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muy bueno
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ESTRUCTURA ATOMICA
Dra. Germaine Jacob A.Dra. Rowena Téllez N.
¿Qué estudia la Química?
La Química es la ciencia que estudia la composición,estructura y propiedades de la materia y los cambios
que ésta sufre.
“Principios de Química: los caminos del descubrimiento”,Atkins, P. y Jones, L., Editorial Médica Panamericana,
Buenos Aires, 3ª edición, 2006
El concepto de átomo
Todo a nuestro alrededor - montañas, mares, árboles, personas, computadores, etc. - está compuesto por unidades simples.
Los antiguos griegos ya tenían esta idea. Ellos suponían que existían4 “elementos” - tierra, aire, fuego y agua- que podían producirtodas las demás substancias si se combinaban en las proporcionescorrectas. Su concepto de “elemento” era similar al actual, pero nosotros sabemos que existen más de 100 elementos químicos,
los cuales se pueden combinar entre ellos, generando los compuestos químicos.
Los elementos y compuestos químicos componen toda la materia inorgánica y orgánica que existe sobre la tierra.
El concepto de átomo
Los griegos se preguntaron qué sucedería si ellos continuarandividiendo la materia en trozos cada vez más pequeños.
¿Existe un punto en el cual deberían detenerse porque los trozosdejarían de tener las mismas propiedades del conjunto, o podrían
continuar dividiendo por siempre?Se sabe actualmente que existe un punto en el cual se debe parar.
La partícula más pequeña que puede existir de un elemento químicose denomina átomo.
El concepto de átomo
El filósofo griego Demócrito (460-370 A.C.), junto con su maestro Leucipo, fueron los fundadores de la escuela “atomista”.
Según ellos, la materia está formada por partículas invisibles eindivisibles, las cuales “no nacen ni mueren” y son eternas.
A estas partículas las denominaron “átomos”, que significa justamente “indivisible”.
Estructura atómica: elementos y compuestos
La materia está constituida por ELEMENTOS QUIMICOS
o por combinaciones de elementos que se denominan COMPUESTOS
QUIMICOS.
ELEMENTOShidrógenooxígenocalciocloro
COMPUESTOSagua H2Oóxido de calcio CaOácido clorhídrico HClsulfato de potasio K2SO4
Estructura atómica: elementos y compuestos
Los elementos están constituidos por átomos idénticos.
Los compuestos están formados por moléculas, que resultan de la combinación de elementos.
El elemento sodio (Na) está formado por átomos desodio, todos idénticos entre sí.
El compuesto ácido sulfúrico (H2SO4) está formadopor moléculas de ácido sulfúrico, que se forman alcombinarse átomos de hidrógeno (H), azufre (S) y oxígeno (O).
Estructura atómica
El primer argumento convincente sobre la existencia de los átomos fue dado en 1807 por el químico inglés John Dalton (1766-1844).
El determinó, por ejemplo, que en toda muestra de agua (H2O) hay 8 gramos de oxígeno por 1 gramo de hidrógeno.
Dalton compartió la idea de los griegos de que los elementos estánconstituidos por átomos, que corresponden a las partículas más
pequeñas que pueden existir y que serían indivisibles.
Teoría atómica de Dalton
• Todos los átomos de un elemento dado son idénticos.
• Los átomos de diferentes elementos tienen masas diferentes.
• Un compuesto químico es una combinación específica de átomos de diferentes elementos.
• En una reacción química, los átomos no se crean ni se destruyen; ellos intercambian “compañeros”.
El modelo de Rutherford (1911)
Experimentos realizados por Lord Ernest Rutherford (1871-1937) ysus estudiantes Hans Geiger y Ernest Marsden, llevaron a
Rutherford a proponer el siguiente modelo:
Rutherford recibió el Premio Nobel de Química en 1908.
• el átomo está formado por un núcleo central y una envoltura.
• el núcleo es un centro puntual, muy pequeño, de alta densidad, y que contiene toda la carga positiva (los protones). • la envoltura es un gran espacio vacío que rodea al núcleo y donde están distribuidos los electrones de carga negativa.
• la carga positiva del núcleo anula exactamente la carga negativa de los electrones circundantes.
Estructura atómica: partículas subatómicas
protones (p+)núcleo neutrones (n0) otras partículas subatómicas
envoltura : electrones (e-)
átomo
los electrones se distribuyen en el espacio alrededordel núcleo, en distintos
niveles de energía, llamados orbitales.
núcleo: cuerpo central diminuto y denso, con carga positiva.
