TEMA 2

TEMA 2:Estructura Atmica

1. Introduccin a la Estructura de un Material.

2. Modelos Atmicos.

3. Estructura y Configuracin Electrnica.

4. La Tabla Peridica, Reactividad de los Elementos.

5. Enlace Atmico.


2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.

NIVELES:Estructura Atmica.Ordenamiento Atmico.Microestructura.Macroestructura.

TEMA 2:Introduccin a los Materiales y eleccin de los Mismos

Estructura AtmicaLa configuracin de un material puede considerarse en cuatro niveles

La estructura influye en la manera enque estn ligados los tomos en losmateriales, lo que permite clasificarloscomo materiales

METLICOS,CERMICOS YPOLIMRICOS,

estableciendo algunas conclusionesgenerales respecto a las propiedadesmecnicas y al comportamiento fsico deestas tres clases de materiales

NIVELES:Estructura Atmica.Ordenamiento Atmico.Microestructura.Macroestructura.

La estructura influye en la manera enque estn ligados los tomos en losmateriales, lo que permite clasificarloscomo materiales

METLICOS,CERMICOS YPOLIMRICOS,

estableciendo algunas conclusionesgenerales respecto a las propiedadesmecnicas y al comportamiento fsico deestas tres clases de materiales


Estructura AtmicaEstructura del tomoNCLEO:Protones.Neutrones.

ELECTRONES.

Carga del electrn o protn1,6 x 10-19 C

Carga del electrn o protn1,6 x 10-19 C


Estructura AtmicaEstructura del tomoNmero atmico:Nmero de electrones o protonesde cada tomo.El Hierro tiene un nmero atmicode 26.Contiene 26 electrones y 26protones

Masa Atmica MCorresponde al nmero promedio deprotones y neutrones del ncleo.Corresponde a la masa media de unacantidad de tomos igual al nmerode Avogadro NAEs 1/12 de la masa del carbono 12

Nmero atmico:Nmero de electrones o protonesde cada tomo.El Hierro tiene un nmero atmicode 26.Contiene 26 electrones y 26protones

Masa Atmica MCorresponde al nmero promedio deprotones y neutrones del ncleo.Corresponde a la masa media de unacantidad de tomos igual al nmerode Avogadro NAEs 1/12 de la masa del carbono 12

Los tomos del mismo elementoque tienen diferente nmero deneutrones en el ncleo sedenominan istopos


Estructura AtmicaEstructura del tomoEjemplo:En un conjunto de tomos de Galioel 86% de ellos contiene 39neutrones y el 14% contiene 37neutrones, El nmero atmico delGalio es 31, calcular la masaatmica promedio aproximada delgalio

La masa atmica de los tomos con39 neutrones es:M= Np+Nn = 31 + 39 = 70 g/gmol.La masa atmica de este istopo deGalio es 70La masa atmica de los tomos con37 neutrones es:M= Np+Nn = 31 + 37 = 68 g/gmol.La masa atmica de este istopo deGalio es 68,La masa atmica promedio es:86%*70 + 14%*68 = 69,72 g/gmol

Ejemplo:En un conjunto de tomos de Galioel 86% de ellos contiene 39neutrones y el 14% contiene 37neutrones, El nmero atmico delGalio es 31, calcular la masaatmica promedio aproximada delgalio

La masa atmica de los tomos con39 neutrones es:M= Np+Nn = 31 + 39 = 70 g/gmol.La masa atmica de este istopo deGalio es 70La masa atmica de los tomos con37 neutrones es:M= Np+Nn = 31 + 37 = 68 g/gmol.La masa atmica de este istopo deGalio es 68,La masa atmica promedio es:86%*70 + 14%*68 = 69,72 g/gmol



2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


Modelos Atmicos

Modelo atmico de BohrSe supone que los electronesgiran alrededor de un ncleoatmico en orbitales discretos,y la posicin de un electrnparticular se define, conmayor o menor precisin, entrminos de su orbital-

Modelo atmico de BohrSe supone que los electronesgiran alrededor de un ncleoatmico en orbitales discretos,y la posicin de un electrnparticular se define, conmayor o menor precisin, entrminos de su orbital-


Estructura AtmicaEstructura del tomoModelo Atmico de laMecnica ondulatoriaEn este modelo se considera que elelectrn presenta la dualidad onda corpsculo, y el movimiento deun electrn se describe mediantelos principios matemticos querigen el movimiento de las ondas.Los electrones no se mueven enrbitas discretas, sino que sedescribe como la probabilidad deencontrarlo en una nubeelectrnica.

