Víctor Osorio L.

Estructuras atómicas y enlaces.

Ciencia de los Materiales (541524)

Víctor Osorio L.

Átomo son unidades básicas de todos los materiales de la ingeniería.

Núcleo

Electrones

Víctor Osorio L.

Modelo común de átomo sencillo consta de un pequeño núcleo de alrededor de 10(-14) m de diámetro, rodeado de una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable de tal modo que su diámetro es de aproximadamente 10(-10) m.

Núcleo

Electrones

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Masa (g): protón 1,673*10(-24) neutrón 1,675*10(-24) electrón 9,109*10(-28) Carga unitaria (culombios): protón +1,602*10(-19) neutrón no tiene carga electrón -1,602*10(-19)

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Los electrones mas externos son responsables de la mayoría de las propiedades eléctricas, mecánicas , químicas y termias de los átomos.

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Número atómico: indica el número de protones que están en su núcleo. Cada elemento tiene su propio número atómico característico de tal manera que define el elemento. Masa atómica : es la masa en gramos 6,023*10(23) átomos (número de Avogadro).

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mol-gramo (mol): es el número en gramos de ese elemento igual al número que expresa su masa atómica relativa molar. Ej.: un mol-gramo de aluminio tiene una masa de 26,89 g y contiene 6,023*10(23) átomos.

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Estructura electrónica de los átomos Átomo de hidrógeno para el electrón solo se permite ciertas órbitas definidas (niveles energéticos) ; al excitarse a una orbita superior absorbe una cantidad discreta de energía, si el electrón cae a una orbita mas baja emite una cantidad discreta de energía.

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ΔE = h*

h: cte. de Planck

: frecuencia del fotón

C = λ * C: velocidad de la luz λ: longitud de onda de la luz

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Teoría atómica moderna: ecuación de Bohr donde n es el número cuántico principal.

Diagrama de niveles energético para el espectro de las líneas del hidrogeno

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Números cuánticos: número cuántico principal n: representa los niveles de energía principales para el electrón , es alta la probabilidad de encontrar a un electrón. (a mayor valor de n el electrón esta mas alejado del núcleo, mayor es su energía) número cuántico secundario l: especifica los subniveles de energía dentro de los limites de los niveles principales, es alta la probabilidad de encontrar el electrón si ese nivel energético esta ocupado. (subnivel s, p, d y f)

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número cuántico magnético ml : representa la orientación espacial de un orbital atómico, contribuye poco a la energía del electrón, depende del valor de l en un orbital particular y los valores permitidos son de + l a - l incluyendo el cero. número cuántico de spin ms expresa las dos direcciones de spin permitidas para el giro del electrón en torno a su propio eje. Las direcciones son en sentido horario y anti horario y sus valores permitidos son +1/2 y -1/2. Dos electrones pueden ocupar el mismo orbital pero deben tener spines opuestos.

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Tamaño atómico: se considerara cada átomo como una esfera de radio definido. Se sabe que el radio de la esfera no es constante, depende de alguna extensión externa. A medida que a un elemento se le añaden niveles sucesivos con incremento del número cuántico principal, el tamaño del átomo crece.

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Configuración electrónica de los elementos representa la distribución de los electrones en orbitales.

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Máximo de

electrones por cada

nivel atómico

principal.

98

72

50

32

18

8

2

Orbitales electrones

s 2

p 6

d 10

f 14

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Estructura electrónica y reactividad química las propiedades químicas de los átomos de los elementos depende de la reactividad de los electrones más externos.

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Gases nobles las capas exteriores de los gases nobles tiene una configuración s2p6 para la capa más externa, dándole una alta estabilidad química siendo muy estables y menos reactivos químicamente que el resto de los elementos. Esto se demuestra en la incapacidad de reaccionar con otros elementos.

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Elementos electropositivos son metálicos por naturaleza y ceden electrones en las reacciones químicas para producir iones positivos o cationes. El número de electrones cedido por un átomo electropositivo en una reacción es indicado por el número de oxidación positivo.

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Elementos electronegativos son no metálicos en esencia y aceptan electrones en las reacciones químicas para producir iones negativos o aniones. El número de electrones aceptado por un átomo electronegativo en una reacción es indicado por el número de oxidación negativo.

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Electronegatividad : es la capacidad de un átomo para atraer electronos hacia sí. Este concepto ayuda a entender el comportamiento de los enlaces entre los elementos.

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Relación entre estructuras y propiedades químicas.

Metales No Metales

Electrones en niveles externos (3 ó 4).

Cuatro ó más electrones en los niveles externos.

Forman cationes por perdidas de electrones.

Forman aniones por ganancia de electrones.

Baja electronegatividad. Alta electronegatividad.