Estructura atómica: partículas subatómicas
PARTICULA SIMBOLO CARGA MASA (Kg) ELECTRICA
protón p+ +1 1,67 x 10-27
neutrón n0 0 1,67 x 10-27
electrón e- -1 9,11 x 10-31
La carga de un protón corresponde a 1,602 x 10-19 coulombs y se le asigna el valor arbitrario +1. La carga del electrón es la
misma, con signo opuesto, es decir, -1.
→ protón y neutrón poseen la misma masa.
→ protón y electrón poseen la misma carga, pero de signo opuesto.
el HIDROGENO tiene 1 solo protón
el HELIO tiene 2 protones
el LITIO tiene 3 protones...
y así sucesivamente hasta llegar al último elemento que tiene 118 protones, y que es el UNUNOCTIUM.
Estructura atómica
Los átomos de los distintos elementos se diferencianen el número de protones del núcleo:
El número atómico corresponde al número de protones, y es lo que identifica al elemento.
Número atómico = Z = número de p+
A la suma de protones y neutrones se le llama número másico.
Número másico = A = p+ + n0
Si X representa a un elemento, tenemos: XZ
A
Estructura atómica: número atómico y número másico
Estructura atómica: número atómico y número másico
Hidrógeno 1 H : 1 protón
Potasio 19 K : 19 protones 20 neutrones
Mercurio 80 Hg : 80 protones 120 neutrones
Estroncio 38 Sr : 38 protones 50 neutrones
Nitrógeno 7 N : 7 protones 7 neutrones
1
14
39
88
200
Estructura atómica: número atómico y número másico
Ejemplo 1: un elemento tiene Z=26 y A= 56.
C. ¿Cuántos protones y neutrones posee?D. ¿Cuántos electrones tiene como elemento en su estado fundamental, no combinado con otros elementos?
A. Si Z = 26, posee 26 protones
Si A = 56, tiene 56 (protones + neutrones)
Como tiene 26 protones, tiene 30 neutrones.
M. Si está en estado fundamental, no combinado, el átomo es una entidad eléctricamente neutra. Si tiene 26 protones (carga +), debe tener 26 electrones (carga -)
Este elemento es el fierro (Fe), caracterizado por su Z=26, es decir, por su número de protones.
Estructura atómica: número atómico y número másico
Ejemplo 2: El zinc (Zn) tiene 30 protones y 35 neutrones.
C. ¿Cuál es su número atómico y su número másico?
E. ¿Cuántos electrones posee como elemento en su estado fundamental, no combinado con otros elementos?
H. Z = número de protones = 30
A = número de protones + neutrones = 30 + 35 = 65
L. Tiene 30 electrones en estado fundamental, no combinado.
Es zinc porque posee 30 protones, es decir, Z = 30.
Estructura atómica: identidad de un elemento
Lo que identifica a un elemento es el número de protones que posee en el núcleo, es decir, su número atómico Z.
El átomo en estado fundamental, no combinado con otros átomos, es una entidad eléctricamente neutra, es decir:
número de protones (+) = número de electrones (-) en el núcleo en la envoltura
Sin embargo, el número de electrones NO SIRVE para identificara un elemento, porque en las reacciones químicas se GANAN o PIERDEN electrones, en cambio, los protones no se modifican.
17Cl
Cl elemental (no combinado): carga 0
Cl en el cloruro de sodio NaCl: carga -1, ganó 1 electrón
Posee 17 protones y 18 electrones.
Principio de incertidumbre de Heisenberg:
“ es imposible conocer simultáneamente la posición y la velocidad del electrón”.
La mecánica ondulatoria o cuántica:
“ todo corpúsculo material tiene asociado una onda”... así el electrón puede ser onda y partícula.
Teoría atómica moderna: los electrones
SCHRÖDINGER (1926) da una solución matemática a la localización de los electrones en un átomo a través
de una ecuación que da la PROBABILIDAD de localización de los electrones en un átomo.
Se llega al concepto de ORBITALES, que representanlas localizaciones donde existe la
MAYOR PROBABILIDAD de encontrar un electrón.
Cada electrón de un átomo queda definido a través de 4 “números cuánticos”.
