuración Electrónica: Es una descripción de la distribución de los electrones en un átomo, indicando los niveles de energía y orbitales que ocupan. Electrones Externos: Son los electrones de la última capa o nivel de un átomo, que determinan la química del elemento. Arreglo de los electrones en los niveles de energía: Se ha determinado que el máximo número de electrones en cada nivel es igual a 2n2 38 Área de Química Regla diagonal www.rhermazariegos.wordpress.com El orden de llenado de los subniveles es de acuerdo a su nivel de energía creciente. Para establecer el orden de llenado de los subniveles se puede seguir la Regla Diagonal. 39 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com Regla de Hund: Un electrón no puede llenarse con dos electrones, hasta que todos los que tengan menos energía o energía equivalente, posean por lo menos un electrón cada uno. Principio de Exclusión de Pauli: Para que dos electrones ocupen el mismo orbital deben tener “spines”opuestos. +1/2 flecha hacia arriba. -1/2 flecha hacia abajo. 40 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com El número máximo de electrones que pueden ocupar un orbital es de dos. El movimiento de cualquier partícula cargada genera un campo magnético. el spin de los electrones puede ser en el sentido de las agujas del reloj (+1/2) o en contra del sentido de las agujas del reloj (-1/2) alrededor de un eje imaginario. El electrón tiene polos magnéticos norte y sur. Estos campos magnéticos se compensan parcialmente para la repulsión eléctrica. 41 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com El spin del electrón alrededor de un eje imaginario genera un campo magnetico imaginario. 42 Área de Química Configuración electrónica www.rhermazariegos.wordpress.com Configuración electrónica del Número de electrones 2 2 6 1 1s 2s 2p 3s Nivel de energía Subnivel de energía 43 11Na Electrón de valencia Área de Química Subniveles de energía www.rhermazariegos.wordpress.com 44 Área de Química Diagrama Orbital del Níquel www.rhermazariegos.wordpress.com Diagrama Orbital 4f ______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ 6s ______ Ni 5p ______ ______ ______ 4d ______ ______ ______ ______ ______ 28 electrones 5s ______ 4p ______ ______ ______ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 3d ______ ______ ______ ______ ______ 4s ______ [Ar] 4s23d8 3p ______ ______ ______ Electrón Diferencial es el último electrón entra en la configuración electrónica. 3s ______ 2p ______ ______ ______ 2s ______ 1s ______ 45 Área de Química Tipos de Configuración Electrónica www.rhermazariegos.wordpress.com 2 2 2 x 2 y 1 z Desarrollada: 1s 2s 2 p 2 p 2 p 2 2 5 1 s 2 s 2 p Semidesarrollada: 2 5 He 2 s 2 p Abreviada: 46 Área de Química Contenidos www.rhermazariegos.wordpress.com 1 Grupos y periodos en la tabla 2 Clasificación de los elementos 3 Electronegatividad 4 Aplicaciones y ejercicios 47 Área de Química Periodos de elementos www.rhermazariegos.wordpress.com Los Periodos de elementos son las filas horizontales de la tabla periódica. Las propiedades de los elementos varían de izquierda a derecha a lo largo de la tabla periódica. En la izquierda, la tabla periódica inicia con unos metales muy reactivos, y en el lado derecho se ubican los no metales que terminan cada periodo con un gas noble no reactivo. 48 Área de Química Grupos y familias www.rhermazariegos.wordpress.com Las columnas verticales de elementos en la tabla periódica son llamadas grupos o familias. Los elementos en el mismo grupo o familia tienen propiedades químicas similares. Los elementos representativos pertenecen a los dos primeros grupos y los últimos seis. Estos son designados como grupos “A” o grupos 1,2,13-18. 49 Área de Química Grupos y Periodos www.rhermazariegos.wordpress.com Las propiedades periódicas explican la similitud en reactividad. Grupos Periodos 50 Área de Química Metales, no-metales y metaloides www.rhermazariegos.wordpress.com Metales – sustancias brillosas, opacas, buenos conductores del calor y la electricidad, maleables, dúctiles. Ejemplo: Cu. Lado izquierdo de la tabla. No-metales – no conducen la electricidad o calor, no maleables o dúctiles. Ejemplo; C. Lado derecho de la tabla. Metaloides – Elementos que tienen propiedades de ambos metales y no metales. Débiles conductores de la electricidad. Ejemplo: Si. 51 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com Tabla periódica de los elementos, muestra la división entre metales, no-metales y metaloides. 52 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com Groupo 1: metales alcalinos. Groupo 2: metales alcalinotérreos. Groupo 7: halogenos. Groupo 8: gases nobles. Elementos de transición – IIIB-IIB. Elementos de transición interna – lantánidos y actínidos. 53 Área de Química www.rhermazariegos.wordpress.com 54 Área de Química Electronegatividad www.rhermazariegos.wordpress.com 1 Capacidad que tiene un átomo de atraer electrones comprometidos en un enlace. 2 Los valores de E.N. Son útiles para predecir el tipo de enlace que se puede formar entre átomos de diferentes elementos. 55 Área de Química Valores de Electronegatividad www.rhermazariegos.wordpress.com H 2.1 Elemento más electronegativo Li Be 1.0 1.5 B C N O F 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg 0.9 1.2 Al Si P S Cl 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.8 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 1.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Ac Th Pa U Np – Lw 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.3 Elemento menos electronegativo 56 Área de Química Área de Química 2008 Lic. Raúl Hernández Mazariegos http://rhermazariegos.wordpress.com/ http://raulher.wordpress.com http://raulherqg.wordpress.com http://medicina.usac.edu.gt/quimica/
