teoria atomica segundo modulo. democrito: filosofo griego que formulo la idea de una partícula...

TEORIA ATOMICA

SEGUNDO MODULO

• Democrito: filosofo griego que formulo la idea de una partícula diminuta e indivisible de la cual esta formada la materia, dicha Particula fue llamada átomo (sin división)

Democrito de Abdera

Ideas griegas•El ser son los átomos, que son infinitos y no tienen entre sí diferencias cualitativas (sólo se diferencian por su orden, figura y posición).• El átomo, que llena una porción de espacio, es eterno e indestructible. Los átomos se mueven en el vacío, el cual es el lugar del movimiento. •El movimiento no les viene a los átomos desde afuera. El movimiento les pertenece desde toda la eternidad de un modo mecánico, con un orden causal riguroso que excluye el azar. “Todo acontece por razón y necesidad.”• Todas las cosas están conformadas por átomos, incluso las almas (formadas por los átomos de movimiento más rápido).”

Dalton: el padre de la teoria atomica

•Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas, e indivisibles llamadas átomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso químico.

•Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad física o química.

•En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo cambian su distribuición.

Ley de las proporciones múltiples

• Los compuestos químicos están formados por "atómos de compuesto" (moléculas), todos iguales entre sí;

• Cuando dos o más átomos de diferentes elementos se combinan para formar un mismo compuesto lo hacen siempre en proporciones de masa definidas y constantes.

NaCl

H2O

Tubo de rayos catódicos

Un pastelito??

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-

-

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+-

Thomson, descubrió la carga eléctrica negativa del átomo, concibió a este como un continuo de carga positiva con partículas positivas embebidas en el, como pasas en un pastel.

Con esto el átomo deja de ser indivisible y además adquiere carácter eléctrico

El atomo sigue siendo eléctricamente neutro

Rutherford..el alumno supera al maestro…

Rutherford fue discípulo de Thomson, desarrollo un modelo en el cual el átomo no es una esfera sólida, sino que esta compuesto de un pequeño núcleo de carga positiva alrededor del cual giran los electrones como en un sistema planetario

+

-

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+

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--

El átomo ya no es sólido sino que tiene espacios vacíos entre sus componentes, además los electrones están en movimiento…el movimiento provoca campos

eléctricos y esto a su vez implica energía

Experimento de Rutherford

Los niveles de energia

+

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-+

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--

-

basado en los trabajos de Max Plank, Niels Bohr propuso un nuevo modelo atómico, en el cual introduce el concepto de cuantización de la energía, Bohr propone trayectorias circulares y niveles energéticos cuantizados, aquí aparece el número cuántico

principal n, que determina un nivel de energía.

Niels Henrik David Bohr

El espectro electromagnético

Una pequeña mejora

Arnold Sommerfeld mejoró el modelo de Bohr proponiendo orbitas elipticas con lo que nace el segundo

número cuantico l, que da lugar a la forma del orbital

Max Born

Schroedinger

El modelo de Born-Schroedinger

El modelo de Born-Schroedinger

++

Erwin Schrodinger creador de la mecánica ondulatoria y Max Born plantearon un nuevo modelo atómico, basado en Regiones Espacio-Energéticas de Manifestación Probabilística Electrónica (reempe). Dicho modelo atómico, da cabida a un tercer número cuantico, m, que toma en cuenta el impulso magnético del electrón y da posición espacial a los distintos orbitales.

Los neutrones

J. Chadwik descubrió en 1932 los neutrónes, partículas sin carga que se encuentran en el núcleo del átomo. Según Chadwick, los neutrones ayudan a mantener la estabilidad del núcleo, minimizando las fuerzas de repulsión entre protones

Línea del tiempo

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+-

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+

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-+

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-++

300 A.C

18081887

1911

19331913

Particulas subatomicas…el nucleo

• El átomo está compuesto de protones, neutrones y electrones.

• El Núcleo aglutina casi toda la masa del átomo y contiene los protones y neutrones,

• El protón tiene una masa de 1.673 x10-24 g, y una carga unitaria de 1.602 x 10-19 C.

• El neutrón el ligeramente más pesado que el protón con una masa de 1.675 X10-24 g, pero no tiene carga.

Partículas subatomicas…los electrones

• El electrón tiene una masa relativamente pequeña de 9.79 X 10-28 g. (1/1836 veces la del protón) y una carga de

–1.602 X 10-19 C. (igual en carga pero de signo opuesto a la del protón).

• La nube de carga electrónica constituye casi todo el volumen del átomo, pero, sólo representa un pequeña parte de su masa.