Modelo Atmico de laMecnica ondulatoriaEn este modelo se considera que elelectrn presenta la dualidad onda corpsculo, y el movimiento deun electrn se describe mediantelos principios matemticos querigen el movimiento de las ondas.Los electrones no se mueven enrbitas discretas, sino que sedescribe como la probabilidad deencontrarlo en una nubeelectrnica.


Estructura AtmicaEstructura del tomoNmeros cunticosEmpleando la mecnica ondulatoria,cada electrn de un tomo secaracteriza por 4 parmetrosllamados nmeros cunticos.El tamao, la forma, y la orientacinespacial de la densidad deprobabilidades de un electrn estndeterminados por tres nmeroscunticos.Los nmeros cunticos separan losniveles energticos de Bohr ensubniveles.

Los niveles estn determinados por:El nmero cuntico principal n(valores enteros empezando por launidad 1, 2, 3,, n)El segundo nmero cuntico lsignifica subnivel y se designa por lasletras minsculas s, p, d o f, y elnmero de estos subniveles estrestringido por el valor de n.El nmero de estados energticospara cada subnivel est determinadopor el tercer nmero cunticoml.

Nmeros cunticosEmpleando la mecnica ondulatoria,cada electrn de un tomo secaracteriza por 4 parmetrosllamados nmeros cunticos.El tamao, la forma, y la orientacinespacial de la densidad deprobabilidades de un electrn estndeterminados por tres nmeroscunticos.Los nmeros cunticos separan losniveles energticos de Bohr ensubniveles.

Los niveles estn determinados por:El nmero cuntico principal n(valores enteros empezando por launidad 1, 2, 3,, n)El segundo nmero cuntico lsignifica subnivel y se designa por lasletras minsculas s, p, d o f, y elnmero de estos subniveles estrestringido por el valor de n.El nmero de estados energticospara cada subnivel est determinadopor el tercer nmero cunticoml.



2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoNmeros cunticosLos electrones ocupan niveles deenerga dispuestos discontinuamen-te en el interior del tomo, noexisten ms de dos electrones encada tomo con la misma energa.El nivel de energa al que pertenececada electrn est determinado por4 nmeros cunticos, el nmero deposibles niveles de energa dependede los tres primeros

Nmero cuntico principal nTiene asignados valores enteros 1, 2,3, 4,..., n, que representan la capacuntica a la que pertenece cadaelectrn, se les suele asignar unaletra, n=1 se designa K, n=2 es L, paran=3 es M, y as sucesivamente

Nmeros cunticosLos electrones ocupan niveles deenerga dispuestos discontinuamen-te en el interior del tomo, noexisten ms de dos electrones encada tomo con la misma energa.El nivel de energa al que pertenececada electrn est determinado por4 nmeros cunticos, el nmero deposibles niveles de energa dependede los tres primeros

Nmero cuntico principal nTiene asignados valores enteros 1, 2,3, 4,..., n, que representan la capacuntica a la que pertenece cadaelectrn, se les suele asignar unaletra, n=1 se designa K, n=2 es L, paran=3 es M, y as sucesivamente


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoNmero acimutal l y magnticomlEn cada capa cuntica existen a su vezvarios niveles de energa determina-dos por el nmero cuntico acimutall y el nmero cuntico magnticoml.A los nmeros cunticos acimutalesse les pueden asignar valores enteros,l = 0, 1, 2, 3,, n-1Si n = 2, l = 0 y l = 1.

