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7/17/2019 Quimica 1º Bachillerato Tema III-IV-V

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Antonio Oliva Facerías Física y Química 1º de Bachillerato

Lección 3. Teorías atómicas

La química moderna nace a finales del S. XVIII, un siglo después de la física de Newton y laley de Boyle, y a la e! que las leyes que descri"en las propiedades físicas de los gases# leyes de$%arles y &ay'Lussac, (ogadro, leyes de los gases ideales y de )alton de las presiones parciales.

*.' Las leyes ponderalesLa química surge con la medida. (l medir con precisi+n los pesos de las sustancias masas-

cuando reaccionan unas con otras, se descu"ren unas leyes que son independientes entre sí y decualquier modelo de constituci+n de la materia. st/n "asadas s+lo en %ec%os e0perimentales.

a1 Ley de Lavoisier . Ley de conseraci+n de la masa. n una reacci+n química, la suma delas masas de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos de lareacci+n. Σm reactios- 2 Σm productos-

(l tener en cuenta la masa de los gases se resuelen todas las o"3eciones a esta ley.

"1 Ley de Proust. Ley de las proporciones definidas. $uando dos o m/s elementosreaccionan para formar un mismo compuesto, lo %acen en una proporci+n en masa fi3a. 4 "ien, aldescomponer un compuesto en sus elementos siempre se encuentra el mismo porcenta3e en peso.

No e0isten compuestos "ert+lidos, de proporciones aria"les.

c1 Ley de Dalton. Ley de las proporciones m5ltiples. Las cantidades de un mismo elementoque se com"inan con una cantidad fi3a de otro, para formar distintos compuestos, est/n en unarelaci+n de n5meros enteros sencillos.

$on *6 g de $ reaccionan, *7 g de 4 para dar $486 g de 4 para dar $46.

216

32

)(

)( 2 ==COel enOm

COel enOm

d1 Ley de Richter . Ley de las proporciones recíprocas. Las masas de dos elementos que secom"inan con una cantidad fi3a de un tercero, guardan la misma proporci+n que las masas de los doscuando se com"inan entre sí.

9 g de : ; 86 g 4 → agua 9 g de : ; *6 g de $ → metano




Los químicos miden tam"ién, con precisi+n, los ol5menes de las sustancias cuandoreaccionan unas con otras. No e0iste ninguna ley para s+lidos y líquidos los ol5menes con los que

reaccionan pueden ser cualesquiera- pero si e0iste una para los gases.Ley de los ol5menes de com"inaci+n de &ay'Lussac. Los ol5menes de los gases queinterienen en una reacci+n química, est/n en una relaci+n de n5meros enteros sencillos.

6 : ; 4 → :64 N ; 8 : → N:8 : ; $l → :$l6 ol. * ol. → 6 ol. * ol. 8 ol. → 6 ol. * ol. * ol. → 6 ol.

=ara )alton los /tomos de los elementos químicos gaseosos tienen un tamaDo desprecia"lefrente al olumen que ocupa el gas> supone que ol5menes iguales de todos los gases en las mismascondiciones de presi+n y temperatura de"en contener el mismo n5mero de /tomos. Ver 3.7, Lecc.6-

$on esta %ip+tesis de"iera salir *olumen de :64, como en el di"u3o, pero se producen dos. ste %ec%o esincompati"le con la teoría at+mica de)alton, no se puede e0plicar.

6 ol5menes de : ; * ol. de 4 → * ol. de :64

9.' Hipótesis de Avogadro. Los elementos en estado gaseoso forman moléculas diatómicas .

)e esta manera, ol5menes iguales de todos los gases en las mismas condiciones de presi+n ytemperatura tienen igual n5mero de moléculas. $on esta suposici+n, luego confirmada y conertidaen ley, se supera la contradicci+n y se consolida finalmente la teoría at+mica de )alton.

6 :6 ; 46 → 6 :64 N6 ; 8 :6 → N:8 :6 ; $l6 → 6 :$l6 ol. * ol. → 6 ol. * ol. 8 ol. → 6 ol. * ol. * ol. → 6 ol.

6 ol5menes de :6 ; * ol. de 46 → 6 ol5menes de :64

E.' odelos so!re la constitución de la materia. Teoría cinética.




7.' "risis del #tomo de Dalton.)os nueos grupos de e0periencias electrolisis y descargas en tu"os de acío- eidencian

que los /tomos son diisi"les y que poseen carga eléctrica en su interior.a1 Karaday aplica una diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de una disoluci+n o

fundido- de una sustancia i+nica, produciéndose el fen+meno de la electrolisis# circula una corrienteproduciéndose cam"ios químicos en los electrodos so"re los que enuncia dos leyes-. Volta fa"ricapilas descu"riendo que todos los /tomos sin e0cepci+n poseen cargas eléctricas en su interior.

"1 &eissler esta"lece una diferencia de potencial eleada entre dos electrodos situados en lose0tremos de un tu"o, en el que se %a encerrado un gas a "a3a presi+n, apareciendo un %ilo luminosoal tiempo que pasa corriente. (umentando el acío, desaparece la lu! pero se produce unaluminiscencia en el /nodo creada por unos rayos que parecen proenir del c/todo.

i1 $rooes perfora el /nodo parade3ar pasar los Frayos catódicosG y los%ace incidir so"re pintura fluorescente,produciendo centelleos. (plica camposeléctricos y magnéticos normales que losdesían. <ienen carga '- y masa muypequeDa %acen girar un molinillointerpuesto-. Son a"sor"idos por una %o3a

de papel y proyectan som"ras.ii1 Thomson mide su relaci+n q1m,

resultando que todos los átomos poseeneste mismo tipo de partícula en su interior ,con carga eléctrica negatia y masa muypequeDa# son electrones.

iii1 illi$an suspende en el aire con un campo eléctrico gotitas de aceite irradiadas conelectrones. =eso 2 elécMqe'. $on el peso y el campo eléc se calcula qe'

i1 &oldstein anali!a los restos positios rayos positios o canales-> su carga es m5ltiplo

entero de la del electr+n. La mayor relaci+n q1m la tiene el resto positio del %idr+geno.1 Ruther%ord la identifica el resto positio del : con una partícula elemental# el protón.l /tomo de )alton no preé ninguno de estos %ec%os. :ay que modificarlo.

' &l modelo atómico de Thomson

&

nodo

'todo

'amo el*ctricovertical

+ ,

+

,

'amo ma-n*ticotransversal

.ayos catdicos

/antalla0luorescente

as a aa resin

"uo devidrio




$/mara de Qilson. s una ca3a con paredes de cristal, saturada de apor de agua, en laque se inyectan los rayos. l aire ioni!ado por la radiaci+n condensa el apor de agua, produciendo

pequeDas gotitas a lo largo de las trayectorias. (nali!ados con campos eléctricos y magnéticos, seo"ser+ que emiten tres tipos de FrayosG capaces como los rayos X de elar películas fotogr/ficas,atraesar l/minas met/licas e ioni!ar los gases.

c1 <ipos de desintegraci+n α. Son n5cleos de 9

6:e> cadan5cleo los emite con elocidad energíacinética- determinada, los detiene una%o3a de papel y tienen gran poder deioni!aci+n.

β'

. Son electrones que procedendel n5cleo, producto de la desintegraci+nde neutrones en p; y e '. Se pueden moer a altas elocidades, son ioni!antes y losdetiene una l/mina de aluminio.

γ . Son fotones con m/s energía que los rayos X. =enetran l/minas met/licas y sona"sor"idos por =". No tienen masa ni carga no son desiados por campos eléctricos o magnéticos-.

.' &(periencia de Ruther%ordBom"ardea l/minas de distintosmetales con rayos α y comprue"a que una capade oro de unos cien /tomos de espesor esatraesado por el J J1JJ de los rayos como sila materia estuiera realmente acía, %ueca. Cn J1JJ se desían y alguna partícula α re"ota.)e"e suponer que la masa y por tanto la cargapositia que soporta- est/ concentrada en un

olumen muy pequeDo# el n5cleo. <amaDo del/tomo ≈ *J'*J m> tamaDo del n5cleo ≈ *J'*9 m-

*J.' &l modelo atómico de Ruther%ordl /tomo nuclear es el 5nico modelo compati"le con los resultados de su e0periencia. )e"e

5a derayos α

7mactosluminosos

/antalla0luorescente

/artícula α

reotada

Lminade AuFuente deradiacin α

/

8ales de "h9.a9 :9 /o

/

γ

,

+

α

β

'mara de;ilson

5a deradiacin <ia0ra-ma




una onda electromagnética que se propaga por el acío-.0plica las interferencias y los fen+menos de difracci+n paso por un orificio, rendi3a o red-.

Longitud de onda λ. Longitud de una onda completa. Se mide en m. eríodo <. <iempo preciso para que una onda completa pase por un punto. Se mide en s. !recuencia f es el n5mero de ondas por segundo que pasan por un punto del medio. Se mide

en %ert!ios, :!. s la inersa del período# < 2 *1f "mplitud ( es la m/0ima distancia de separaci+n a la posici+n de equili"rio. La #elocidad de propagación de una onda es constante en un medio %omogéneo. s el

espacio recorrido por unidad de tiempo# 2 λ1< 2 λMf Cna onda tiene tanta m/s energía cuanta mayor es su frecuencia. l o3o perci"e cada onda

luminosa de distinta frecuencia con un color distinto> su con3unto constituye el espectro #isible$

Ver fen+menos de interferencia en la p/gina

Las ondas isi"les m/s energéticas, de altafrecuencia λ corta- son ioletas. λ 2 9JJ nm

Las menos energéticas, de "a3a frecuencia y λlarga- son ro3as. λ 2 EJ nm

Toung y Kresnel e0plican la refle0i+n, la refracci+n, ladifracci+n y los fen+menos de interferencias, y Ki!eau mide laelocidad de la lu! en el acío que es c 2 8JJ.JJJ m1s.

c1 <eoría electromagnética de Ha0well. Cnifica losfen+menos +pticos y electromagnéticos. La lu! son ondaselectromagnéticas formadas por un campo eléctrico perpendicular aotro magnético am"os aria"les peri+dicamente y normales a ladirecci+n de propagaci+n. Las cargas eléctricas aceleradas creanondas electromagnéticas.