Teoría atómica moderna: concepto de orbital
1. Número cuántico principal: “n”
→ especifica el nivel de energía potencial ( relacionado con la distancia al núcleo)
→ son números enteros: 1, 2, 3, 4….
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
2. Número cuántico azimutal: “l” (ele)
→ especifica el subnivel de energía → son números enteros: 0, 1, 2, 3 Va desde 0 a n-1 siendo “n” el número cuántico principal.
→ indica la forma del orbital:
l = 0 orbital s l = 2 orbital d
l = 1 orbital p l = 3 orbital f
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
3. Número cuántico magnético: “m”
→ especifica los orbitales individuales dentro de un subnivel (cuántos hay).
→ tiene valores que van entre –l y +l , incluyendo el cero, siendo “l” el número cuántico azimutal.
→ indica la orientación del orbital en el espacio.
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
4. Número cuántico de spin: “s” → especifica la dirección de la rotación del electrón o “spin”.
→ tiene los valores - 1/2 o +1/2.
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
l=2 d
l=1 p
l=0 s
l=1 p
l=0 s
l=0 s
“l”
m=+2 m=+1 m=0 m=-2m=-1
m=0
m=0
m=0
m=-1m=0m=+1
n = 1
n = 2
n = 3
“n” “m”
m=+1 m=0 m=-1
Nivel de energía Subnivel Forma Orientación
1s
2s
2p
3s
3p
3d
(2)
(8)
(18)
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
n = 4
l=0 s
l=1 p
l=2 d
l=3 f
m=0
Nivel Subnivel Forma Orientación
m=+1 m=0 m=-1
m=+2 m=+1 m=0 m=-1 m=-2
m=+3 m=+2 m=+1 m=0 m=-1 m=-2 m=-3
4s
4p
4d
4f
(32)
Teoría atómica moderna: los números cuánticos
Los orbitales s
n=1l=0orbital 1s
n=2l=0,1
para l=0orbital 2s
n=3l=0, 1, 2
para l=0orbital 3s “l”=0 significa orbital s
2s
Los orbitales p
n=2l=0,1
para l=1m=-1, 0, +1
l=1 significa orbitales p
Los orbitales d
n=3l=0, 1, 2
para l=2m=-1, -2, 0, +1, +2
l=2 significa orbitales d
Los orbitales f
n = 4l = 0, 1, 2, 3
para l = 3 m = -3 ,-2, -1 ,0 , +1, +2 ,+3
l=3 significaorbitales f
Configuración electrónica de los átomos
Corresponde a la distribución de los electrones en los orbitales, en torno al núcleo.
Ocurre de acuerdo a ciertas reglas:
1. PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI “ Un orbital puede contener máximo 2 electrones y éstos deben ser de spin diferente”
2. REGLA DE HUND “ Los electrones van ocupando los orbitales de menor a mayor energía” Si los orbitales disponibles son de igual energía, por ejemplo, los 3 orbitales p, un electrón ocupa el px, el siguiente ocupa el py, y el siguiente el pz, es decir, los electrones van quedando “desapareados.” Luego, el siguiente completa el px, etc.
Principio de construcción de Aufbau
Nivel
Sub-nivel1
2
3
4
5
6
7
El llenado de los niveles con los electrones, se realiza en orden de energía creciente.
4s antes que 3d
7s antes que 5f y 6d
6s antes que 4f y 5d
5s antes que 4d y 4f
Configuración electrónica
1H = 1s1
2He = 1s2
3Li = 1s2 2s1
4Be = 1s2 2s2
5B = 1s2 2s2 2p1
Los primeros 5 elementos:
La configuración electrónica del carbono (Z= 6) es
1s 2s 2p 1s 2s 2px 2py
Al ocupar 2 orbitales 2p, px y py los electrones quedan con sus espines paralelos, siendo esto de mayor
estabilidad.
2 2 1 1 2 2 2
Configuración electrónica
y NO 1s2 2s2 2px2
y NO
Configuración electrónica: anomalías
La configuración electrónica del potasio (Z= 19) es
1s2 2s2 2px2 2py2 2pz2 3s2 3px2 3py2 3pz2 4s1
El orbital 4s se llena antes que el orbital 3d.
Calcio (Z=20)
1s2 2s2 2px2 2py2 2pz2 3s2 3px2 3py2 3pz2 4s2
Escandio (Z=21)
1s2 2s2 2px2 2py2 2pz2 3s2 3px2 3py2 3pz2 4s2 3d1