Estos tambin pueden simbolizarsepor letras minsculas,

s para l = 0p para l = 1d para l = 2f para l = 3

Nmero acimutal l y magnticomlEn cada capa cuntica existen a su vezvarios niveles de energa determina-dos por el nmero cuntico acimutall y el nmero cuntico magnticoml.A los nmeros cunticos acimutalesse les pueden asignar valores enteros,l = 0, 1, 2, 3,, n-1Si n = 2, l = 0 y l = 1.

Estos tambin pueden simbolizarsepor letras minsculas,

s para l = 0p para l = 1d para l = 2f para l = 3


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoNmero magntico mlIndican los niveles de energa, uorbitales, para cada nmero cunticoacimutal.El nmero total de nmeros cunticosmagnticos ml para cada nmeroacimutal l es 2l + 1Los valores de ml se dan comonmeros enteros entre l a +lPara l = 2 hay 2 (2)+1 = 5 nmeroscunticos magnticos

Esto significa que para l = 2,ml = -2ml = -1ml = 0ml = +1ml = +2

Nmero magntico mlIndican los niveles de energa, uorbitales, para cada nmero cunticoacimutal.El nmero total de nmeros cunticosmagnticos ml para cada nmeroacimutal l es 2l + 1Los valores de ml se dan comonmeros enteros entre l a +lPara l = 2 hay 2 (2)+1 = 5 nmeroscunticos magnticos

Esto significa que para l = 2,ml = -2ml = -1ml = 0ml = +1ml = +2


Estructura y Configuracin ElectrnicaEjemplo prcticoCalcular el nmero posible deorbitales en la capa LPara la capa L, obtenemos que n =2Determinamos el nmero acimutalcorrespondiente al nmero cunticoprincipalSi n = 2, entonces l = 0, 1Para l = 0 hay 2l + 1 = 1 nmerocuntico magntico, as ml = 0Para l = 1 hay 2l + 1 = 3 nmeroscuntico magntico, as ml = -1, 0, +1Hay 4 orbitales posibles en la capa L

Calcular el nmero posible deorbitales en la capa LPara la capa L, obtenemos que n =2Determinamos el nmero acimutalcorrespondiente al nmero cunticoprincipalSi n = 2, entonces l = 0, 1Para l = 0 hay 2l + 1 = 1 nmerocuntico magntico, as ml = 0Para l = 1 hay 2l + 1 = 3 nmeroscuntico magntico, as ml = -1, 0, +1Hay 4 orbitales posibles en la capa L


Estructura y Configuracin ElectrnicaPrincipio de exclusin de PauliEste principio, establece que no puedehaber ms de dos electrones con girospropios opuestos en cada orbital.

El nmero cuntico de spin ms tienevalores de +1/2 y -1/2 que representan losdiferentes giros

Retomando el ejemplo anterior, para la capaMl = 0,ml = 0 = +1/2, -1/2 2 electrones

l = 1, ml = -1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 1, ml = 0 = +1/2, -1/2 2 electrones.l = 1, ml = +1 = +1/2, -1/2 2 electrones

l = 2, ml = -2 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = -1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = 0= +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = +1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = +2 = +1/2, -1/2 2 electrones

Este principio, establece que no puedehaber ms de dos electrones con girospropios opuestos en cada orbital.

El nmero cuntico de spin ms tienevalores de +1/2 y -1/2 que representan losdiferentes giros

Retomando el ejemplo anterior, para la capaMl = 0,ml = 0 = +1/2, -1/2 2 electrones

l = 1, ml = -1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 1, ml = 0 = +1/2, -1/2 2 electrones.l = 1, ml = +1 = +1/2, -1/2 2 electrones

l = 2, ml = -2 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = -1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = 0= +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = +1 = +1/2, -1/2 2 electronesl = 2, ml = +2 = +1/2, -1/2 2 electrones