λ

(

(

Onda lar-a= aa ener-ía λ

(Onda corta=alta ener-ía

:ltra+violeta

0(5) λ(m)

1%+12

1%+#

1%+6

1%+3

1%

1%3

1%2%

1%1>

1%1$

1%11

1%?

1%@

.ayos γ

.ayos 4

isile7n0raroo

icro+ +ondas

Onda corta

F y "

AOndalar-a

roonaranaamarilloverde

aulvioleta$%% nm

>@% nm




frecuencias distintas separadas por espacios sinlu!. l espectro de cada elemento es distinto.

Balmer estudia el espectro del /tomo de : y deduce una ley para calcular sus frecuencias. Oyd"erg deduce una f+rmula general para las series del :# Lymann CV-, Balmer isi"le-,

=asc%en IO-, Bracet IO- y =fund IO-# *1λ 2 O: *1n*6 ' *1n6

6-3ercicio *.' Cnos rayos X poseen una longitud de onda de 6 U. $alcula# a1 Su longitud de

onda en m, nm y pm. "1 Su frecuencia en :!. c1 Su energía en y eV. d1 La energía de * mol de estosfotones.

)atos# * U 2 *J'*J m. % 2 7,76EM*J'89 Ms. c 2 8M*J m1s. N ( 2 7,J68M*J68. * m 2 *J nm 2 *J*6

pm. * eV 2 *,7M*J'* Sol. a1 λ 2 6M*J'*J m 2 J,6 nm. "1 *,EM*J* :!. c1 ∆ 2 ,9M*J'*7 2 7,6M*J8 eV. d1 E,M*J 1mol

3ercicio 6.' l %idr+geno emite en el isi"le serie de Balmer- cuatro rayas cuyas longitudesde onda son 9*J, 989, 97 y 7E7 nm. $alcula sus frecuencias. )atos# * nm 2 *J' m> c 2 8M*J m1s.

Sol. f * 2 ,86M*J*9 :!. f 6 2 7,M*J*9 :!. f 8 2 7,*M*J*9 :!. f 9 2 9,EM*J*9 :!

*8.' De%ectos del modelo atómico de Ruther%ord l modelo nuclear no preé ning5n mecanismo que e0plique los espectros.

No e0plica las propiedades peri+dicas que muestran los elementos en el sistema peri+dico. Seg5n la mec/nica cl/sica, un electr+n or"itando en torno del n5cleo de"ería emitir energíaradiante de forma continua, por lo que aca"aría cayendo en el n5cleo y el /tomo no sería esta"le. lelectr+n pasaría por estados de energía cada e! menor con lo que el espectro de un elementoquímico de"ería ser continuo y no lo es. Si el electr+n salta entre dos +r"itas que pueden tener cualquier energía, la lu! emitida podría tener cualquier frecuencia-.

*9.' "uanti)ación de la energía

)os fen+menos que no pueden ser e0plicados con la teoría electromagnética cl/sica e0igenque la energía no se trasmita de forma continua, sino en cantidades discretas, llamadas cuantos ofotones.

i1 <eoría cu/ntica de =lanc.




Si la lu! es un corp'sculo que c%oca contra el electr+n, entonces sí puede arrancarlo si suenergía es, como mínimo, igual a la de ioni!aci+n del /tomo# ioni!aci+n 2 %Mf J. La lu! es a"sor"ida enforma de paquetes de energía.

La luz está compuesta por cuantos de energía o fotones$*E.' &l modelo atómico de ,ohr

Bo%r modifica el modelo nuclear de Out%erford para e(plicar el espectro del átomo de ) , el/tomo m/s simple. 4"sera que los /tomos de : e0citados no emiten lu! de cualquier frecuencia# suespectro es discontinuo, con decenas de rayas que corresponden a fotones de distinta energía.=ropone un mecanismo que e0plica la emisi+n de cada uno de ellos.

=ara ello aplica la teoría de conseraci+n de la energía y la teoría cu/ntica de =lanc# si un/tomo emite un cuanto un fot+n- de energía * + h%f , pasa de un estado de mayor a otro de menor energía, y la diferencia de energía entre los dos estados de"e ser igual a la energía del fot+n emitido.

ste modelo e0ige que el e' no pueda estar a cualquier distancia del n5cleo y con cualquier energía-, sino s+lo en determinadas +r"itas y sus correspondientes energías-. ( partir de los datose0perimentales o"tenidos midiendo las frecuencias del espectro del /tomo de :, %ace c/lculos yo"tiene los radios y las energías de las órbitas permitidas, 3ustificando así el espectro del :.

=ara 3ustificar este mecanismo, que no es aplica"le a los /tomos polielectr+nicos conespectros m/s comple3os, necesita unos postulados ad %oc. Se de"e aceptar que#

*er ostulado. W$uando el electr+n gira en una +r"ita estacionaria en torno al n5cleo no emiteenergíaW. T así es, pero esta afirmaci+n se opone a las leyes electromagnéticas de Ha0well,totalmente compro"adas. Seg5n estas leyes, una carga acelerada el e ' en su +r"ita circular tieneaceleraci+n centrípeta- emitiría energía constantemente, produciendo un espectro continuo, yaca"aría cayendo en el n5cleo. l /tomo no sería esta"le y sí lo es.

6 ostulado. WS+lo est/n permitidas las +r"itas que cumplen la condici+n ar"itraria# r·m·v =

n·h/ -πW. r radio, m masa, # elocidad del electr+n, n n5mero natural con alores permitidos *,6,8,.., hconstante de =lanc-. Introduce un n5mero cu/ntico n> así, el espectro del : es discontinuo y defrecuencias fi3as. $alcula por métodos cl/sicos los radios y energías de las +r"itas permitidas. No %aye0plicaci+n para que unas +r"itas estén permitidas y otras no, pero se a3usta a los %ec%os.




/.0 1allos del modelo atómico de ,ohr . Sus postulados no tienen "ase te+rica, s+lo 3ustifican los %ec%os e0perimentales. n el *, al aceptar el modelo planetario niega la mec/nicacl/sica. n el 6 me!cla ideas cl/sicas c/lculo de radios y energías- con métodos cu/nticosintroducci+n ar"itraria de n-. 0plica el espectro del : pero no los de los /tomos polieléctr+nicos ni eldesdo"lamiento de algunas rayas espectrales del : en presencia de campos magnéticos en 8, E o rayas de frecuencias muy pr+0imas. Sommerfeld intenta e0plicarlas suponiendo que las +r"itas sonelípticas, sin conseguirlo.

2.0 Dualidad onda0corpsculo

instein afirma que la lu! tiene naturale!a ondulatoria cuando interacciona con otrasondas, y corpuscular cuando interacciona con corp5sculos, como en el efecto fotoeléctrico.

)e Broglie amplía esta propiedad a todas las partículas, que pasan a tener tam"ién do"lenaturaleza, corpuscular y ondulatoria.

=ara un fot+n, aplicando la ecuaci+n de =lanc# 2 %Mf , y la de instein# 2 mMc6

Igualando# %Mf 2 mMc6. )espe3ando# %1mMc 2 c1f 2 λ longitud de onda de una partícula de elocidad c.La longitud de onda λ de la onda asociada a una partícula de masa m que se muee a una

elocidad ser/#λ * h4m+v

$alculemos la longitud de onda de laonda asociada a una "ola de m 2 * g y a un e '

de me 2 ,*M*J'8* g que se mueen a * m1s. % 27,7M*J'89 Ms.

λ"al+n 2 %1m"M 2 7,7M*J'891*M* 2 7,7M*J'89 m<otalmente indetecta"le

λe 2 %1meM 2 7,7M*J'891,*M*J'8*M* 2 ,6EM*J'9 m 2 e+

.endias

1

<etector

s1




Oesuele definitiamente el pro"lema del /tomo teniendo en cuenta la teoría cu/ntica de=lanc, la dualidad onda corp5sculo del electr+n y el principio de incertidum"re.

Supone que las propiedades ondulatorias determinan el comportamiento del electr+n muc%om/s que sus características corpusculares, en contra de lo que aceptan todos los modelos anteriores"asados en la mec/nica cl/sica. l electr+n es m/s onda que corp5sculo.

(dem/s, por el principio de incertidum"re no se puede sa"er con precisi+n la posici+n delelectr+n. La noci+n de +r"ita pierde sentido# no %ay una trayectoria que recorra el electr+n Bo%r-.

=or el contrario, si el electr+n es una onda se puede calcular en qué casos es una ondaestacionaria esta"le mec/nica ondulatoria-, calculando de esta manera los estados de energíaposi"les. sto se %ace mediante la ecuaci+n de onda de Sc%rZdinger. Ver p/g -

Sus soluciones que dependen de tres par/metros# n, l, m- son las funciones de ondas ψ psi-llamadas or"itales, que determinan la energía y la distri"uci+n espacial donde se encuentra elelectr+n. Su alor eleado al cuadrado ψ 6 est/ relacionado con la pro"a"ilidad de que el electr+n estéen esa regi+n del espacio determinada.

