Capitulo 2: ESTRUCTURA ATOMICA Y ELECTRONICA ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

La teoría atómica de la materia El descubrimiento de la estructura atómica. La visión moderna de la estructura atómica. La tabla periódica La naturaleza ondulatoria de la luz Energía cuantizada y fotones Modelo de Bohr Mecanica cuántica y orbitales atómicos Representaciones de orbitales Energía en los orbitales Configuraciones electrónica y tabla periódica Configuración electrónica y tabla periódica Ing. Virginia Estebané

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La atomística griega !

Empédocles (440 a.c)

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Demócrito (aprox 370 – 430 a.c)

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Aristóteles y Platón (384 – 322 a.c )

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Daltón ( 1803 – 1808 d.c) Ing. Virginia Estebané

2

La Teoría atómica de la materia: Teoría de Dalton (1808) El modelo de Dalton no habla acerca de cómo están constituídos los átomos, más bién de su existencia. 1

Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos (indivisible)

2

Todos los átomos de un elemento dado son idénticos ( tamaño y forma) Ing. Virginia Estebané

3

Teoría de Dalton (continuación) 3

Los átomos de un elemento no se transforman en átomos diferentes mediante reacciones químicas. Es imposible crear o destruir un átomo mediante reacciones químicas.

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Se forman compuestos cuando se combinan átomos de más de un elemento; un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo y clase de átomos.

Ing. Virginia Estebané

4

El descubrimiento de la Estructura atómica ! ! !

Hace apenas 150 años , se veía al átomo un objeto indivisible , indestructible e inmutable Para 1850 sugería que el átomo se compone de piezas aún más pequeñas llamadas PARTICULAS SUBATOMICAS. Para descubrir dichas partículas, fue necesario entender que la estructura del atómo está relacionada con la carga eléctrica (positiva y negativa). Además que cargas iguales se repelen y cargas distitas se atraen.

Ing. Virginia Estebané

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Experimentos asociados a la estructura atómica -

J. J. Thomson - calculó la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón usando rayos catódicos. e/m=1.76x108 couloms por gramo

-

Ernest Rutherford - explicó el nucleo atómico, utilizando el experimento de dispersión de partículas α

-

Robert Millikan midió la carga de un electrón realizando el experimento ”gota de aceite de Millikan”. e= 1.60 x 10 -19 C Ing. Virginia Estebané

6

Rayos catódicos y electrones !

Rayos catódicos: Radiación producida dentro de un tubo por aplicación de alto voltage.

Resultados del experimento. Los rayos catódicos: 1.- Viajan en línea recta en ausencia de campos magnético: 2.- Tienen carga negativa 3.- Son “doblados” por campos magnéticos y eléctricos, como se esperaría que lo hicieran partículas negativas

!

4.- Son iguales los emitidos por catódos de diferente material

!

El experimento con rayos catódicos (corriente de partículas con carga negativa) fue la evidencia más convincente de la existencia del ELECTRON, componente fundamental del átomo Ing. Virginia Estebané

7

Campo eléctrico aplicado

(+)

(-)

Electrodo Cátodo

(+) (-) Electrodo Anodo

Ing. Virginia Estebané

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Experimento de la “gota de aceite de Millikan” !

!

Experimento:Se permitió que gotas de aceite, que había capturado uno o más e-, cayeran entre dos placas cargas eléctricamente. Millikan midió el voltage de las placas al observar cómo afectaba la caida de las gotas de aceite. Al calcular las cargas de cada una de las gotas vió que las cargas siempre eran múltiplos de 1.60 x10 -19 C, concluyendo que ésta era la carga de un sólo electrón A continuación Millikan calculó la masa del e- usando su valor para carga, y la relación e/m de Thomson. Masa del electrón = 9.10 x10 -28 g

Ing. Virginia Estebané

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Rocío de aceite

Rayos X Radiación ionizante

Atomizador

(+) Microscopio

Placas con carga eléctrica

(-)

Ing. Virginia Estebané

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Rayos canales y el protón !