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomo

Esquema de asignacin de electrones en los niveles de energa

l=0 l=1 l=2 l=3 l=4 l=5

(S) (p) (d) (f) (g) (h)

n = 1 (K) 2

n = 2 (L) 2 6

n = 3 (M) 2 6 10

n = 4 (N) 2 6 10 14

n = 5 (O) 2 6 10 14 18

n = 6 (P) 2 6 10 14 18 22


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoNotacin abreviadaLa notacin abreviada que se usa confrecuencia para simbolizar laestructura electrnica de un tomo,combina el valor del nmero cunticoprincipal (1, 2, 3, 4), la letraminscula para el nmero cunticoacimutal (s, d , p) y el nmero deelectrones de cada orbital comondice superior (2, 6, 10). Por tanto, ladesignacin de la estructura delgermanio es:

1s22s22p63s23p63d104s24p2

Desviaciones de las estructuraselectrnicas previstas.Esta configuracin ordenada de laestructura electrnica no se siguesiempre, y particularmente cuandoel nmero atmico es grande, porejemplo, el hierro, con nmeroatmico 26, cabra de esperar que suestructura atmica fuera:

1s22s22p63s23p6 3d8

Siendo su estructura real1s22s22p63s23p63d64s2

Notacin abreviadaLa notacin abreviada que se usa confrecuencia para simbolizar laestructura electrnica de un tomo,combina el valor del nmero cunticoprincipal (1, 2, 3, 4), la letraminscula para el nmero cunticoacimutal (s, d , p) y el nmero deelectrones de cada orbital comondice superior (2, 6, 10). Por tanto, ladesignacin de la estructura delgermanio es:

1s22s22p63s23p63d104s24p2

Desviaciones de las estructuraselectrnicas previstas.Esta configuracin ordenada de laestructura electrnica no se siguesiempre, y particularmente cuandoel nmero atmico es grande, porejemplo, el hierro, con nmeroatmico 26, cabra de esperar que suestructura atmica fuera:

1s22s22p63s23p6 3d8

Siendo su estructura real1s22s22p63s23p63d64s2


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoDesviaciones de las estructuraselectrnicas previstas.El nivel 3d incompleto causa elcomportamiento magntico delhierro.Valencia.Se relaciona con la capacidad de untomo para encontrar combinacinqumica con otros elementos.Suele determinar el nmero deelectrones en el nivel combinado msexterior Sp

Ejemplos de valencia.Mg: 1s22s22p63s2 valencia = 2

Al: 1s22s22p63s23p1 Valencia = 3

Ge: 1s22s22p63s23p63d104s24p2

Valencia = 4

Desviaciones de las estructuraselectrnicas previstas.El nivel 3d incompleto causa elcomportamiento magntico delhierro.Valencia.Se relaciona con la capacidad de untomo para encontrar combinacinqumica con otros elementos.Suele determinar el nmero deelectrones en el nivel combinado msexterior Sp

Ejemplos de valencia.Mg: 1s22s22p63s2 valencia = 2

Al: 1s22s22p63s23p1 Valencia = 3

Ge: 1s22s22p63s23p63d104s24p2

Valencia = 4


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomoEstabilidad atmica.Si un tomo tiene valencia cero,ningn electrn entra en lasreacciones qumicas y el elemento esinerte, un ejemplo es el argn

1s22s22p63s23p6

Otros tomos se comportan como sisus niveles externos Sp estuvieranplenamente llenos con 8 electrones ototalmente vacos, un tomo dealuminio cede sus 3 electronesdejando vaco el nivel 3Sp

1s22s22p63s23p1

Electronegatividad.Es la tendencia de un tomo a ganarun electrn.Los tomos con niveles externos deenerga casi completamente llenos,son sumamente electronegativos(cloro).Los tomos con niveles externos deenerga casi vacos ceden electronesfcilmente y son altamenteelectropositivos (sodio).Los elementos con alto nmeroatmico tienen una escasaelectronegatividad.

