Estructura Atómica

Bases Químicas

1. Introducción

¿Cuál es la naturaleza fundamental de la materia?

En la antigüedad….

…la materia esta formada por partículas indivisibles: átomo (Democrito, siglo IV AC).

Estudio de gases……existe algo “invisible” (siglo XVII)

Dalton (siglo XVII): estudios a partir de las mediciones de cantidades de materia que reaccionan.

1. Introducción

Postulados de Dalton:

3. Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.

5. Todos los átomos de un elemento son idénticos.

7. Los átomos de un elementos no se transforman en átomos diferentes en las reacciones químicas.

9. Cuando se combinan átomos de mas de un tipo de elemento se originan los compuestos, y este tiene el mismo numero relativo de la misma clase de átomos.

1. Introducción

Leyes involucradas en los Postulados de Dalton:

3. Ley de composición constante (o proporciones definidas) de Proust (1800). La composición de un compuesto puro es siempre la misma.

5. Ley de la conservacion de la materia de Lavoisieur (1750) La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Ley de Dalton (de proporciones múltiples): la proporción de los elementos que forman un compuesto esta en números enteros pequeños.

2. Descubrimiento de la estructura atómica.

Teoría atómica de Dalton: observaciones macroscópicas…..sin embargo, no existian pruebas de la existencia del atomo.

¿Es el átomo indivisible?..........

Estudio de la estructura microscópica del átomo (siglo XIX): tubos catódicos.

Tubos al vacío donde se aplica corriente eléctrica, generándose rayos (llamados rayos catódicos).

2. Descubrimiento de la estructura atómica.

Thomson (1897): Rayos catódicos son desviados por campos eléctricos y magnéticos, y cargaban negativamente a metales……los rayos son particulas con carga negativa y masa…descubrimiento del electron.

Carga del electrón: -1,60 x 10-19 C

Masa del electrón: 9,10x10-28 g (2000 veces mas pequeña que de un átomo de H).

Si hay cargas negativas, hay igual numero de cargas positivas: nube de carga positiva (Modelo de “pudin de pasas” de Thomson)

2. Descubrimiento de la estructura atómica.

El átomo esta compuesto por partículas mas pequeñas.

Rutherford (1911): el átomo es un núcleo positivo (mayor parte de la masa del átomo) rodeado de pequeños electrones negativos. La mayor parte del volumen de átomo es espacio vacío.

2. Descubrimiento de la estructura atómica.

Modelo de Rutherford:

- Partículas positivas: protones.

- Nº electrones = Nº protones

- masa del protón: 1,67 x 10-24 g (1800 veces superior a la del electrón)

- carga del protón: +1,60 x 10-19 C (numéricamente igual que el electrón)

2. Descubrimiento de la estructura atómica.

Chadwick (1932): sabia que H tenia un protón y 1 electrón, y que el He tiene 2 protones y 2 protones, por lo tanto la diferencia debería ser 2:1. Sin embargo es de 4:1. Existen partículas neutras. Descubre el neutron.

- Relación 4:1 de debe a los neutrones. El H no tiene neutrones, el He tiene 2 neutrones, 2 protones y 2 electrones.

- Masa del neutron: 1,674x 10-24

- Carga del neutron: 0,00 C

Por convención: +1,60 x 10-19 C = carga +1

-1,60 x 10-19 C = carga -1

0,00 C = carga 0

3. Visión Moderna del Átomo.

Teoría atómica moderna:

- núcleo de carga positiva, conformado por

protones y neutrones.

- los electrones se encuentran rodeando

al núcleo (nube electrónica) atraídos por

el núcleo positivo.

- el numero de protones (+) y es igual al de

electrones (-).

- la mayor parte (casi un 99%) de la masa del átomo la conforma el núcleo.

- la mayor parte (99%) del volumen del átomo es espacio vacío, y es donde residen los electrones.

3. Visión Moderna del Átomo.

Masa se expresa en Unidad de Masa Atomica (uma)

1 uma = 1,66054 x10-24 g

Dimensiones se expresan en Amstrongs (Aº)

1Aº = 1 x 10-10 m

Diámetro de un átomo: 1 a 5 Aº Diámetro de un núcleo atómico: 10-4 Aº

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

…..Si todos los elementos están compuestos por átomos, ¿Qué hace que un elemento sea diferente a otro?

Todos los átomos de un elemento tienen igual numero de protones.

- hidrogeno: 1

- helio: 2

- oxigeno: 16

- carbono: 12

- hierro: 55

- cloro: 35

La diferencia entre elementos se debe exclusivamente a la diferencia en el numero de sus partículas subatómicas en cada átomo.

Si los átomos tienen carga neutra, el numero de electrones es el mismo que el de protones.

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

Numero Atómico (Z): el numero de protones de los átomos de un elemento; es lo que define al elemento.

Numero Másico (A, peso atómico): numero de la suma de protones (Z) y neutrones (N) de un elemento.

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

Existen en la naturaleza elementos que poseen igual cantidad de protones, pero diferente cantidad de neutrones….se llaman isotopos.

Se nombran por su numero másico:

Ejemplo: Carbono 14, carbono 13, etc.

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

¿Poseen los isótopos del carbono

diferentes características químicas?....

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

¿Poseen los isótopos del carbono

diferentes características químicas?....NO, todos tienen las mismas características químicas.

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

Los elementos se dan en la naturaleza como mezcla de sus diferentes isótopos.

Entonces, si hay distintos isótopos, ¿cual es el peso atómico de un elemento?.....