En un tubo de rayos catódicos con el cátodo horadado, los e- viajan del cátodo al ánodo, en su trayectoria pueden chocar con átomos del gas remanente en el tubo. La colisión dá como resultado iones positivos que tienden a viajan hacia el electrodo negativo atravesando el cátodo, formando rayos canales que se detectan en la pared del tubo. Ing. Virginia Estebané

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Rayos canales y el protón !

Resultados:

"

Con el procedimiento similar al empleado por Thomson, la relación e/m de la partículas era variable, dependiendo del gas utilizado en el tubo Cuando el gas del tubo fue el Hidrógeno se encontró la e/m más grande, debido a que la masa es la más pequeña, considerándose el ión hidrógeno, H+, la partícula fundamental eléctrica positiva, EL PROTON La masa del protón es 1836 veces la de un electrón

"

"

!

Thomson razonó sobre estas dos partículas (electrón y protón y propuso el primer modelo atómico: “Pudín de ceruela” (electrones incrustados en el átomo como pasas en un pudín) Ing. Virginia Estebané

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Dispersión de partículas alfa y núcleo atómico. !

!

Después de descubrir la Radiactividad, en 1910 Rutherford y sus colaboradores realizaron un experimento que dio al traste con el modelo de Thomson. Experimento: Bombardeo con partículas alfa (partículas con la masa de un átomo de helio y con carga +2) a una laminilla de oro con miles de atomos de espesor. Cuando una partícula alfa choca con un núcleo de oro (o pasa muy cerca de él), experimenta una fuerte repulsión. La partícula alfa, es desviada de su trayectoria por esta interacción repulsiva. Ing. Virginia Estebané

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El átomo nuclear Casi todas las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse ! Unas cuantas se desviaban ! Unas pocas rebotaban hacia atrás de la lámina ! Rutherford postuló que la mayor parte de la masa del átomo, y toda su carga positiva, residía en una región muy pequeña, extremedamente densa, a la que llamó núcleo. ! Estudios experimentales subsecuentes condujeron al descubrimiento de partículas neutras (neutrones) en el núcleo, por J. Chadwick en 1932. 9 Be + 4 He 13 C) 12 C + 1 n ( 4 2 6 6 0 núcleo instable neutrón !

Ing. Virginia Estebané

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Partículas dispersas

Sustancia Radiactiva envuelta en bloque de Plomo para absorver la radiactividad

La mayor parte de las partículas no se desvía

Haz de Partículas alpha

Pantalla fluorescente para detectar las partíulas dispersas

Ing. Virginia Estebané

Laminilla de oro delgada

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La visión moderna de la Estructura Atómica -

El átomo contiene: Electrones: partículas con carga negativa, se encuentran fuera del núcleo atómico

-

Protones: encontrado en el núcleo atómico, ellos tienen una carga positva igual en magnitud a la carga del electrón.

-

Neutrones: encontrados en el núcleo, y con masa aproximada al protón pero sin carga eléctrica Ing. Virginia Estebané

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La masa y carga del Electrón, Protón y Neutrón Partículas

Masa kg

Electrón Protón Neutrón

Carga uma

-31

-4

9.11 x10 5.49x10 1.67 x 10 -27 1.0073 1.67 x 10 -27 1.0087

Ing. Virginia Estebané

11+ 0 17

Notación Química: Símbolos Atómicos Masa Atómica →

16

Número atómico →

O 8

← Elemento

Ing. Virginia Estebané

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Estructura atómica:conceptos • Número atómico: El número específico de protones (todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo)

• Masa Atómica: Es el número total de protones más neutrones en el átomo • Isotopo: Atomos de un elemento dado que difiere en el número de neutrones, y por lo tanto en su masa.

Ejemplo: 11H Protio

2

1H

Deuterio Ing. Virginia Estebané

3

1H

Tritio 19

La tabla Periódica ! ! ! ! !

Es una organización de los elementos en orden de número atómico creciente. Los elementos con propiedades similares se colocan en columnas. Las columnas se conocen como grupos o familias. Los renglones se llaman periodos. Los metales se localizan a la izquierda y parte media de la tabla. Comprenden la mayor parte de los elementos. Ing. Virginia Estebané

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La tabla Periódica (continuación) !