∆ψ ; Mπ6Mm1%6 M [ C-M ψ 2 J

n el di"u3o, las dos primeras ondasestacionarias simulan electrones en or"itales

permitidos> el tercero pertenece a un e'

cuyaonda se anula, es no estacionaria# no es unniel de energía permitido.

Cn or"ital es la regi+n del espacio en torno al n5cleo donde e0iste muc%a pro"a"ilidad deencontrar al electr+n. st/ definido por los alores de los tres primeros n5meros cu/nticos#

n con alores permitidos *, 6, 8, ... es el n5mero cu/ntico principal, determina la capa o nielde energía y est/ relacionado con el olumen del or"ital# cuanto mayor es su alor, mayor es su

energía y el tamaDo del or"ital.l con alores permitidos J, *, 6,.. n'*, es el n5mero cu/ntico secundario o a!imutal determina

las su"capas o su"nieles que %ay dentro de cada capa. $ada su"capa da lugar a un tipo de or"italdistinto# s, p, d , f que tienen distinta forma espacial *, 6 o 9 l+"ulos-.




l 2 J l 2 * l 2 6

58 cu#nticoprincipal

58 cu#nticosecundario

Tipo deor!ital

58 cu#nticomagnético

58 cu#nticode spin

5mero de electrones9r!itales

or!ital su!capa capa

n 2 * l 2 J s m 2 J s 2 ± ] 6 6 6 *s

n 2 6

l 2 J s m 2 J s 2 ± ] 6 6

6s

l 2 * p

m 2 '* s 2 ± ] 6

7

6p0

m 2 J s 2 ± ] 6 6py

m 2 ;* s 2 ± ] 6 6p!

n 2 8

l 2 J s m 2 J s 2 ± ] 6 6

*

8s

l 2 * p

m 2 '* s 2 ± ] 6

7

8p0

m 2 J s 2 ± ] 6 8py

m 2 ;* s 2 ± ] 6 8p!

l 2 6 d

m 2 '6 s 2 ± ] 6

*J

8d0y

m 2 '* s 2 ± ] 6 8dy!

m 2 J s 2 ± ] 6 8d0!

m 2 ;* s 2 ± ] 6 8d06' y

6

m 2 ;6 s 2 ± ] 6 8d!6

l 2 J s m 2 J s 2 ± ] 6 6 9s

l 2 * p

m 2 '* s 2 ± ] 6

7

9p0

m 2 J s 2 ± ] 6 9py

m 2 ;* s 2 ± ] 6 9p!

l 2 6 d

m 2 '6 s 2 ± ] 6

*J

9d0y

m 2 '* s 2 ± ] 6 9dy!

m 2 J s 2 ± ] 6 9d0!

$s

@s

3

$

@

3d

$d

@d

$0

l




6*.' &l #tomo polielectrónico

n el /tomo de : todos los or"italesde la misma capa tienen la misma energía> laenergía de un or"ital depende s+lo de n.

n los /tomos polielectr+nicos laenergía cam"ia dentro de cada capa, siendomenor en el or"ital s que en los or"itales p.sto es de"ido al apantallamiento que e3ercenso"re el n5cleo las capas interiores deelectrones> a%ora la energía de un or"italdepende de n y l .

Los or"itales de una misma su"capatienen la misma energía en ausencia decampos magnéticos y se dice que est/ndegenerados. Los tres or"itales p tienen lamisma energía> igual ocurre con los cincoor"itales d o los siete f dentro de cada capa.

n presencia de un campo magnéticoestos nieles se desdo"lan y adquieren un

alor de energía leemente distinto.

( partir de esta distri"uci+n de nieles de energía sepueden interpretar los espectros %asta el 5ltimo detalle.

l i i i d ( f" d d ll d d d d l

GHcleo

/eri0eria del tomo

1s

2s 2 3s 3 $s 3d

@s $

@0

@ $d

6s $0

6 @d

>sDner-ía

G i v e l e s d e e n e r -

í a

Los niveles de ener-ía noaarecen a escala! Dn la

eri0eria del tomo estnmuy rKimos! 'erca del

nHcleo9 ms searados

*s

6s 6p

8s 8p 8d




^Na_# *s6 6s6 6p06 6py

6 6p!6 8s* 2 *s6 6s6 6p7 8s* 2 ^Ne_ 8s*

Cn or"ital se puede representar como una ca3a en el que ca"en dos electronesrepresentados por dos flec%as con espines antiparalelos. La energía es creciente desde el n5cleo%acia el e0terior. <odos los or"itales de la misma su"capa tienen la misma energía, est/ndegenerados y se di"u3an 3untos.

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ *s6 6s6 6p06 6py

6 6p!6 8s*

Los nieles de energía no ocupados e0isten, aunque no se escri"en por estar acíos.^Na_# *s6 6s6 6p7 8s* 8pJ 9sJ 8dJ 9pJ EsJ 9dJ EpJ . . .

Cn estado e0citado de los muc%os posi"les- de un /tomo de Na es, por e3emplo#^Na_# *s6 6s6 6p7 Es* 2 ^Ne_ Es*

=rincipio de :und o de m/0ima multiplicidad$uando se produce el llenado de los or"itales degenerados de una su"capa de un /tomo, la

configuraci+n energéticamente m/s esta"le es aquella en que# =rimero se semiocupan todos los or"itales del mismo su"niel con e' con spines paralelos. Luego se completa con e ' que se aparean con los ya e0istentes con spines antiparalelos. Los /tomos con su"nieles acíos, llenos o semillenos son m/s esta"les. (sí, las formas m/s esta"les del $ y del N son las siguientes#

^$_# *s6 6s6 6p0* 6py

* 6p!J y no ^$_# *s6 6s6 6p0

6 6pyJ 6p!

J o ^$_# *s6 6s6 6p0* 6py

* 6p!J

↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↓

Dner-ía creciente

GHcleo




3ercicio 8.' n el modelo del /tomo de %idr+geno de Bo%r, la energía de cada capa o nieldepende s+lo del n5mero cu/ntico principal# * 2 '*8,71n6 eV. $alcula la longitud de onda en nm de losfotones de la serie de Balmer, emitidos al caer un electr+n desde las capas 8?, 9?, E? y 7? en lasegunda capa. )atos# % 2 7,7M*J'89 Ms> * eV 2 *,7M*J '* . c 2 8M*J m1s.

Sol. λ8→6 2 7E. λ9→6 2 97. λE→6 2 989. λ7→6 2 9*J

3ercicio 9.' @$u/les de las siguientes com"inaciones de n5meros cu/nticos son correctasA0plica por qué. @ùé representa cada una de ellasA Nom"ra los or"itales a que corresponden.

a1 n 2 6 l 2 * m 2 J s 2 ]"1 n 2 * l 2 6 m 2 J s 2 ']c1 n 2 8 l 2 '* m 2 * s 2 *d1 n 2 9 l 28 m 2 9 s 2 Je1 n 2 8 l 2 6 m 2 J s 2 ±]f1 n 2 8 l 2 * m 2 * s 2 ']

3ercicio E.' )i"u3a un Sistema =eri+dico esquem/tico. scri"e los sím"olos de los elementosrepresentatios grupos I'( %asta VIII'(-, los grupos I'B, II'B y III'B y la primera serie de transici+n.

3ercicio 7.' structura electr+nica de : y :e. (nota los n5meros cu/nticos de cada uno desus electrones. )e"a3o de ellas, representa a los or"itales en forma de ca3as y sit5a en ellas a loselectrones.

3ercicio .' scri"e las estructuras electr+nicas de los elementos del segundo y tercer período. )e"a3o de ellas, representa los or"itales en forma de ca3as y sit5a en ellas a los electrones. (plica el =rincipio de :und. (nota los n5meros cu/nticos del 5ltimo electr+n.

3ercicio .' scri"e las estructuras electr+nicas de los elementos del cuarto, quinto y se0toperíodos. )e"a3o de ellas, representa los or"itales en forma de ca3as y sit5a en ellas a los electrones. (plica el =rincipio de :und. (nali!a los casos del grupo VI'B# $r, Ho, Q y del grupo I'B# $u, (g, (u.Oepítelo para La, :f, $e, &d, Lu, (c, <%.




"1 *s6 6s6 6p7 8s8 d1 *s6 6s6 6p7 8s6 8p*J8s8

3ercicio *8.' 0plica qué alores puede tomar m para los or"itales 6s, 8d y 9p.

3ercicio *9.' l n5mero at+mico de un elemento es 8. Indica#a1 Su configuraci+n electr+nica."1 )e qué elemento se trata y a qué grupo y período pertenece.c1 )i los alores de los n5meros cu/nticos del electr+n de mayor energía.3ercicio *E.' )ados los elementos de n5meros at+micos , **, 6J, 8E y 87#a1 Identifica su nom"re y sím"olo y escri"e la configuraci+n electr+nica.

"1 @$u/ntos electrones desapareados tiene cada uno de ellos en su estado fundamentalA

3ercicio *7.' )efine y distingue entre +r"ita y or"ital. 0plica en qué modelos at+micos seemplea uno u otro término.

