ESTRUCTURA ATÓMICA
Tema 1
Configuraciones electrónicas
Estructura atómica de la materia
1.
5.
Partículas subatómicas. Origen del Universo
6.
Índice
2.
Hipótesis de Planck
ESTRUCTURA ATÓMICA
Clasificación de los elementos según su estructura electrónica: Sistema Periódico
7.
3.
Modelo atómico de Bohr
Propiedades de los elementos según su posición en el Sistema Periódico
8.
Mecánica cuántica. Hipótesis de DeBroglie. Principio de incertidumbre
4.
1. ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA
ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA
Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. Dalton consideraba al átomo como la partícula material más elemental
Dalton
1. La materia es eléctricamente neutra; en consecuencia, junto a los electrones, debe existir alguna sustancia cargada positivamente. 2. Los electrones pueden ser separados del átomo, lo que no ocurre con la carga positiva. Thomson imaginó el átomo como una esfera sólida compuesta de materia positiva, en cuyo interior se enclavaban el suficiente número de electrones capaces de mantener la neutralidad eléctrica del átomo
Thomson
1. La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva se encuentran en una zona central y muy pequeña llamada núcleo. En esta región se hallan los protones y neutrones.2. Fuera del núcleo están los electrones, en igual número de protones que tenga el núcleo, girando alrededor del núcleo en la corteza electrónica.
Rutherford
Los electrones de la corteza giran alrededor del núcleo describiendo sólo determinadas órbitas circulares.
Bohr
ISÓTOPOS. NÚMERO ATÓMICO (Z). NÚMERO MÁSICO (A).
Se definen isótopos como los átomos de un mismo elemento con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. El número atómico Z expresa el número de protones que hay en el núcleo de un átomo e indica el número de orden que ocupa dicho elemento en la tabla periódica. El número másico A expresa la suma de protones y neutrones que hay en el núcleo de un átomo. La relación entre el número atómico, número másico y número de neutrones de un átomo viene dado por: A = Z + N
Tabla protones, neutrones, electrones
MODELOS ATÓMICOS
hipótesis de planckpostulados de bohr y sommerfeld modelo mecano-cuántico
MODELOS ATÓMICOS
La emisión de energía no es continua, se hace por paquetes ("CUANTOS") cuyo valor es E = h.f
Planck
Efecto fotoeléctrico: a) La luz está formada por partículas elementales sin masa (FOTONES) cuya E = h.f. La energía total de la radiación toma un valor múltiplo de la energía del fotón (La energía está CUANTIZADA). b) El e.f.e. supone interacción entre cada fotón incidente con un electrón del metal, que absorbe la E del fotón y la usa para liberarse del núcleo. Einstein dio a la luz una doble naturaleza onda-corpúsculo.
Einstein
ESPECTROS ATÓMICOS: Son la representación de la descomposición de cualquier radiación luminosa en radiaciones elementales
ESPECTRO DEL HIDRÓGENO: Las líneas espectrales de emisión del H cumplen la fórmula de Rydberg.
MODELOS ATÓMICOS
POSTULADOS DE BOHR: 1. El electrón gira alrededor del núcleo, en órbitas circulares, sin emitir energía. 2. Sólo son posibles determinadas órbitas para un electrón (definidas por el número cuántico principal, n) 3. Cuando el electrón pasa de una órbita a otra, la energía se emite en forma de fotón (E2 - E1 = h.f)
Bohr
Con las mejoras en técnicas espectrales se vio que: - Hay más líneas (l) en una misma órbita (n) - Las líneas se desdoblan en un campo magnético (m) - Las líneas se desdoblan en dos rayas (s) por el giro del electrón
Sommerfeld
MODELOS ATÓMICOS
- La energía sólo toma determinados valores -> está CUANTIZADA - No se puede conocer la posición exacta de los electrones -> sólo su PROBABILIDAD de estar en determinada zona
PRINCIPIO DEBROGLIE - PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG - ECUACIÓN DE SCHRODINGER Si no se puede conocer la posición y velocidad de una partícula, no se puede definir la trayectoria de los electrones -> no se puede hablar de órbitas.
Modelo mecanico-cuántico
Sólo tiene soluciones aceptables para determinados valores de energía, determinada por los valores de los números cuánticos: (n, l, m, s) definen una región del espacio en la que es probable encontrar al electrón (con energía constante) -> ORBITAL
MODELOS ATÓMICOS
Resumen
DALTONLos átomos son las partículas más elementales
EINSTEINDualidad onda-corpúsculo Espectros
THOMSONEl átomo es una esfera positiva donde se incrustan los electrones
BOHRLos electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares
RUTHERFORDLa masa del átomo se concentra en el núcleo. Alrededor del núcleo giran los electrones
SOMMERFELDUna capa se divide en varias órbitas
PLANCKLa energía del movimiento de los electrones está cuantizada.