Los elementos se dan en la naturaleza como mezcla de sus diferentes isótopos.

Entonces, si hay distintos isótopos, ¿cual es el peso atómico de un elemento?.....

Peso atómico promedio: peso atómico de un elemento considerando los porcentajes de abundancia relativa de cada uno de sus isótopos.

Ejemplo: Carbono

abundancia de isótopos de carbono:

C12 = 98,93%

C13 = 1,07%

C14 = despreciable

(0,9893)(12) + (0,0107)(13) = 12,01

Carbono 12,01 no existe, es solo referencial.

4. Numero Atómico, Másico e Isótopos.

Sabemos que las propiedades químicas de los elementos se deben al numero de protones y electrones de sus átomos.

Sin embargo, existen elementos con similares características químicas.

- helio, neón, argón son gases no reactivos.

- sodio y potasio son metales blandos, muy reactivos,

- fluor y cloro son gases muy reactivos que reaccionan con H de a un átomo.

- carbono y silicio pueden formar polímeros.

Lo que reacciona de un elemento no es su átomo, sino que son sus electrones. Esto provoca “arrastre” del atomo (se vera an Enlace Quimico)

Las características químicas de los elementos no dependen solo del numero de electrones, sino también de la distribución de ellos en el átomo.

El átomo posee una cierta Estructura Electrónica.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Estudio de la estructura electrónica del átomo: Química Cuántica.

Planck (1900): energía liberada o absorbida en “paquetes” o cuantos.

Bohr (1913):

- los electrones están localizados alrededor del núcleo en niveles de energía. (orbitas o niveles de energia).

- Las orbitas mas lejanas poseen mayor energía, y viceversa.

- un electrón emite o capta energía cuando pasa de un estado a otro.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

De Broglie (19):

- el electrón de mueve en su orbita a una velocidad de 5.96 x 106 m/s….dada su alta velocidad y su baja masa el electron se comporta como onda (propiedades ondulatorias del electron).

Heisemberg(1920)-Schrödinger (1926):

- cada nivel de energía posee “otras orbitas” o subcapas, llamadas orbitales. Como el electron se comporta como onda, no tiene localizacion especifica, solo existen “probabilidades” de localizacion espacial. Estas probables localizaciones son los orbitales.

- cada orbital posee un determinado nivel de energía.

- cada nivel de energía posee un numero determinado de electrones.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Núcleo Atómico

Numero de electrones por niveles

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Uhlenbeck-Goudsmit (1925):

- Cada electrón gira sobre si mismo (spin)

Pauli (1925): principio de exclusión.

- en cada orbital puede haber solo hasta dos electrones, con spines opuestos.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Cada elemento posee un numero y distribución espacial de electrones que es característica de cada elemento.

La distribución espacial de los electrones en los átomos de cada elemento se llama Configuración Electrónica.

La configuración electrónica basal es en la que sus electrones se encuentran en su mas bajo nivel de energía.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Dado el principio de exclusión de Pauli, los orbítales se llenan en orden de energía creciente, con máximo de dos electrones por orbital.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

La Configuración electrónica de todos los elementos se indica en la tabla periódica.

Las características reactivas de un elemento químico esta dada por el numero de electrones en el nivel de energía mas externo (Orbital de Valencia o estado de oxidación)…se vera con mayor detalle en “Enlace Quimico”.

5. Estructura Electrónica de los Átomos.

Luego de la teoría atómica de Dalton se buscaron regularidades químicas de los elementos.

Desarrollo de la Tabla Periódica por Mendeleev (1869).

Tabla periódica: tabla en la que se encuentran agrupados los elementos químicos que tienen propiedades químicas semejantes.

6. Tabla Periódica.

Los elementos en la tabla periódica se ordenan en grupos y periodos:

Grupos:

- columnas.

6. Tabla Periódica.

Grupos:

- se designan por números (antes con letras…es la que mas se usa).

6. Tabla Periódica.

Grupos

- relacionados con en numero de electrones en el orbital electrónico mas externo.

- los elementos de un grupos poseen ciertas similitudes químicas (reactividad)

- alcalinos (1A)

- alcalino-terreos (2A)

- halogenos (7A)

- gases nobles (8A)

- metales de acuñación

(para hacer monedas, 1B)

6. Tabla Periódica.

Periodos:

- filas.

- relacionadas con numero de orbítales electrónicos de los elementos

6. Tabla Periódica.

Numero de niveles de energia, y electrones en capa mas externa de:- Ni- Co- Ar- Bi- Mo- Ta- Cl

6. Tabla Periódica.

¿Cómo será la distribución de los elementos de la tabla periódica de acuerdo a su tamaño?

6. Tabla Periódica.

Radio atómico: distancia entre el núcleo del átomo y el ultimo nivel electronico (tamaño del átomo)

- dentro de un grupo, el radio atómico aumenta a medida que se baja en al columna (numero de niveles de energía)

- dentro de un periodo, el radio atómico disminuye a medida que se avanza a la derecha (atracción sobre electrones aumente a mayor numero de electrones)

6. Tabla Periódica.

El comportamiento químico de un elemento esta relacionado con la capacidad que tiene dicho elemento de perder un electrón.

Energía de Ionización: energía requerida para eliminar un electrón de un átomo. Mientras mas alta, mas difícil quitar un electrón. Relacionado con la electronegatividad.

Mayor a medida se aumenta

numero atómico en un periodo,

Menor a medida se aumenta

numero atómico en un grupo.

6. Tabla Periódica.

Mayor

Menor