3ercicio *.' =ara cada uno de los siguientes apartados, indica el nom"re, sím"olo, n5meroat+mico y configuraci+n electr+nica del primer elemento que tenga#

a1 Cn electr+n d c1 )ie! electrones d "1 )os electrones p d1 )os or"itales s completos

3ercicio *.' a1 structura electr+nica de $u. )i"u3a de"a3o la estructura en ca3as."1 (nota los n5meros cu/nticos de un electr+n que est/ en el or"ital 6p!.c1 @=uede ser ^$u_ 2 ^(r_ 8d*JAd1 (nota los n5meros cu/nticos del 5ltimo electr+n.e1 (nota los n5meros cu/nticos de los or"itales 8p0, 8d0! y 7s.

f1 scri"e los n5meros cu/nticos de un electr+n situado en un or"ital 9d.g1 @n qué or"ital est/ el electr+n de la plata cuyos n5meros cu/nticos son 6,J,J,'] -A

3ercicio *.' Oa!ona y e0plica#a1 @=uede tener el %idr+geno una estructura electr+nica# *s6A




d1 La configuraci+n *s6 6s6 6p8 8s* no puede pertenecer a ning5n /tomo, s+lo puederepresentar la estructura electr+nica de un i+n.

e1 La configuraci+n *s6 6s6 6p8 8s* no se sa"e a quién pertenece.f1 ( los gases no"les no se les puede arrancar los electrones de la 5ltima capa.

3ercicio 66.' (plica la 6? ley de Newton al electr+n del : en su estado fundamental y calcula#a1 La e0presi+n de la energía mec/nica del electr+n en los /tomos %idrogenoides"1 l radio del /tomo de : aplicando el 6 postulado de Bo%r.c1 La energía de ioni!aci+n del /tomo : de Bo%r.)atos# Hasa del electr+n 2 ,*M*J '8* g. $arga del electr+n 2 *,7M*J '* $. $onstante de =lanc

% 2 7,7M*J'89 Ms. $onstante de $oulom"# R 2 *19πεJ 2 M*J NMm61$6.

3ercicio 68.' ( partir de la 6? ley de Newton y del 6 postulado de Bo%r, calcula#a1 Los radios de las seis primeras +r"itas permitidas del /tomo de :."1 Los radios de las 9 primeras +r"itas permitidas de los /tomos %idrogenoides :e;, Li6;, Be8;.

3ercicio 69.' ( partir de la e0presi+n de la energía mec/nica del electr+n y de la del radio del/tomo de : o"tenidos en el e3ercicio 66, se pide#

a1 La ecuaci+n que permite calcular la energía de las +r"itas sucesias en funci+n del n5merocu/ntico principal y de las constantes e ', me, %, εJ. @$u/l es la energía de ioni!aci+n de /tomo de :en su estado fundamentalA

"1 )educe la ley de Balmer y la constante de Oyd"erg.c1 )etermina la energía de las sucesias +r"itas de los /tomos %idrogenoides.d1 Las frecuencias de las 9 primeras líneas del espectro de la primera serie de :e;, Li6; y Be8;

e1 $ompara las energías de ioni!aci+n de :, :e;, Li6; y Be8;

3ercicio 6E.' Oellena la ta"la siguiente para los 8 primeros n5meros cu/nticos.

58 cu#ntico 5om!re :alores permitidos ;ndican"aracterísticas <ue determinan

en los or!itales

n N cu/ntico principal *, 6, 8, . N5mero de capa o nielnergíaVolumen




Ampliación

.0 Di%racción de ondas. Paso de ondas a través de una rendi=a

a4 9las en una piscinai1 &olpeando peri+dicamente la superficie del agua de una piscina con

una l/mina se crea un tren de ondas olas- continuo que se propagan conelocidad constante en un medio %omogéneo e is+tropo como la superficie delagua 2 λ1< 2 cte- en direcci+n radial, formando sus frentes circunferenciasconcéntricas en el foco de la perturbación. $uando est/n le3os del foco, el frentede ondas se dice que es plano.

ii1 $uando este tren de olas alcan!a un corc%o que flota en reposo en cualquier punto de lapiscina, asciende %asta una altura m/0ima amplitud - para luego descender la misma amplitud por de"a3o de la superficie %ori!ontal y oler luego a la posici+n de equili"rio, reali!ando una oscilacióncompleta que repite al paso de cada ola. l corc%o reali!a un mo#imiento #ibratorio armónico ertical,perpendicular a la direcci+n de propagaci+n. s una onda trans#ersal .

!4 Las ondas son capaces de do!lar las es<uinas>iii1 )iidimos transersalmente una piscina con una línea de flotadores de3ando una a"ertura

en el centro. Si un foco puntual crea una pertur"aci+n en la parte i!quierda, ésta se propagar/ %astallegar al orificio, donde, dependiendo de su tamaDo relatio respecto de la longitud de onda de la ola,pueden suceder dos cosas#

La a"ertura es muy grande, por lo que atraiesauna secci+n anc%a del frente de onda pr/cticamente planoque prosigue su marc%a sin afectar directamente acorc%os que no est/n en la direcci+n de propagaci+naunque por los e0tremos se producen fen+menos deinterferencia y amortiguamiento de la onda que aca"an

afectando finalmente a toda la superficie del agua-.

La a"ertura es tan estrec%a que se comportacomo un punto, un foco secundario de pertur"aci+n quecrea a su e! ondas concéntricas que se propagan por la

f




n otros casos se produce una interferencia destructia# cuando una ola tira del corc%o %aciaarri"a y la otra lo %ace %acia a"a3o, rest/ndose, produciendo una oscilaci+n de amplitud menor que lade una de ellas y que es cero si llegan e0actamente en oposici+n de fase. Cn corc%o situado en ese

punto est/ permanentemente en reposo, no oscila.

Si se coloca una línea de corc%os enla orilla de la piscina opuesta a la del focoemisor, se puede o"serar que la amplitud deoscilaci+n de los corc%os tiene un m/0imo deamplitud do"le- en el e3e de simetría,flanqueado por mínimos las ondas se anulan,los corc%os est/n quietos- y otros m/0imos

secundarios de amplitud decreciente alternadoscon mínimos.

(n/logamente, si se trata de lu!monocrom/tica que se recoge so"re unapantalla se o"sera un m/0imo de lu!flanqueado por oscuridad y otros m/0imossecundarios de luminosidad decrecientealternados con mínimos sin lu!.

Si se trata de sonido de una sola frecuencia una sola nota musical- y se pone el oído o un

micr+fono- en el e3e de simetría, se oir/ con una intensidad eleada m/0imo-, pero despla!/ndonos aderec%a o i!quierda del e3e no perci"iremos sonido mínimos-, seguidos de otros m/0imos secundariosde intensidad decreciente alternados con mínimos sin sonido.

-.0 &nergía de una onda estacionaria en una cuerda vi!rante de longitud L

La elocidad de propagaci+n de una onda en una cuerda es constante y ale 2 K1 µ-*16,donde K es la tensi+n de la cuerda y µ es la masa por unidad de longitud.

$uando una onda llega al límite del medio, c%oca y serefle3a. n este caso uele por la cuerda y se superpone a lasondas incidentes, produciéndose una interferencia, dando lugar a una onda estacionaria, llamada así porque su aspecto nocam"ia con el tiempo, e0cepto su paulatina amortiguaci+n

L I λ12

Ondas de a-ua9 lumonocromtica osonido de un tono

Foco

Amlitud mKima deoscilacin de los

corchos o de intensidadde lu o sonido




&=ercicios numéricos resueltos

3ercicio *.' Cnos rayos X poseen una longitud de onda de 6 U. a1 $alcula su longitud deonda en m, nm y pm. "1 Su frecuencia en :!. c1 Su energía en y eV. d1 La energía de * mol de estosfotones.)atos# * U 2 *J'*J m. % 2 7,7M*J'89 Ms. c 2 8M*J m1s. N ( 2 7,J68M*J68. * m 2 *J nm. * eV 2 *,7M*J '*

a1 λ 2 6 U 2 6M*J'*J m 2 6M*J'*JM*J nm 2 J,6 nm 2 6JJ pm"1 c 2 λMf f 2 c1λ 2 8M*J16M*J'*J 2 *,EM*J* :!c1 ∆ 2 %Mf ∆ 2 7,76EM*J'89M*,EM*J* 2 ,9M*J'*7 2 ,9M*J'*71*,7M*J'* 2 7,6M*J8 eVd1 mol 2 ,9M*J'*7M7,J68M*J68 2 E,M*J 1mol

3ercicio 6.' l %idr+geno emite en el isi"le cuatro rayas cuyas longitudes de onda tienen9*J, 989, 97 y 7E7 nm, respectiamente. $alcula sus frecuencias.

)atos# * nm 2 *J' m> c 2 8M*J m1s.c 2 λMf f 2 c1λf * 2 8M*J 19*JM*J' 2 ,86M*J*9 :! f 6 2 8M*J 1989M*J' 2 7,M*J*9 :!

f 8 2 8M*J

197M*J

'

2 7,*M*J

*9

:! f 9 2 8M*J

17E7M*J

'

2 9,EM*J

*9

:!

3ercicio 8.' n el modelo del /tomo de %idr+geno de Bo%r, la energía de cada capa o nieldepende s+lo del n5mero cu/ntico principal# * 2 '*8,71n6 eV. $alcula la longitud de onda de losfotones de la serie de Balmer, emitidos al caer un electr+n desde las capas 8?, 9?, E? y 7? en lasegunda capa. )atos# % 2 7,76EM*J'89 Ms> * eV 2 *,7M*J '* . c 2 8M*J m1s.