Estabilidad atmica.Si un tomo tiene valencia cero,ningn electrn entra en lasreacciones qumicas y el elemento esinerte, un ejemplo es el argn

1s22s22p63s23p6

Otros tomos se comportan como sisus niveles externos Sp estuvieranplenamente llenos con 8 electrones ototalmente vacos, un tomo dealuminio cede sus 3 electronesdejando vaco el nivel 3Sp

1s22s22p63s23p1

Electronegatividad.Es la tendencia de un tomo a ganarun electrn.Los tomos con niveles externos deenerga casi completamente llenos,son sumamente electronegativos(cloro).Los tomos con niveles externos deenerga casi vacos ceden electronesfcilmente y son altamenteelectropositivos (sodio).Los elementos con alto nmeroatmico tienen una escasaelectronegatividad.


Estructura y Configuracin ElectrnicaEstructura electrnica del tomo



2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


Estructura y Configuracin ElectrnicaLa Tabla Peridica, Reactividad de los ElementosLa Tabla Peridica.Se basa en la configuracin electrnica de los elementos, en consecuencia,dicha tabla revela ciertos aspectos del comportamiento de los elementos


Estructura y Configuracin ElectrnicaLa Tabla Peridica, Reactividad de los ElementosReactividad QumicaLa reactividad o actividad qumica esla capacidad de un elemento paracombinarse qumicamente con otros.La reactividad es distinta en losdiversos elementos. Hay algunoselementos muy reactivos (tienen unagran tendencia a combinarse) y hayelementos poco reactivos (tienenpoca tendencia a combinarse).

La reactividad de los elementos sepuede comparar usando la tablaperidica.En los metales la reactividadaumenta hacia abajo y hacia laizquierda de la tabla peridica. Enlos no metales la reactividadaumenta hacia arriba y hacia laderecha de la tabla peridica.

Reactividad QumicaLa reactividad o actividad qumica esla capacidad de un elemento paracombinarse qumicamente con otros.La reactividad es distinta en losdiversos elementos. Hay algunoselementos muy reactivos (tienen unagran tendencia a combinarse) y hayelementos poco reactivos (tienenpoca tendencia a combinarse).

La reactividad de los elementos sepuede comparar usando la tablaperidica.En los metales la reactividadaumenta hacia abajo y hacia laizquierda de la tabla peridica. Enlos no metales la reactividadaumenta hacia arriba y hacia laderecha de la tabla peridica.


Estructura y Configuracin ElectrnicaLa Tabla Peridica, Reactividad de los Elementos



2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


2. Modelos Atmicos.



5. Enlace Atmico.


Estructura y Configuracin ElectrnicaEl Enlace AtmicoEnlace AtmicoLos enlaces atmicos se definen comoun conjunto de interacciones que tienelugar en la capa electrnica de lostomos, con la finalidad de unirse yformar una molcula o un compuestoestable.Los enlaces qumicos se pueden dividiren 3 grupos: Enlaces metlicos Enlaces covalentes Enlaces inicos Enlace de Van der Waals

Enlaces metlicos.El enlace metlico se produce cuandose combinan metales entre s. Lostomos de los metales necesitan cederelectrones para alcanzar laconfiguracin de un gas noble. En estecaso, los metales pierden loselectrones de valencia y se forma unanube de electrones entre los ncleospositivos.Los electrones tienen cierta movilidad;por eso, los metales son buenosconductores de la electricidad. La nubede electrones acta como"pegamento" entre los cationes. Poresta razn casi todos los metales sonslidos a temperatura ambiente.Enlaces no direccionales que permitena los metales ser conformables.

Enlace AtmicoLos enlaces atmicos se definen comoun conjunto de interacciones que tienelugar en la capa electrnica de lostomos, con la finalidad de unirse yformar una molcula o un compuestoestable.Los enlaces qumicos se pueden dividiren 3 grupos: Enlaces metlicos Enlaces covalentes Enlaces inicos Enlace de Van der Waals

Enlaces metlicos.El enlace metlico se produce cuandose combinan metales entre s. Lostomos de los metales necesitan cederelectrones para alcanzar laconfiguracin de un gas noble. En estecaso, los metales pierden loselectrones de valencia y se forma unanube de electrones entre los ncleospositivos.Los electrones tienen cierta movilidad;por eso, los metales son buenosconductores de la electricidad. La nubede electrones acta como"pegamento" entre los cationes. Poresta razn casi todos los metales sonslidos a temperatura ambiente.Enlaces no direccionales que permitena los metales ser conformables.