MODELO MECANO-CUÁNTICOProbabilidad de encontrar al electrón -> Orbitales Números cuánticos: (n, l, m, s)
5. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Los electrones se distribuyen llenando los orbitales de menor a mayor energía.
Al llenar orbitales de igual energía, los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, desapareados.
Principio de mínima energía
La E de los orbitales aumenta según lo hace la suma de los números cuánticos n+l. Si vale lo mismo en dos orbitales, tiene menos E el de menor valor de “n”
regla de máxima multiplicidad de hund
Los subniveles llenos y semiocupados confieren al conjunto del átomo una estabilidad adicional.
orden de llenado de los orbitales
En un átomo no puede haber 2 electrones con los cuatro números cuánticos iguales.
Los dos electrones de cada orbital se representan mediante dos flechas de sentidos opuestos, dentro de un cuadrado.
estabilidad de niveles llenos y semillenos
principio de exclusión de pauli
7. SISTEMA PERIÓDICO
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS SEGÚN SU ESTRUCTURA ELECTRÓNICA
Cada fila se llama periodo. Todos los elementos situados en un mismo periodo tienen el mismo nº de capas o niveles ocupados con electrones en su configuración electrónica fundamental; dicho nº de niveles coincide con el nº de periodo. El sistema periódico está formado por 18 columnas o grupos, que contienen a los elementos con configuración electrónica externa parecida, lo que les da propiedades químicas similares. Estos grupos, a su vez, se suelen unir en bloques, designados con la letra del orbital ocupado con el último electrón (electrón diferenciador).
SISTEMA PERIÓDICO
8. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS
RADIO ATÓMICO
En un grupo, los radios atómicos aumentan a medida que se desciende en el grupo, debido a que el número cuántico principal aumenta y con él el número de capas ocupadas y por tanto también el tamaño de los orbitales ocupados por los electrones más externos. Los elementos de un periodo tienen el mismo número de capas ocupadas, pero varía el número de protones en el núcleo y de electrones en la corteza. Al aumentar las cargas, aumenta la fuerza de atracción entre el núcleo y los electrones, con lo que disminuye el radio atómico.
RADIO IÓNICO
Los cationes son menores que su átomo neutro. Los aniones son mayores que su átomo neutro. Para dos iones isoelectrónicos, tiene menor radio el de mayor número atómico como consecuencia de la mayor fuerza de atracción del núcleo; por ejemplo: r(F-) > r(Na+)
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
es la mínima energía necesaria para separar el electrón más externo de un átomo en estado fundamental, en fase gaseosa y a presión y temperatura estándar.
Cuando descendemos en un grupo, aumenta el número de electrones internos y también lo hace el radio atómico, con lo que aumenta el efecto de pantalla y disminuye la EI. En un periodo, la EI debe aumentar de izquierda a derecha por aumentar la carga del núcleo, siendo siempre la misma capa electrónica la ocupada. Los elementos alcalino-térreos y los nitrogenoideos suponen dos irregularidades: presentan la EI mayor que los elementos situados a su derecha en el sistema periódico, debido a la estabilidad adicional que les da su configuración electrónica.
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
AFINIDAD ELECTRÓNICA
energía intercambiada (que se libera o que es necesario aportar) cuando se añade un electrón a un átomo en estado gaseoso
La tendencia general es que disminuya al descender en el grupo, ya que el electrón que se incorpora lo hace sucesivamente en niveles de nº cuántico principal cada vez mayor, resultando menos atraídos por el núcleo. En un periodo, se produce en general un aumento como resultado del aumento progresivo de la carga nuclear efectiva.
AFINIDAD ELECTRÓNICA
ELECTRONEGATIVIDAD
mide la atracción que UN ELEMENTO ejerce sobre el par de electrones del enlace con otro átomo
Es una propiedad periódica muy relacionada con la AE y con la EI y se puede medir hallando la media aritmética de estas dos magnitudes.La variación en el sistema periódico de la EN seguirá las tendencias generales de las anteriores. El carácter metálico y no metálico de los elementos se define en función de su electronegatividad. Un elemento se considera metal si cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a ganarlos; por tanto, los metales son poco EN.
ELECTRONEGATIVIDAD
RESUMEN PROPIEDADES PERIÓDICAS
RADIO ATÓMICO
ELECTRONEGATIVIDAD
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
AFINIDAD ELECTRÓNICA
Cuanto más EN, menos carácter metálico
Si comparamos iones: cuanto más negativo, más radio
¿Alguna duda?
¡GRACIAS!