∆ 2 %Mf 2 %Mc1λ λ 2 %Mc1∆ 2 7,76EM*J'89M8M*J 1∆eVM*,7M*J'* 2 *,69M*J'71∆eV

*? capa# n 2 * * 2 '*8,7 eV6? capa# n 2 6 6 2 '*8,7166 2 '8,9 eV8? capa# n 2 8 8 2 '*8,7186 2 '*,E* eV ∆8→6 2 '*,E* [ '8,9- 2 *, eV

λ8→6 2 *,69M*J'71*, 2 7,EM*J' m 2 7,EM*J'M*J nm 2 7E nm9? capa# n 2 9 9 2 '*8,7196 2 'J,E eV ∆9→6 2 'J,E [ '8,9- 2 6,EE eV

λ 7




)atos# Hasa del electr+n 2 ,*M*J '8* g. $arga del electr+n 2 *,7M*J '* $. $onstante de =lanc% 2 7,7M*J'89 Ms. $onstante de $oulom"# R 2 *19πεJ 2 M*J NMm61$6.

a1 nergía mec/nica de un electr+n en /tomos %idrogenoides

' La fuer!a de $oulom" entre n5cleo y electr+n es# r ur

Ze F

2

%

2

$πε

−=

(plicando la 6? ley de Newton al electr+n#

nr

vmamu

r

Ze F

ener

2

2

%

2

$⋅=⋅=−=

πε

r vm

r Ze e

2

2

%

2

$=

πε

⇒ c 2r

Zevme

%

2

2

?21

πε =

' =or otra parte la diferencia de energía potencial eléctrica entre dos configuraciones de doscargas es igual al tra"a3o reali!ado por la fuer!a del campo cam"iado de signo- cuando se trasladauna de las cargas desde un punto inicial ( %asta otro final B#

−⋅⋅⋅=−=−

A B

A B

B

Ar r

qQ K Ep EpW 11

n nuestro caso, se traslada un electr+n desde el infinito %asta una distancia del n5cleo igualal radio de la +r"ita.

∞−⋅−=− ∞11

$ %

2

r

Ze Ep Epr

πε r

Ze Epr

%

2

$πε −=

La energía mec/nica del electr+n es#

r

Ze

r

Ze

r

Ze Ep Ec E r M

%

2

%

2

%

2

?$? πε πε πε

−=−=+=

"1 Oadio del /tomo de : en su estado fundamental

a1 (plicando la 6? ley de Newton al electr+n#r

vm

r

Ze e

2

2

%

2

$=

πε

y despe3ando#

GHcleor

Ne

Dlectrn

F r u




( )=

⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

⋅⋅==

−

−

11

#

21#

%

2

1%2#1>9@1%#$

1

?

1%6911

?

π

π πε Bohr r

Ze E 2 6,*M*J'* 2 *8, 7 eV

3ercicio 68.' ( partir de la 6? ley de Newton y del 6 postulado de Bo%r, calcula#a1 Los radios de las seis primeras +r"itas permitidas del /tomo de :."1 Los radios de las 9 primeras +r"itas permitidas de los /tomos %idrogenoides :e;, Li6;, Be8;.Ctili!a los datos del pro"lema anterior.

a1 (plicando la 6? ley de Newton al electr+n# r

vm

r

Ze e

2

2%

2

$ =πε y despe3ando#

2

%

2

$v

rm

Ze

e

=

πε

)espe3ando en el segundo postulado de Bo%r#erm

nhv

π 2= , eleando al cuadrado e

igualando a la e0presi+n anterior#222

22

%

2

$$ ee mr

hn

rm

Ze

π πε

= y despe3ando # %

2

2

%

22

a

Z

n

m Ze

hnr

e

==π

ε

,

n el /tomo de :, la carga nuclear \ 2 *. Los radios de los sucesios estados e0citados son#Si n 2 * r Bo%r 2 aJ 2 E,6M*J'** m estado fundamental-Si n 2 6 r 6 2 66MaJ 2 9MaJ

Si n 2 8 r 8 2 86MaJ 2 MaJ

Si n 2 9 r 9 2 96MaJ 2 *7MaJ

Si n 2 E r 9 2 E6MaJ 2 6EMaJ

Si n 2 7 r 9 2 76MaJ 2 87MaJ

"1

? r r - r 3 r @

: * aJ 9MaJ MaJ *7MaJ




2

%

2

$

1? ε h

me E

e

⋅−=

2

%

2

$

2$? ε h

me E

e

⋅−=

2

%

2

$

3#? ε h

me E

e

⋅−=

2

%

2

$

$16? ε h

me E

e

⋅−=

"1

−⋅=

−

⋅=

⋅+

⋅−=−

2

2

2

1

2

2

2

1

2

%

2

$

2

%

22

1

$

2

%

22

2

$1111

???12nn

Rnnh

me

hn

me

hn

me E E

eee

nn

ε ε ε

$on 2

%

2

$

? ε h

me

R

e

⋅= 2 *,J9M*J

m'*

c1 : :e; Li6; Be8; * eV- '*8,7 'E9,9 '*66,E6 eV- '8,88 eV- '*,E*9 eV- 'J,EE eV- 'J,E9

d1 La energía de ioni!aci+n de /tomo de : en su estado fundamental es *8,7 eV.




Lección @. istema periódico y propiedades periódicas

. &l sistema periódico. "aracterísticas y estructura

"1 Brupos A6 , y tierras raras &rupos ( 2 lementos representatios con e' en or"itales s y p-*J &rupos B 2 lementos de transici+n con e' en or"itales d-Lant/nidos y (ctínidos *9 cada uno- 2 lementos de transici+n interna con e ' en or"itales f-

La CI=($ numera los grupos desde el * al *.

c1 5om!res de los grupos y estructura electrónica>I ( 2 (lcalinos ns*- III B 2 ns6 n'*-d*

II ( 2 (lcalinotérreos ns6- IV B 2 ns6 n'*-d6

III ( B id té - 6 *- V B 6 *-d8

f

7A 77A 777A 7A A 7A 77A 777A

p

F 'l

Br

7

At

ruos

1

2

3

$

@

>

6

!

777B 7B B 7B 77B 777B 7B 77B

5

Li Ga

.

's

Fr

Be -

'a

8r

Ba

.a

8c

La

Ac

"i 'r n Fe 'o Gi 'u Nn

A-

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5- "l

' 8i

e

8n

Al

a

7n

/

G /

B

As

8

Bi

O 8

8e

"e

/o

P

/eríodos

5e

Ge Ar

r

4e

.n

2

1%1?

36

@$

Gº Atmico N

?6

>1

1%3




-abla eriódica. Hendeleie y Hayer- tuo en cuenta esas propiedades peri+dicas y losordenó por masas atómicas crecientes en la forma de la ta"la actual, pero con los grupos ( y B en lamisma columna> de3+ %uecos, porque %a"ía muc%os elementos desconocidos, ad3udic/ndoles un

n5mero correlatio, que llam+ N5mero (t+mico. =redi3o la e0istencia y propiedades de &a y &e.=ero con este criterio, %ay tres pares de elementos en los que el ordenamiento resultante

pierde las propiedades peri+dicas R'(r, <e'I, $o'Ni-. n el caso del R Hat. 8,J*- y el (r Hat.8,E-, el R m/s ligero- de"ería estar en el grupo de los gases no"les y el (r en el de los alcalinos.

Hoseley o"tiene el espectro de la radiaci+n producidaal %acer incidir rayos cat+dicos r/pidos so"re l/minas met/licasde distintos elementos. n la !ona de los rayos X frecuencia≈*J* :!-, el espectro contiene unas rayas do"les a las que

llama R, L, H, N a frecuencias distintas para cada elemento.Las nom"ra Rα , R β , Lα, L β, etc.

$ada una de ellas corresponde al salto de un e ' desde el e0terior del /tomo %asta el or"ital*s raya R-, o 6s raya L-, etc. La energía de un or"ital *s cam"ia de un elemento al siguientecreciendo proporcionalmente al n5mero de protones# los or"itales *s de Hn, Ke, $o, Ni, etc. tienenuna energía pr+0ima que crece proporcionalmente a \6. 0iste una funci+n entre f y \ y no entre f ymasa at+mica# %

* -6@C+E+F? G -

)entro de cada /tomo %ay una magnitud que crece en cantidades iguales al pasar de unelemento al siguiente. s la carga nuclear .

( traés de la ecuaci+n se descu"re que el alor de \ del $o y del Ni est/n inertidosrespecto del alor de sus masas. l criterio es tan "ueno que, durante muc%o tiempo, al descu"rir unnueo elemento, se reali!a"a su espectro de rayos X para clasificarlo en el S.=.

Dlemento Nasa

atmica0M1%1?

α 50M1%1? β

5

n 2@ @$9#3 19$3 19@>

Fe 26 @@9?@ 19@@ 19>1

'o 2> @?9#$ 196? 19?@

Gi 2? @?96# 19?1 29%%'u 2# 639@$ 19#@ 2916

Frecuencia de rayos 4

n

Fe

'o

Gi

'u

α

α

α

β

α

α

7 n t e n s i d a d d e

l o s r a y o s 4




<ienen el mismo n5mero de protones por tanto la misma estructura electr+nica- por lo quesus propiedades químicas son idénticas.

/on átomos distintos, pero se representan con el mismo sím"olo, son el mismo elemento

químico> se llaman is+topos porque ocupan el mismo lugar en el S. =eri+dico. (l tener distinto (, los is+topos de un mismo elemento tienen distinta masa. La separaci+n de is+topos de un elemento s+lo se puede %acer por métodos físicos. =or

e3emplo, para separar 68EC de 68C, se centrifuga la me!cla de sus CK7 gaseosos.3emplos# *6

7$, *97$ *7

4, *4, *

4 **:, 6

*:, 8*:

i1 Hasa isot+pica es la masa de un /tomo determinado. n la formaci+n de los n5cleos por fusi+n nuclear se produce una pérdida de masa que se transforma en energía instein# 2 ∆mMc6-por lo que la masa isot+pica no es un n5mero entero como (.

ii1 Hasa at+mica es la media ponderada, en funci+n de sus a"undancias, de las masas de losis+topos de un elemento. La masa de un elemento químico es en general fraccionaria, porque estealor estadístico medio com5nmente no es entero.

