UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERÌA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS GUIA DE CLASE No 3

NOMBRE DE LA ASIGNATURA: TÍTULO: DURACIÓN: BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA:

Química General ESTRUCTURA ATÓMICA 4 horas Whitten K. Davis R. Peck. Stanley Química. Octava edición. México.2008 Chang Raymond. Química. Décima edición.. Mc Graw Hill. China.2010. Sonia Torres Garzón Luisa Navarrete Martha Novoa

DOCENTES:

COMPETENCIAS  

Comprende los fundamentos de la estructura de la materia. Identifica y aplica los conceptos de número atómico, número másico e isótopos.

CONCEPTUALIZACIÓN Toda la materia está constituida por partículas muy pequeñas llamadas átomos, los cuales tienen una estructura interna conformada por núcleo y periferia, en donde se encuentran ubicadas partículas aún más pequeñas denominadas subatómicas. El desarrollo de las diferentes teorías atómicas ha permitido establecer importantes leyes sobre la naturaleza de la materia como: a) ley de las proporciones definidas, b) ley de las proporciones múltiples y c) ley de la conservación de la masa. En el siguiente diagrama se observa una aproximación a la constitución general de del átomo .

ÁTOMO

Núcleo

Protones

Periferia

Niveles de energía

Neutrones

Masa atómica

Electrones

Número atómico Configuración electrónica Números cuánticos

1

 



NÚCLEO: Constituido por protones y neutrones, contiene por tanto la carga positiva, y prácticamente toda la masa del átomo. NÚMERO Y MASA ATÓMICOS: Señalan la diferencia existente entre los átomos de los elementos, dicha diferencia se relaciona con el número de partículas que los conforman. - Número atómico: se representa por Z, indica el número de protones, al ser el átomo eléctricamente neutro igualmente el número de electrones. - Masa atómica: se representa por A, indica el número total de partículas existentes en el núcleo es decir, suma de protones y neutrones. ISÓTOPOS: átomos de un mismo elemento que con distinta masa, porque tienen distinto número de neutrones en su núcleo. Cuando un elemento presenta isotopos su peso atómico se determina como el promedio en peso de las masas de cada uno de los isotopos.

Ejemplo 1: Calcule el número de protones y neutrones de a)

39

K19 y b)

56

Fe26

El subíndice representa el número atómico el cual corresponde a los protones y el superíndice indica la masa atómica es decir, número de protones más neutrones, por tanto: a) Potasio (K) tiene 19 protones y 20 neutrones. b) Hierro (Fe) tiene 26 electrones y 30 neutrones. 

PERIFERIA: se sitúan los electrones en niveles que pueden contener distintos subniveles denominados orbitales atómicos, los cuales según su forma y orientación podrán alojar distinto número de electrones.

Ejemplo 2: Teniendo en cuenta número atómico, masa atómica complete la siguiente tabla: Elemento

Z

A

Aluminio

13

27

Mercurio

80

200

Azufre

16

Protones

Neutrones

Electrones

14

Al13

80

80

16

Representación

16

200

Hg

16 35

Ejemplo 3: En la naturaleza el cloro se encuentra 75.78% como Cl, el cual tiene una masa 37 atómica de 34.969 uma, y 24.22% como Cl, que tiene una masa atómica de 36.966 uma. Calcule la masa atómica del cloro. La masa atómica del cloro se obtiene multiplicando la abundancia de cada isótopo por su masa atómica y sumando los productos: Masa atómica Cl = (0.7578 x 34.969) + (0.2422 x 36.966) = 35.45 uma.



NIVELES DE ENERGÍA: se identifican por números enteros (1, 2, 3, 4, 5 etc.) que indican su ubicación respecto al núcleo, y cada nivel posee subniveles que se representan mediante las letras s, p, d y f. Los primeros electrones ocupan el nivel de menor energía y una vez se completa éste, empezará a llenarse el de energía inmediatamente mayor y así sucesivamente. Existe un diagrama (Moeller) que ayuda a determinar el orden de llenado y que se conoce como distribución electrónica:

2

La distribución de orbitales y número máximo de electrones posibles en los 4 primeros niveles se resume en la Tabla 1: Tabla 1. Distribución de orbitales Niveles de energía Subniveles Número de orbitales de cada tipo

1 s 1

2 sp 13

3 spd 135

4 spdf 1357

Denominación de los orbitales

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

Número máximo de electrones en los orbitales

2

2-6

2 - 6 - 10

2- 6- 10- 14

Número máximo de electrones por nivel

2

8

18

32

REGLA DE HUND: los electrones deben ocupar todos los orbitales de un subnivel dado en forma individual antes de que se inicie su apareamiento.