Propiedades generales de los metales:-

- Lustre y elevada conductividad eléctrica y térmica - Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el Hg) !

Los elementos no metálicos se encuentran en el lado derecho de la tabla y están separados de los elementos metálicos por una línea diagonal escalonada desde el BORO al ASTATO. El Hidrógeno es un no metal Ing. Virginia Estebané

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La tabla Periódica (continuación) !

Propiedades generales de los no metálicos

- A temperatura ambiente hay elementos en estado sólidos, líquidos y gaseosos - Funden a bajas temperaturas -No conducen electricidad y calor !

Los elementos semimetálicos o metaloides se encuentran localizados entre los metales y los no metales: B, Si, Ge, As, Sb, Te, At. Ing. Virginia Estebané

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La tabla periódica ! ! ! ! ! ! ! !

IA.- Familia de metales alcalinos IIA.- Familia de metales alcalinotérreos IIIA.- Familia de metales térreos o del Al IVA.- Familia del carbono VA.- Familia del Nitrogeno o Pnicógenos VIA.- Familia del Oxigeno-Calcógenos (formadores de yeso) VIIA.- Halógenos(formadores de sales) VIIIA.- Gases nobles o raros Ing. Virginia Estebané

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Gases nobles Halógenos 18

Metales 1 Alcalinotérreos 1A 1

2

2

13

14

15

16

17

2A

3A

4A

5A

6A

7A

3

4

5

6

7

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

11

12

Na

Mg

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

H

Metales Alcalinos

8A

3

4

5

6

7 8 9 10 Metales de Transición

11

12

He

13

14

15

16

17

18

Al

Si

P

S

Cl

Ar

30

31

32

33

34

35

36

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

55

56

57

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Cs

Ba

La*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

104

105

106

107

108

109

110

111

87

88

89

Fr

Ra

Ac†

Unq Unp Unh Uns Uno Une Uun Uuu

*Lantánidos †

Actínidos

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

Th

Pa

U

Np

Pu Am Cm Bk Ing. Virginia Estebané

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

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Estructura electrónica de los atomos. Ideas preliminares ! !

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Comportamiento similar en los elementos de una misma familia o grupo. Porque? Cuando los átomos reaccionan para combinarse (formar compuestos), son los electrones los que interactuán Por lo tanto, la clave para la contestación de la pregunta, es el comportamiento de los electrones en los átomos. Ing. Virginia Estebané

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Estructura electrónica de los atomos. Conceptos ! !

!

Estructura electrónica: Es la disposición de los electrones en un átomo. La estructura electrónica actual es el resultado de uno de los principales avances de la ciencia en el siglo XIX, la teoría cuántica. Teoría cuántica: Permite describir coherentemente las estructuras electrónicas de los elementos

Ing. Virginia Estebané

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La naturaleza ondulatoria de la luz !

Debido a la pequeñez de los electrones fue necesario interactuar con la Luz (luz emitida o absorbida por las sustancias): Para conocer la estructura atómica fue necesario interactuar con los átomos. Ej: Rutherford encontró el núcleo atómico por su interacción con las partículas alfa

!

!

!

La Luz: Radiación electromagnética que puede trasmitirse en el espacio vacio a una velocidad de 3.00 X 108 m/s. Radiación electrómagnetica: Oscila y transporta energía en el espacio, por lo que, se le conoce también como energía radiante. Viaja a la misma velocidad de la Luz Todo movimiento ondulatorio tiene dos parámetros fundamentales: Frecuencia y Longitud de Onda.. Ing. Virginia Estebané

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La naturaleza ondulatoria de la luz

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Longitud de onda ( λ , lamda): distancia entre picos. Tiene las Unidades de distancia

λ

Amplitud: está relacionada con la intensidad de la radiación

!

Frecuencia (ν, nu): # de longitudes de onda completas que pasan por un punto en un segundo. Unidades: 1/s =s -1 = 1 hertz (Hz).

C = λν

C = velocidad de la Luz λ = longitud de onda Ing. Virginia Estebané

ν = frecuencia 28

Radiaciones electromagnéticas !

Rayos gamma: Radiación con menor λ , emitidos por los materiales radiact. Rayos X: Siguen en λ (