3ercicio 9.' 0isten dos is+topos del *$l, de n5meros m/sicos 8 y 8E con masas isot+picas87,8E u y 89,8 u, y con a"undancias del 69,9 b y del E,E8 b respectiamente. 0plica c+moest/n constituidos y calcula la masa at+mica del elemento químico cloro.

Sol. 8E,EJ

3ercicio E.' La masa isot+pica del 78$u es 76,E u y la del 7E$u es 79,E u. 0plica c+moest/n constituidos y determina la a"undancia de cada is+topo si la masa at+mica del $u es 78,E97 u.

Sol. *,J b de 78$u y 6,J* b de 7E$u

iii1 Cn elemento químico es una sustancia pura que no se puede descomponer. Oepresentado

por un sím"olo en una posici+n del S. =eri+dico, no e0iste materialmente. s un concepto definidopara representar a un con3unto de /tomos distintos que tienen igual \. Su masa es la Hasa at+mica.

3.0 Propiedades periódicas




electrones es cero. No interaccionan eléctricamente con nadie.=ues "ien, el Na posee esta estructura y un electr+n m/s en 8s*.

ste electr+n est/ dé"ilmente atraído por el n5cleo la carga nuclear efectia so"re él es

inferior a un prot+n- y est/ muy ale3ado del n5cleo por lo que el tamaDo del Na es muc%o mayor queel del Ne. $onforme se aDaden electrones en la corte!a y protones en el n5cleo a lo largo delperíodo aumenta la carga nuclear efectia y el tamaDo a decreciendo %asta que se %ace mínimo enel gas no"le, en el (r. l radio at+mico es m/0imo en los alcalinos y decrece %asta %acerse mínimoen los gases no"les.

l /tomo m/s grande es el Kr y el m/s pequeDo el :e.

Variaci+n con la carga.

' Si el **Na pierde * e' se conierte en el i+n Na; cuya estructura electr+nica es ^**Na;_ 2 ^*JNe_.Su n5cleo sigue teniendo ** protones que atraen a los *J e ' con m/s fuer!a que un n5cleo de *JNeque tiene s+lo *J protones. Su tamaDo se contrae frente al del Ne. rNa;- rNe-

' Si el K 2 *s6 6s6 6pE acepta * e' queda conertido en el i+n de estructura electr+nica ^ K'_ 2^*JNe_. Su n5cleo tiene protones y su corte!a *J e ' que son m/s dé"ilmente atraídos por el n5cleode Ne con *J protones. Las repulsiones entre e' y la carga nuclear efectia inferior a * %acen que lanu"e electr+nica se e0panda, aumentando el radio i+nico. rNa;- rNe- rK'-

' Si se arranca un segundo e'

el olumen se contrae m/s, al %a"er dos protones m/s que e'

>si se aDade un segundo e ' el olumen se dilata m/s, pues %ay en la corte!a 6 e ' m/s que protones enel n5cleo. n la siguiente serie de iones isoelectr+nicos#

r*6Hg6;- r**Na;- r*JNe- rK'- r46'-

Radio atómico/Radio iónico (m)

5 @35, 291

1 m I 1%+12 m5e 31

Li 16>Li, 6%

Be 112Be2, 6%

B ?>B3, 2%

' 6>'$, 1@

G @6 G3+ 1>1

O $?O2+ 1$%

F $2F+ 136

Ge 3?

Ga 1#% Ga, #@

- 1$@-2, 6@

Al 11?Al3, @%

8i 1118i$, $1

/ #?/@, 3$

8 ??82+ 1?$

'l >#'l+ 1?1

Ar >1

i 2$3 ' 1#$ 136 12@ A 11$ 8 1%3 B #$ ??




X ; .I. → X; ; * e'

l /tomo %a de estar en su estado fundamental o de mínima energía, porque si est/

e0citado, arrancar el electr+n m/s le3ano del n5cleo cuesta una energía menor- que no es la .I. Se de"e arrancar un e' de la 5ltima capa ocupada. 0traer e' desde capas interiores cuesta

una energía mayor- que no es la .I.

Variaci+n en un grupo

=or e3emplo en los alcalinos, el Li 2 *s 6 6s* y el Kr 2 Ôn_ s*. =ara arrancar el e' 6s del Li senecesita m/s energía que para arrancar el s del Kr, porque el e ' del Li est/ muc%o m/s cerca deln5cleo y por tanto m/s fuertemente atraído que el del Kr.

La .I. aumenta en un grupo %acia arri"a.

Variaci+n en un período

n el tercer período por e3emplo, el Na tiene un 5nico e '

dé"ilmente atraído est/ detr/s de la estructura del Ne que loapantalla- y muy le3os del n5cleo. ( lo largo del período, conforme seaDaden e' y aumenta la carga nuclear efectia, el olumen se contraey los e' son atraídos con m/s fuer!a. n el (r el olumen es mínimo y

la fuer!a so"re los electrones es m/0ima.

La .I. crece %acia la derec%a en el período siendo m/0ima en el gas no"le. l :e tiene la.I. m/s grande y el Kr la m/s pequeDa.

*s 6s 6pLi#

Be# B#

$#

D!7!creciente

5

5e

Li

Be

B

'

G

O

F

Ge

-

Al

8i

/

8

'l

Ar

D!7!




m/s pequeDa. (rrancarle un tercer e ' requiere una energía cinco eces mayor que la 6?, porque estetercer e' procede de la estructura electr+nica del gas no"le interior, el Ne, que es muy esta"le.

(rrancar un e' al Na 2 ^Ne_ 8s* para conertirlo en Na; 2 ^Ne_ cuesta poca energía. =eroarrancarle un segundo e' cuesta nuee eces m/s, porque %ay que arrancarlo de la estructuraelectr+nica del gas no"le interior, que es muy esta"le. Oequiere tanta energía que, en las reaccionesquímicas normales no %ay ning5n mecanismo que la suministre y la alencia del Na nunca es mayor que ;*, como la del Hg nunca es mayor que ;6.

n la ta"la ad3unta se muestran alores de . I. sucesias medidas en H1mol. n los cuadros grises, la .I. es m/0ima en su columna, cuando se atraiesa la estructura

del gas no"le anterior.

n una fila %ay m/0imos relatios cuando se atraiesa la estructura de gas no"le,encontr/ndose con el m/0imo a"soluto a la i!quierda, cuando el /tomo es m/s pequeDo y searrancan los e' m/s pr+0imos al n5cleo.

(traesar la estructura de gas no"le anterior supone multiplicar la I anterior por#' *9 en el Li y por en el Na> por ,E en el Be y por E,8 en el Hg.' E,* en el K y por 8 en el $l> por E en el Ne y por 6,E en el (r ' (traesar una 6? capa de gas no"le supone otro salto de energía muc%o mayor que el *. 4"seremos que el (r, gas no"le nunca moili!a un electr+n en las reacciones químicas,

tiene una *? I de *,E6 H1mol> podemos deducir que cualquier I de un elemento igual o mayor,

tampoco se pondr/ en 3uego en una reacci+n i+nica.

1uando se atra#iesa una capa, la energía de ionización es muy ele#ada.

.I. *: 6:e 8Li 9Be EB 7$ N 4 K *JNe **Na *6Hg *8 (l *9Si *E= *7S *$l * (r

*? *,8* 6,8 J,E6 J,J J,J *,J *,9J *,8* *,7 6,J J,EJ J,9 J,E J, *,J7 *,JJ *,6E *,E6

6? E,6E ,8J *,7 6,98 6,8E 6,7 8,8 8,8 8,E 9,E7 *,9E *,* *,E *,J 6,67 6,8J 6,77

8? **,6 *9, 8,7 9,76 9,E E,8J 7,J6 7,*6 7,* ,6 6,9 8,68 6,* 8,8 8,E 8,

9? 6*,JJ 6E,J8 7,66 ,9 ,9 ,9* ,8 ,E8 *J,E9 **,E 9,8E 9,7 9,E7 E,*7 E,

E? 86,8 8,8 ,9E *J, **,J6 *6,* *8,8E *8,78 *9,9 *7,J 7,6 ,JJ 7,E9 ,69

7? 9,6 E8,67 *8,88 *E,*7 *E,69 *7,7* *,J6 *,8 *,* 6*,6 ,EJ ,87 ,

? 79,87 *,88 *, 6J,JJ 6J,*6 6*,* 68,88 68, 6E,98 6,*6 **,J6 *6,JJ

? 9,J* 6,J9 68,J 6E,EJ 6E,77 6,9 6,6 6, 8*,6 88,7J *8,9




carga nuclear efectia grande- atrayendo fuertemente los e' de losalrededores.

Huc%os /tomos desprenden energía al aceptar * e', siendo ésta m/0ima en los %al+genos.

Los metales tienen electroafinidades menores e incluso necesitan aportes de energía para queacepten el e'.

La electroafinidad crece en un período%acia la derec%a y disminuye al descender en ungrupo, pues al %a"er mayor n5mero de capas, ladistancia y el apantallamiento es mayor y la fuer!ade atracci+n menor. 0cepto N, 4 y K que por supequeDo tamaDo, repelen al nueo e' y no se

esta"ili!an tanto-.