Ejemplo 4: Determine la configuración electrónica de los átomos neutros de a) Cl y b) Br a) El número atómico del cloro Z=17 por tanto son 17 electrones a ubicar en los distintos niveles de 2 2 6 2 5 acuerdo con el diagrama de Moeller: 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 2 10 5 b) El número atómico del bromo Z=35 es decir, 35 electrones: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 

NÚMEROS CUÁNTICOS: describen los niveles de energía y la forma de los orbitales que indica la distribución espacial del electrón. - Principal (n): nivel de energía que ocupa el electrón, puede ser cualquier entero positivo. - Azimutal (ℓ): forma de la región del espacio (tipo específico de orbital) que ocupa el electrón, puede tomar valores a partir de n-1. - Magnético (mℓ): orientación espacial del orbital atómico, toma valores que van desde ℓ a -ℓ incluyendo cero. - Espín (ms): giro del electrón sobre su propio eje y la orientación del campo magnético que éste produce, puede tomar valores ±1/2. PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI: en un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan el mismo conjunto de números cuánticos.

Ejemplo 5: De los siguientes grupos de números cuánticos (n, ℓ, mℓ, ms) señale no puede existir en un mismo átomo a) {4, 2, -1, +1/2} b) {5, 0, -1, +1/2} c) {4, 4, -1, +1/2} d) {6, 0, 0, -1/2}

3

- n= En todos puede existir, ya que éste puede tomar valores de números enteros diferentes de cero. - ℓ= Pueden existir en todos menos el que corresponde al literal c, puesto que los valores que toma ℓ van desde n-1.

EJERCICIOS 1. Complete la siguiente tabla, asumiendo que cada columna representa un átomo neutro. Símbolo Protones Neutrones Electrones Núm. masa

52

Cr 33 42

77 20 20

86 222

193

2. En la naturaleza hay tres isótopos de magnesio. Calcule la masa atómica del magnesio a partir de sus respectivas abundancias y masas individuales. Isótopo

% Abundancia

Masa

24

78.70

23.98504

25

10.13

24.98584

26

11.17

25.98259

Mg12 Mg12 Mg12

3. la masa atómica del cobre es de 63.45 uma. Las masas de los dos isotopos del cobre de 63 65 procedencia natural son Cu, 62.9298 uma y Cu, 64.9278 uma. Calcule el porcentaje de abundancia de cada isotopo de cobre 4. El elemento Galio (Ga) existe en dos formas isotópicas con las siguientes abundancias: 60.16% 69 71 Ga y 39.84% Ga. Calcule la masa atómica del galio teniendo en cuenta que las respectivas 69 71 masas isotópicas son Ga 68.9257 y Ga 70.9249 uma. 270

280

5. Un elemento hipotético Q, existe en dos formas isotópicas, Q y Q. La masa atómica de Q es 276 uma. ¿Cuál es la abundancia de porcentaje de cada isótopo? (Suponga que la masa isotópica exacta es la misma que el número de masa para cada isótopo). 6. Determine las configuraciones electrónicas para los átomos con los siguientes números atómicos: a) Z = 9

_______________________________________________

b) Z = 15

_______________________________________________

c) Z = 56

_______________________________________________

7. Determine el número máximo de electrones de un átomo que pueden tener los siguientes números cuánticos: a) n = 2, ms = -1/2 ___________________

4

b) n = 5, l = 3 ______________________ c) n = 4, l = 3, ml = -3 __________________ d) n = 4, l = 1, ml = 1 __________________ 8. Complete el cuadro para los siguientes átomos neutros Tipo de átomo

Número atómico

potasio 14

Masa atómica

Número de protones

39 28 202

Número de neutrones 30

Número de electrones 25

2+

6-

80

9. Determinar número de electrones, protones y neutrones en el catión Ca y en el anión S

10. A qué grupo y periodo de la tabla periódica pertenece el elemento con configuración electrónica:

1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 3d 10 4s 2 4 p 2

R. Grupo 4 A, periodo 4.

11. Para el elemento con configuración electrónica

1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 3d 10 4s 2 4 p 5 A=80 Indique: Grupo, periodo, número de niveles de energía, número de electrones, protones y neutrones. BIBLIOGRAFÍA BROWN. LEMAY. BURSTEIN. Química la ciencia central. Editorial Pearson. Prentice Hall. Novena edición. México.2004 REBOIRAS.M.D. Química la ciencia básica. Editorial Thompson. España.2006 SHERMAN A. SHERMAN S. RUSSIKOFF L. Conceptos básicos de Química. Editorial continental. México.1999 ATKINS, P., JONES, L. Chemical Principles. Second Edition. W. H. Freeman and company. New York. 2001. http://personal5.iddeo.es/pefeco/Tabla/configuracion.htm http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/c electron.htm http://es.geocities.com/josemanuelpuertas/atomo.htm

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