Numero atómico

• El numero atómico es el numero de PROTONES que tiene un átomo

Por ejemplo el Li, cuyo numero atómico es el 3, posee tres protones en el núcleo

Isótopos

• El numero de neutrones en un átomo no siempre es igual, por ejemplo, el carbono (C) siempre tiene 6 protones pero puede tener 6, 7 u 8 neutrones en el núcleo, cada tipo de átomo del mismo elemento recibe el nombre de isótopo

Isotopos del Carbono

• C12: 6 protones + 6 neutrones,

98.89 % de abundancia en la naturaleza.

• C13: 6 protones + 7 neutrones,

1.11 % de abundancia en la naturaleza.

• C14: 6 protones + 8 neutrones,

menor al 0.01 % de abundancia en la naturaleza.

Peso atomico

• Es en principio la suma del peso de protones mas el peso de los neutrones que tiene un átomo, el peso atómico reportado en la tabla periódica, es el promedio ponderado de los pesos atómicos de los isótopos de cada elemento

• El peso atómico esta dado en unidades de masa atómica (uma)

1 UMA = 1.66 X 10-27 kg

Isotopos del Carbono

• C12: 6 protones + 6 neutrones,

P.A.: 12 UMA,

98.89 % de abundancia en la naturaleza.

• C13: 6 protones + 7 neutrones,

P.A.: 13 UMA,

1.11 % de abundancia en la naturaleza.

• C14: 6 protones + 8 neutrones,

P.A.: 14 UMA,

menor al 0.01 % de abundancia en la naturaleza.

El peso molecular de una sustancia, es la suma de los pesos atómicos de los átomos que la conforman.

Ejemplo: H2O

P.M = (1.008 x 2) + 15.99 = 17.998

Peso molecular

El numero de Avogadro

• No. De avogadro = 6.02 X 1023

• Un at-g (atomo-gramo) es un numero de Avogadro de átomos

• Un mol es un numero de Avogadro de moleculas

• Ejemplo: En una docena de huevos, hay 12 huevos

• En un at-g de carbono hay 6.02 X1023 átomos de carbono

• En un mol de H2O hay 6.02 X 1023 moléculas de H2O

Si no me cree calcúlelos….

• El peso atomico en uma de un atomo de un elemento es igual al peso en g de un at-g de ese elemento

• El peso molecular en uma de una molecula de un compuesto es igual al peso en g de un mol de ese elemento

Energía de los electrones

Segundo modulo

La energía en los electrones del átomo

• Ya se menciono que los electrones se mueven alrededor del átomo, el movimiento electrónico es una de las manifestaciones de la energía, tal como la energía cinética que tiene que ver con la velocidad del electrón.

• “no se puede conocer la velocidad y posición del electrón simultáneamente”

• Principio de incertidumbre de Heisenberg

• “..no se puede conocer la velocidad y posición del electrón simultáneamente..”

Principio de incertidumbre de Heisenberg

Paquetes de la energía

• En 1900 Planck propuso que la emisión de energía por radiación, se emitía en forma de “paquetes” o “quantos” también llamados fotones

La energía de Einsten

E = hDonde:

• E es energía,

• h es la constante de Planck = 6.33x10-34 Js

• y la frecuencia de la radiación.

Emisión de energía electromagnética (luz)

Si un electrón se mueve de un nivel de energía a otro de menor energía…se emitirá luz

Absorción de energía electromagnética (luz)

Si un electrón se mueve de nivel de energía a otro de mayor energía…se absorberá luz

Que energía tiene el nivel??

• Bohr estimó una ecuación con base al átomo de hidrógeno para calcular la energía de un nivel dado.

E = = 22me4

n2h2

-13.6 eV

n2

Cuanta energia se pierde o gana?

• Ejemplo:• Para el nivel de energia 4, n =4• Para el nivel de energia 3, n = 3

E4 = -13.6 eV

42

E3 = -13.6 eV

32E4 - E3 =

-13.6 eV

42- 32

E = -13.6 eV

nf2- ni

2

En = -13.6 eV

n2

Subniveles de energía

• Arnold Somerfeld, estudió la teoría de la relatividad de Albert Einstein, y realizó modificaciones al modelo atómico de Bohr, planteando formas distintas para los orbitales cuantizados de Bohr

Subniveles de energía

• Schroedinger y Born, plantearon las Regiones espacio energéticas de manifestación probabilística electrónica.

• Dichas regiones son subniveles de energía para cada nivel dado, y tienen una forma geométrica espacial determinada por la probabilidad de encontrar un electrón en dicha región,

Números cuánticos

• Son un conjunto de parámetros que describen la posición y la energía de un electrón en un átomo

El numero cuántico principal n• El numero cuántico n indica el nivel de

energía en el cual se encuentra el electrón

n = 1,2,3,4…..