Ejercicios
Estructura atómica
Yolanda BG
Created on April 26, 2020
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ESTRUCTURA ATÓMICA
Tema 1
Configuraciones electrónicas
Estructura atómica de la materia
1.
5.
Partículas subatómicas. Origen del Universo
6.
Índice
2.
Hipótesis de Planck
ESTRUCTURA ATÓMICA
Clasificación de los elementos según su estructura electrónica: Sistema Periódico
7.
3.
Modelo atómico de Bohr
Propiedades de los elementos según su posición en el Sistema Periódico
8.
Mecánica cuántica. Hipótesis de DeBroglie. Principio de incertidumbre
4.
1. ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA
ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA
Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. Dalton consideraba al átomo como la partícula material más elemental
Dalton
1. La materia es eléctricamente neutra; en consecuencia, junto a los electrones, debe existir alguna sustancia cargada positivamente. 2. Los electrones pueden ser separados del átomo, lo que no ocurre con la carga positiva. Thomson imaginó el átomo como una esfera sólida compuesta de materia positiva, en cuyo interior se enclavaban el suficiente número de electrones capaces de mantener la neutralidad eléctrica del átomo
Thomson
1. La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva se encuentran en una zona central y muy pequeña llamada núcleo. En esta región se hallan los protones y neutrones.2. Fuera del núcleo están los electrones, en igual número de protones que tenga el núcleo, girando alrededor del núcleo en la corteza electrónica.
Rutherford
Los electrones de la corteza giran alrededor del núcleo describiendo sólo determinadas órbitas circulares.
Bohr
ISÓTOPOS. NÚMERO ATÓMICO (Z). NÚMERO MÁSICO (A).
Se definen isótopos como los átomos de un mismo elemento con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. El número atómico Z expresa el número de protones que hay en el núcleo de un átomo e indica el número de orden que ocupa dicho elemento en la tabla periódica. El número másico A expresa la suma de protones y neutrones que hay en el núcleo de un átomo. La relación entre el número atómico, número másico y número de neutrones de un átomo viene dado por: A = Z + N
Tabla protones, neutrones, electrones
MODELOS ATÓMICOS
hipótesis de planckpostulados de bohr y sommerfeld modelo mecano-cuántico
MODELOS ATÓMICOS
La emisión de energía no es continua, se hace por paquetes ("CUANTOS") cuyo valor es E = h.f
Planck
Efecto fotoeléctrico: a) La luz está formada por partículas elementales sin masa (FOTONES) cuya E = h.f. La energía total de la radiación toma un valor múltiplo de la energía del fotón (La energía está CUANTIZADA). b) El e.f.e. supone interacción entre cada fotón incidente con un electrón del metal, que absorbe la E del fotón y la usa para liberarse del núcleo. Einstein dio a la luz una doble naturaleza onda-corpúsculo.
Einstein
ESPECTROS ATÓMICOS: Son la representación de la descomposición de cualquier radiación luminosa en radiaciones elementales
ESPECTRO DEL HIDRÓGENO: Las líneas espectrales de emisión del H cumplen la fórmula de Rydberg.
MODELOS ATÓMICOS
POSTULADOS DE BOHR: 1. El electrón gira alrededor del núcleo, en órbitas circulares, sin emitir energía. 2. Sólo son posibles determinadas órbitas para un electrón (definidas por el número cuántico principal, n) 3. Cuando el electrón pasa de una órbita a otra, la energía se emite en forma de fotón (E2 - E1 = h.f)
Bohr
Con las mejoras en técnicas espectrales se vio que: - Hay más líneas (l) en una misma órbita (n) - Las líneas se desdoblan en un campo magnético (m) - Las líneas se desdoblan en dos rayas (s) por el giro del electrón
Sommerfeld
MODELOS ATÓMICOS
- La energía sólo toma determinados valores -> está CUANTIZADA - No se puede conocer la posición exacta de los electrones -> sólo su PROBABILIDAD de estar en determinada zona
PRINCIPIO DEBROGLIE - PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG - ECUACIÓN DE SCHRODINGER Si no se puede conocer la posición y velocidad de una partícula, no se puede definir la trayectoria de los electrones -> no se puede hablar de órbitas.
Modelo mecanico-cuántico
Sólo tiene soluciones aceptables para determinados valores de energía, determinada por los valores de los números cuánticos: (n, l, m, s) definen una región del espacio en la que es probable encontrar al electrón (con energía constante) -> ORBITAL
MODELOS ATÓMICOS
Resumen
DALTONLos átomos son las partículas más elementales
EINSTEINDualidad onda-corpúsculo Espectros
THOMSONEl átomo es una esfera positiva donde se incrustan los electrones
BOHRLos electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares
RUTHERFORDLa masa del átomo se concentra en el núcleo. Alrededor del núcleo giran los electrones
SOMMERFELDUna capa se divide en varias órbitas
PLANCKLa energía del movimiento de los electrones está cuantizada.