Los gases no"les, alcalinotérreos y Nque tienen todos los or"itales de la capa dealencia ocupados o semiocupados tienenelectroafinidades negatias. Los alores entreparéntesis son estimados-

$aptar un segundo e ' siempre requiere aportes de energía.

d4 &lectronegatividad

s una medida de la fuer!a con que un/tomo atrae a un par de electrones compartidos conotro /tomo. =auling calcula los alores para cadaelemento de forma apro0imada, teniendo en cuentalos alores de .I. y (.. y esta"lece una escala cuyo

alor m/0imo 9 es el K.

Los no metales tienen alores mayores que6 y los metales menores que 6, aunque algunoscompuestos de B, Be, (l, &a, &e Sn y =" tienen

/ t t/li L "l ti

:' &lectroa%inidad ∆: en 1mol-

:e6*-

Li'E

Be69*-

B'68

$'*68

NJ

4'*96

K'888

Ne6-

Na'E8

Hg68J-

(l'99

Si'*6J

='9

S'6JJ

$l'89

(r 8E-

R

'9

$a

*E9-

&a

'8E-

&e

'**

(s

'

Se

'*E

Br

'866

Rr

8-O"'9

Sr *6J-

In'89

Sn'*6*

S"'*J*

<e'*J

I'6E

Xe9J-

$s'9E

BaE6-

<l'9

="'*J*

Bi'*JJ

:6,* &lectronegatividad

Li*,J

Be*,E

B6,J

$6,E

N8,J

48,E

K9,J

NaJ,

Hg*,6

(l*,E

Si*,

=6,*

S6,E

$l8,J

RJ,

$a*,J

&a*,7

&e*,

(s6,J

Se6,9

Br 6,

O"J,

Sr *,J

In*,

Sn*,

S"*,

<e6,*

I6,E

$s Ba <l =" Bi =o (t




Los elementos de transici+n tienen tendencia a perder los dos electrones ns 6 y luego otros dela su"capa d , siendo las configuraciones m/s esta"les aquéllas que tienen la su"capa d acía osemiocupada.

3emplos#

^Sc_ 2 ^(r_ 9s6 8d* ^Sc8;_ 2 ^(r_^<i_ 2 ^(r_ 9s6 8d6 ^<i6;_ 2 ^(r_ 8d6 ^<i9;_ 2 ^(r_^V_ 2 ^(r_ 9s6 8d8 ^V8;_ 2 ^(r_ 9s6 ^VE;_ 2 ^(r_^$r_ 2 ^(r_ 9s* 8dE ^$r 6;_ 2 ^(r_ 8d9 ^$r 8;_ 2 ^(r_ 8d8 ^$r 7;_ 2 ^(r_^Hn_ 2 ^(r_ 9s6 8dE ^Hn6;_ 2 ^(r_ 8dE ^Hn7;_ 2 ^(r_ 9s* ^Hn;_ 2 ^(r_^Ke_ 2 ^(r_ 9s6 8d7 ^Ke6;_ 2 ^(r_ 9s* 8dE ^Ke8;_ 2 ^(r_ 8dE

^$o_ 2 ^(r_ 9s6 8d ^$o6;_ 2 ^(r_ 9s6 8dE ^$o8;_ 2 ^(r_ 9s* 8dE

^$u_ 2 ^(r_ 9s*

8d*J

^$u;

_ 2 ^(r_ 8d*J

^$u6;

_ 2 ^(r_ 8d

Los no metales tienen muc%os electrones en la 5ltima capa y tienen tendencia a completarlaaceptando m/s. <ienen altas .I. y gran afinidad electr+nica y electronegatiidad. l : tiene unosalores de estas propiedades que lo aseme3an a un no metal. Korma %idruros con los metales.

Los semimetales son elementos con propiedades intermedias. )ependiendo del tipo deenlace que forman, de con quién se com"inen, se comportan como metales o como no metales

f1 La carga nuclear e%ectiva so"re un electr+n aría en funci+ndel apantallamiento que e3ercen so"re el n5cleo las capas interiores de e '.

)isminuye en un grupo, siendo mayor su alor en el electr+n 6s*

que en el s*.

(umenta a lo largo de un período# s mínima so"re el electr+nns* de los alcalinos> a estos electrones les corresponde un campo eléctrico

nuclear inferior a un prot+n. Cn electr+n ns6

npE

de los %al+genos soportauna carga nuclear efectia superior a un prot+n.

3ercicio .' )ados3#

1#4 ,

?%

3@P se pide#

'ar-a nucleare0ectiva




Sol. a1 r Na r 4 r K r Ne. "1 INe IK I4 INa. c1 (K(4(Na(Ne. d1LKL4LNaLNe

3ercicio *6.' )ados los elementos ( 2 2 6J-, B 2 2 - y $ 2 2 *- indica#a1 Su configuraci+n electr+nica."1 ùé elementos son y el grupo y periodo a los que pertenecen.c1 $u/l es el m/s electronegatio.d1 $u/l es el i+n m/s esta"le que forma cada uno de ellos.

Sol. c1 L. K $a R. d1 $a6; K' R;

3ercicio *8.' )adas las siguientes especies# (r, R;, $l', S6', $a6;, contesta a las siguientes

cuestiones e0plicando su criterio.a1 scri"e su configuraci+n electr+nica."1 4rdénalos seg5n tamaDos decrecientes e0plicando su criterio.c1 4rdénalos seg5n energías de ioni!aci+n crecientes

Sol. "1 r S6' r $l' r (r r R; r $a6;. c1 I S6' I$l' I (r IR; I$a6;

3ercicio *9.' scri"e las configuraciones electr+nicas de#a1 $u

"1 $r c1 Ke8; d1 0plica la alencia ;* de la platae1 0plica la alencia VI- del cromo.

3ercicio *E.' La primera .I. del f+sforo es de *.J*6 Mmol '* y la del a!ufre de ,E Mmol '*.0plica si estos alores son los que ca"e esperar y en qué forma est/n relacionados con laconfiguraci+n electr+nica de los dos elementos.

3ercicio *7.' )ados P94 ??3?

16? e0plica#

a1 Indica el tipo y el n5mero de partículas que los forman."1 scri"e tres is+topos de X. Si no conoces ninguno, inéntatelos de forma co%erente.




3ercicio *.' Sit5a en un sistema peri+dico esquem/tico los elementos S, R, $l, (r, Li, $a.Oa!ona cu/l de ellos tendr/#

a1 Hayor radio.

"1 Hayor energía de ioni!aci+n.c1 Hayor afinidad electr+nica.d1 Hayor electronegatiidad.

Sol. a1 r R r Li r $a r S r $l r (r . "1 I (r I$l IS I$a ILi IR. c1 ($l (S (Li (R (Ne ($a d1 d1 L$l LS LLi L$a LR

3ercicio 6J.' scri"e la configuraci+n electr+nica de los elementos sodio, potasio, fl5or ycloro. 4rdénalos de forma ra!onada seg5n alores crecientes de#

a1 Su radio at+mico."1 Su primera energía de ioni!aci+n.c1 Su electronegatiidad.

Sol. a1 r R r Na r $l r K. "1 I K I$l INa IR . c1 L K L$l LNa LR

3ercicio 6*.' )adas las siguientes especies# Ne, R;, K', 46', Na; a1 scri"e su configuraci+n electr+nica."1 4rdénalos ra!onadamente seg5n tamaDos decrecientes de sus radios.

c1 4rdénalos seg5n energías de ioni!aci+n crecientes, e0plicando tu criterio.Sol. "1 r 46' r K' r Ne r R; r Na;. c1 I46' IK' INe IR; INa;

3ercicio 66.' )adas las siguientes especies# Rr, O"8;, Br 6', Se8', Sr 9;.a1 scri"e su configuraci+n electr+nica."1 4rdénalos ra!onadamente seg5n tamaDos decrecientes de sus radios.c1 4rdénalos seg5n energías de ioni!aci+n crecientes, e0plicando tu criterio.

Sol. "1 r Se8' r Br 6' r Rr r O"8; r Sr 9;. c1 ISe8' IBr 6' IRr IO"8; ISr 9;

3ercicio 68.' )adas las siguientes configuraciones electr+nicas m/s e0ternas#a1 ns* "1 ns6 np* 1 6 8




3ercicio 6.' )adas las siguientes especies# :, :e; y Li6;, a1 scri"e sus configuraciones

electr+nicas. "1 @( cu/l es m/s f/cil quitarle un electr+nA c1 @$u/l presenta menor radioA 0plícalo.3ercicio 6.' Los /tomos (, B, $ y ) corresponden a elementos del mismo período y tienen*, 8, E y electrones de alencia. $ontesta ra!onadamente#

a1 @ùé elemento tendr/ mayor energía de ioni!aci+nA"1 @$u/l tendr/ mayor car/cter met/licoAc1 @T mayor radio at+micoA

3ercicio 8J.' 0plica#

a1 l : y del <e tienen la misma electronegatiidad# 6,* @ùé significado tieneA"1 La afinidad electr+nica del $l es '89 1mol y la del K '888 1mol. Interpreta este %ec%oe0perimental.

3ercicio 8*.' $onsulta la ta"la de la p/gina E y representa gr/ficamente los alores que sepiden y 3ustifica te+ricamente las gr/ficas o"tenidas#

a1 nergías de Ioni!aci+n sucesias del (l. ustifica te+ricamente la gr/fica o"tenida."1 Oadio at+mico de los elementos del 9 período. ustifica te+ricamente el resultado.

c1 Oadio at+mico de los elementos de los grupos I'(, IV'( y VIII'(.d1 Oadio at+mico frente a masa para los grupos V'B, VI'B y VII'B. @$+mo aría la masa por unidad de olumenA

3ercicio 86.' :alla las masa at+micas del los elementos considerados.