Estructura y Configuracin ElectrnicaEl Enlace Atmico


Estructura y Configuracin ElectrnicaEl Enlace AtmicoEnlace CovalenteLos enlaces covalentes se definen comola unin que se produce entre 2tomos por la comparticin de 2 o mselectrones de su capa externa conobjeto de formar una molcula estable.Dentro de los enlaces covalentes nosencontramos con 2 tipos de enlacescovalentes que se pueden originar: Enlace covalente polar Enlace covalente apolarLas uniones covalentes son muyfuertes, estos materiales son frgiles,tienen poca ductilidad, y escasaconductividad elctrica y trmica

Enlace CovalenteLos enlaces covalentes se definen comola unin que se produce entre 2tomos por la comparticin de 2 o mselectrones de su capa externa conobjeto de formar una molcula estable.Dentro de los enlaces covalentes nosencontramos con 2 tipos de enlacescovalentes que se pueden originar: Enlace covalente polar Enlace covalente apolarLas uniones covalentes son muyfuertes, estos materiales son frgiles,tienen poca ductilidad, y escasaconductividad elctrica y trmica


Estructura y Configuracin ElectrnicaEl Enlace AtmicoEnlace InicoEste enlace se produce cuandotomos de elementos metlicos seencuentran con tomos no metli-cos.En este caso los tomos del metalceden electrones a los tomos del nometal, transformndose en ionespositivos y negativos, respecti-vamente. Al formarse iones de cargaopuesta stos se atraen por fuerzaselctricas intensas, quedando fuerte-mente unidos y dando lugar a uncompuesto inico.Estos enlaces hacen que los materialessean frgiles y con conductividad baja.

Enlace InicoEste enlace se produce cuandotomos de elementos metlicos seencuentran con tomos no metli-cos.En este caso los tomos del metalceden electrones a los tomos del nometal, transformndose en ionespositivos y negativos, respecti-vamente. Al formarse iones de cargaopuesta stos se atraen por fuerzaselctricas intensas, quedando fuerte-mente unidos y dando lugar a uncompuesto inico.Estos enlaces hacen que los materialessean frgiles y con conductividad baja.


Estructura y Configuracin ElectrnicaEl Enlace AtmicoEnlace de Van der WaalsSe establece entre molculas apolares,debido a las asimetras en las capaselectrnicas exteriores que provocandipolos instantneos. Estos dipolos seatraen entre s.Los dipolos son instneos y las fuerzasde atraccin van cambiando a la vezque los dipolos.Estas fuerzas explican, que lasmolculas de yodo se agrupen hasta talpunto que el yodo es un compuestoslido, siendo sus homlogos gaseosos.Su sublimacin es facilsima: romperfuerzas de Van der Waals no requieremucho esfuerzo.

Enlace de Van der WaalsSe establece entre molculas apolares,debido a las asimetras en las capaselectrnicas exteriores que provocandipolos instantneos. Estos dipolos seatraen entre s.Los dipolos son instneos y las fuerzasde atraccin van cambiando a la vezque los dipolos.Estas fuerzas explican, que lasmolculas de yodo se agrupen hasta talpunto que el yodo es un compuestoslido, siendo sus homlogos gaseosos.Su sublimacin es facilsima: romperfuerzas de Van der Waals no requieremucho esfuerzo.


Estructura y Configuracin ElectrnicaResumen.La estructura electrnica de untomo puede describirse mediantelos niveles de energa a los cualesest asignado cada electrn a los 4nmeros cunticos.La tabla peridica se construye conbase en la estructura electrnicaLa estructura electrnica condicionael enlace o unin entre tomos y deah las caractersticas generales decada material

La estructura electrnica de untomo puede describirse mediantelos niveles de energa a los cualesest asignado cada electrn a los 4nmeros cunticos.La tabla peridica se construye conbase en la estructura electrnicaLa estructura electrnica condicionael enlace o unin entre tomos y deah las caractersticas generales decada material

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