MODELO MECANO-CUÁNTICOProbabilidad de encontrar al electrón -> Orbitales Números cuánticos: (n, l, m, s)
5. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Los electrones se distribuyen llenando los orbitales de menor a mayor energía.
Al llenar orbitales de igual energía, los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos, es decir, desapareados.
Principio de mínima energía
La E de los orbitales aumenta según lo hace la suma de los números cuánticos n+l. Si vale lo mismo en dos orbitales, tiene menos E el de menor valor de “n”
regla de máxima multiplicidad de hund
Los subniveles llenos y semiocupados confieren al conjunto del átomo una estabilidad adicional.
orden de llenado de los orbitales
En un átomo no puede haber 2 electrones con los cuatro números cuánticos iguales.
Los dos electrones de cada orbital se representan mediante dos flechas de sentidos opuestos, dentro de un cuadrado.
estabilidad de niveles llenos y semillenos
principio de exclusión de pauli
7. SISTEMA PERIÓDICO
CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS SEGÚN SU ESTRUCTURA ELECTRÓNICA
Cada fila se llama periodo. Todos los elementos situados en un mismo periodo tienen el mismo nº de capas o niveles ocupados con electrones en su configuración electrónica fundamental; dicho nº de niveles coincide con el nº de periodo. El sistema periódico está formado por 18 columnas o grupos, que contienen a los elementos con configuración electrónica externa parecida, lo que les da propiedades químicas similares. Estos grupos, a su vez, se suelen unir en bloques, designados con la letra del orbital ocupado con el último electrón (electrón diferenciador).
SISTEMA PERIÓDICO
8. PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS
RADIO ATÓMICO
En un grupo, los radios atómicos aumentan a medida que se desciende en el grupo, debido a que el número cuántico principal aumenta y con él el número de capas ocupadas y por tanto también el tamaño de los orbitales ocupados por los electrones más externos. Los elementos de un periodo tienen el mismo número de capas ocupadas, pero varía el número de protones en el núcleo y de electrones en la corteza. Al aumentar las cargas, aumenta la fuerza de atracción entre el núcleo y los electrones, con lo que disminuye el radio atómico.
RADIO IÓNICO
Los cationes son menores que su átomo neutro. Los aniones son mayores que su átomo neutro. Para dos iones isoelectrónicos, tiene menor radio el de mayor número atómico como consecuencia de la mayor fuerza de atracción del núcleo; por ejemplo: r(F-) > r(Na+)
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
es la mínima energía necesaria para separar el electrón más externo de un átomo en estado fundamental, en fase gaseosa y a presión y temperatura estándar.
Cuando descendemos en un grupo, aumenta el número de electrones internos y también lo hace el radio atómico, con lo que aumenta el efecto de pantalla y disminuye la EI. En un periodo, la EI debe aumentar de izquierda a derecha por aumentar la carga del núcleo, siendo siempre la misma capa electrónica la ocupada. Los elementos alcalino-térreos y los nitrogenoideos suponen dos irregularidades: presentan la EI mayor que los elementos situados a su derecha en el sistema periódico, debido a la estabilidad adicional que les da su configuración electrónica.
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
AFINIDAD ELECTRÓNICA
energía intercambiada (que se libera o que es necesario aportar) cuando se añade un electrón a un átomo en estado gaseoso
La tendencia general es que disminuya al descender en el grupo, ya que el electrón que se incorpora lo hace sucesivamente en niveles de nº cuántico principal cada vez mayor, resultando menos atraídos por el núcleo. En un periodo, se produce en general un aumento como resultado del aumento progresivo de la carga nuclear efectiva.
AFINIDAD ELECTRÓNICA
ELECTRONEGATIVIDAD
mide la atracción que UN ELEMENTO ejerce sobre el par de electrones del enlace con otro átomo
Es una propiedad periódica muy relacionada con la AE y con la EI y se puede medir hallando la media aritmética de estas dos magnitudes.La variación en el sistema periódico de la EN seguirá las tendencias generales de las anteriores. El carácter metálico y no metálico de los elementos se define en función de su electronegatividad. Un elemento se considera metal si cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a ganarlos; por tanto, los metales son poco EN.
ELECTRONEGATIVIDAD
RESUMEN PROPIEDADES PERIÓDICAS
RADIO ATÓMICO
ELECTRONEGATIVIDAD
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
AFINIDAD ELECTRÓNICA
Cuanto más EN, menos carácter metálico
Si comparamos iones: cuanto más negativo, más radio
¿Alguna duda?
¡GRACIAS!
Ejercicios