El numero cuántico l secundarioo azimutal

• El numero cuantico l determina la forma de la reempe.

l = 0,1,2,3…(n-1)Ejemplo: Para n =3

l puede tomar los valores 0,1 o 2, cada valor, representa una forma diferente de

orbital

El numero cuántico m• Es el número cuántico de orientación o de

impulso magnético. Se relaciona con el número de orientaciones espaciales del subnivel,

m = -l hasta lEjemplo: Para l =1

m puede tomar los valores -1,0, 1Cada valor representa una orientación diferente

para orbitales de la misma forma

El numero cuántico s o espin

• Describe la probabilidad de aceptación de un electrón en un orbital, está relacionado con el giro del electrón, y adquiere sólo dos valores: ½ y – ½ .

Interpretación simple de los números cuánticos

• Ejemplo 1: un electrón que esta en el nivel 1• n = 1• l = 0, hasta n-1, • n -1 = 0 por lo que l solo puede valer 0

Osea que para el nivel 1, la región (orbital) donde puede moverse el electrón solo puede adquirir una forma geométrica, especificamente una esféra, dicha region recibe el nombre de orbital

“s”

Forma del orbital atómico s

• Ahora bien, l = 0…., • m = -l, 0, l • Por lo que m solo puede valer 0

o sea: la esfera u orbital s solo puede tener una orientación espacial.

Finalmente, para nuestro electrón, el

numero cuantico s puede valer -1/2 o 1/2

• Ejemplo 2: un electrón que esta en el nivel 2

• n = 2• l = 0, hasta n-1,…. n-1 = 1

• entonces l puede valer 0, o 1

• O sea que para el nivel 2, la región donde puede moverse el electrón puede adquirir dos formas geométricas,

• Para el caso de l = 0 (orbital s), el numero m solo puede valer 0, es decir solo una orientación espacial.

• Para el caso de l = 1 (orbital p), m puede valer -1, 0 o 1, o sea tres posiciones espaciales

m = 1

x

y

z

m = -1

x

y

z

m = 0

x

y

z

Otros orbitales

• Cuando n = 4,• l = 0,1, 2 o 3

• En los casos l = 0 y l =1, sabemos que

tendremos orbitales s y p• En el caso l = 2 tendremos además

orbitales d

Forma y orientaciones espaciales del orbital d (l = 2)

m = 1

zx

y

m = -1

zx

y

m = 2

zx

y

m = 0

zx

y

zx

y

m = -2

• Cuando l = 3, se tienen 7 orbitales tipo f

Forma y orientaciones espaciales del orbital f (l = 3)

m = -3 m = -2 m = -1

m = 0

m = 1 m = 2 m = 3

Electrones en los orbitales

• Ya se menciono que los orbitales son también regiones donde es probable encontrar los electrones moviéndose alrededor del núcleo atómico

• Los electrones pueden moverse en dichas regiones pero con ciertas limitantes:

Reglas para el llenado de orbitales

• Los orbitales atómicos son ocupados por los electrones en orden ascendente de energía, es decir, primero, se llenaran los orbitales de los niveles mas bajos de energía

• En caso de que haya mas de un orbital con la misma energía, primero se llenaran parcialmente los orbitales con un electrón cada uno y si es necesario se acomodaran dos electrones por orbital

• Si dos electrones ocupan el mismo orbital, deberán tener spín opuesto (principio de exclusión de Pauli)

Configuración electrónica

• Es la manera en como están acomodados en los diferentes niveles y subniveles los electrones de un átomo

Ejercicios

• Realice la configuración electrónica de los siguientes elementos:

• Na11

• Ti22

• Al13

• F9

• Ne10

Tabla periódica

Segundo modulo

El padre de la Tabla periódicaEncontró que algunos elementos, comparten propiedades que se repiten en forma periódica.

La organización permitió predecir propiedades de elementos que aun no se habían descubierto

Dimitri Ivanovich Mendeleiev

Trabajos similares… hay que apurarse a publicarlos

Trabajo en forma independiente y simultanea con Mendeleiev, por su parte publico una organización periodica de los elementos

Lotan Meyer

a. Lenntech.com, Tabla periodica, dsiponible en: http://www.lenntech.com/espanol/tabla-periodica.htm

periodos

GRUPOS

Radio atomicoElectronegatividad

Configuración electrónica, números cuánticos y tabla periódica

Mg12

1s 2s 2p 2p 2p 3s

En que periodo esta??? Cuantos niveles de energia ocupa ???

En que grupo esta??? Cuantos electrones hay en su ultimo nivel ???

3

2

Ejemplos…..

• Intente con otro elemento de los grupos A……

• Intente ahora con un elemento del grupo B

AAAAhh verdad…. Por que cree que se llaman de transición??

Mas ejercicios

A que grupo y periodo pertenece?

Es un buen conductor del calor y la electricidad?

Por que???

Un atomo tiene 15 electrones y 15 neutrones en su estado basal, prediga lo siguiente:

•configuracion electrónica

•Clasificacion del elemento

•Numero atomico

•Peso atomico