7stoo asa isotica (u) Aundancia R$6

"i $@9#@2633 >9#3$>"i $69#@1>6% >92?$?"i $>9#$>#$? >39#$$#"i $@9#$>?6> @9@1@%"i $@ #$$>?# @ 3$

7stoo asa isotica (u) Aundancia12

' 129%%%%%%% #?9#313' 139%%33@$?3>? 19%>1$' 1$9%%32$1#??16O 1@9##$#1$6221 ##9>@>




Leccin $! 8istema eridico! /roiedades eridicas 66

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2

3

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6

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6s2$0 1$@d1%63

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1s22s22$

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TGeU3s23$

34 #e #$1 1%3 2!%$@ 1#?(+2) 2!#>39> S29$96

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52 &e ?6#93 123 1!>#% 221(+2) 2!6#? S29$96

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9 F 1!6?1 $2 3!3>$92 136(+1) 6!%@%9$ +1

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74 >>% 1#3 1!>%% 6$(,$)

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@2%92 16> >!2#?91 6%(,1) 11!?1@9% ,1

1s22s1

Dner-ía deioniacin(Vmol)

Dstructuraelectrnica

.adio atmico (m).adio inico (nº oKidacin) GHmeros de oKidacin

GHmeroatmico Dlemento

1W2W3W

1 m I 1%+12 m

A i Oli F í Fí i Q í i 1º d B hill




Lección E.0 &l enlace <uímico

.0 &nlace <uímico.

Se llama así a la uni+n esta"le, de"ida a fuer!as eléctricas, que se produce entre especiesquímicas /tomos, iones o moléculas-.

Si dos especies químicas se apro0iman, susnu"es electr+nicas y sus n5cleos interaccionanmediante fuer!as eléctricas de atracci+n y repulsi+n.

<odos los sistemas tienden a la mínimaenergía. Si al apro0imarse se origina una disminuci+naprecia"le de la energía potencial del sistema, lo queocurre para una distancia de equili"rio r J, entonces sedice que se %a formado un enlace químico, cre/ndoseuna estructura m/s esta"le.

La energía desprendida se llama energía deenlace. =ara separarlas de nueo se requiere un

aporte energético igual a la energía desprendida,llamada a%ora energía de disociaci+n.

-.0 Teoría de LeIis Fy Jossel del enlace <uímico

a1 Supone que en la formaci+n de los enlaces inter#ienen los electrones de los /tomos que seenla!an. )e los alores de las propiedades peri+dicas .I., (.. N- Lewis deduce que#

i1 S+lo los e' de la 5ltima capa tienen .I. accesi"les en las reacciones químicas. =or eso a la

5ltima capa se le llama capa de alencia> contiene los e

'

que originan la alencia del elemento.ii1 La configuraci+n electr+nica de un gas no"le es la m/s esta"le# ns6 np7. .I. m/0ima encada grupo> no aceptan electrones y tienen (.. muy positia> no tienen electronegatiidad-.

iii1 Oegla del octeto. Los /tomos tienden a adquirir electrones en su capa e0terior que es laconfiguraci+n electr+nica muy esta"le de un gas no"le. Lo %acen aceptando e' (.. grandes en los

t l - dié d l I " 3 l t l - ti d d t /t

<istancia

Dner-ía otencial Dner-ía otencial

reulsiva (de losnHcleos entre sí y

de e+ entre sí)

Dner-ía otencialatractiva (entre

nHcleos y e+)

Dner-ía

otencialresultante

Dmín

r %

A t i Oli F í Fí i Q í i 1º d B hill t




3.0 &nlace iónico

Se forma cuando un /tomo cede electrones a otro, adquiriendo am"os la configuraci+n m/s

esta"le de gas no"le. Los iones resultantes se atraen con fuer!as electrost/ticas. 3emplo# Na $l.

; ,

^Ne_ 8s* ^Ne_ 8s6 8p06 8py6 8p!

* ^Ne_ ^(r_

a1 e produce entre elementos cuya diferencia de electronegatiidad es grande, "/sicamenteentre metales y no metales. =oseen este enlace casi todos los %alogenuros, sales y +0idos met/licos.

(l apro0imar un elemento no met/lico electronegatio pequeDo, que atrae fuertemente lacorte!a electr+nica de otros /tomos- a otro met/lico electropositio, de mayor tamaDo, con pocoselectrones en la capa de alencia y dé"ilmente atraídos- resulta faora"le energéticamente latransferencia de uno o más electrones del segundo al primero, cre/ndose iones de carga contraria.

( continuaci+n estos iones se atraen por fuer!as electrost/ticas muy intensas ley de$oulom"# K 2 RM`Mq1d6- formando una red cristalina tridimensional muy esta"le que de"e ser neutra.

*lectro#alencia o alencia i+nica es el n5mero de e' aceptados o cedidos por un /tomo.=uede ser positia la del Na es ;*- o negatia la del $l es '*-.

"1 La geometría de la red se determina mediantedifracci+n de rayos X por los cristales. l tipo de red dependedel tamaDo relatio de los iones y de su carga.

1elda elemental es el grupo i+nico m/s pequeDo quese repite de forma indefinida a lo largo del cristal.

n el primer di"u3o se representa la celda del Na$l,que es una red c5"ica centrada en las caras> el i+n centralson intercam"ia"les- est/ en un %ueco octaédrico, rodeadopor 7 iones de signo contrario. l segundo representa la celda

del $s$l, que es una red c5"ica centrada en el cuerpo. 3ndice de coordinación es el n5mero de iones de un

signo que rodean a un i+n de signo contrario. I. $. Na$l- 2 7#7I. $. $s$l- 2 #

'l+

Ga,

'l+

's,

'l Ga, Ga 'l+




Antonio Oliva Facerías Física y Química 1 de Bachillerato

iii1 ropiedades mecánicas. Son duros. 4ponen resistencia a ser rayados, es decir, su

enlace es m/s fuerte que el de la sustancia rayada, que es m/s

blanda y sus enlaces se rompen antes.

Son frágiles. (l reci"ir un golpe se puede despla!ar unacapa de iones so"re otra de forma que se enfrenten iones del mismosigno> la fuer!a repulsia entre ellos %ace que se rompa en l/minasse e0folie-. Lo contrario de fr/gil es plástico o maleable, lo que alreci"ir golpes o "a3o presi+n se deforma sin romperse.

i1 /olubilidad . Son solu"les en disolentes polares como el agua e insolu"les en disolentes

apolares "enceno, éter, etc.-.l :64 forma moléculas angulares *J9,E- con forma decruas/n> de"ido a la diferencia de electronegatiidad, los /tomos de: cuernos del croissant- tienen una carga parcial positia ,δ) y el 4que atrae con m/s fuer!a a los dos pares de enlace-, soporta unacarga parcial negatia 'δ).

)isoluci+n de una sal. Las moléculasde agua rodean con sus e0tremos positios a

los iones negatios de la superficie del cristal, ycon el e0tremo negatio a los iones positios dela red- creando un campo eléctrico tan intensoque la fuer!a resultante es capa! de arrancar ali+n de la red, y transportarlo a la disoluci+n,rodeado por una atm+sfera de coordinaci+n demoléculas de agua.

n el proceso se desprende la energía de hidratación. n general, las sales son tanto m/ssolu"les en agua cuanto menor es la energía de red.

1 1onducti#idad eléctrica. No conducen la corriente en estado s+lido los iones est/n fi3os enla red-, pero sí en fundido o en disoluci+n, porque "a3o la acci+n de un campo eléctrico los iones setrasladan a los electrodos donde sufren el cam"io químico llamado electrolisis.

+ + + + ++

+, ,

, ,,

, , +

+ +

+ +

+ ,,,

, ,, ,+

+

+ +

+

+ + + +

+ +

+ +

+ ,

, ,

,

, ,

,, ,

,, ,

, ,+

+ , + , +

,

5 5O ,δ ,δ

1%$9@º





a1 e produce al com"inarse elementos no met/licos entre sí, porque la diferencia deelectronegatiidad es pequeDa. (l medir las distancias de enlace se determinan los radios co#alentes.

4 1o#alencia o alencia coalente es el n5mero de pares compartidos por un elemento.

"1 Tipos de enlace covalente. Oepresentaciones de Lewis

i1 uro o apolar. )os /tomos iguales con la misma electronegatiidad- atraen al par deelectrones con la misma fuer!a y los sit5an en el centro geométrico de la molécula. l campo eléctricoen el e0terior de la molécula es cero, agot/ndose la capacidad de enlace. La molécula es apolar.3emplos#

La molécula de %idr+geno :6. l /tomo de :, conconfiguraci+n *s*, tiene tendencia a adquirir configuraci+n del :e 2*s6. =ara ello, dos /tomos de : pueden compartir su electr+n# :':

La molécula de $l6. l $l, conconfiguraci+n ^Ne_ 8s6 8p0

6 8py6 8p!

*, tiene tendenciaa adquirir configuraci+n de ^(r_. =ara ello, dos/tomos de $l comparten su electr+n 8p!

*. l restode electrones son pares no enlazantes#

ii1 olar . $uando los /tomos que se enla!an tienen distinta electronegatiidad, el par se sit5am/s cerca del /tomo m/s electronegatio. (parecen unas cargas parciales tanto mayores cuantomayor sea la diferencia de electronegatiidad. l momento dipolar de un enlace es igual al alor deuna de las cargas parciales multiplicado por la distancia entre ellas. µ 2 qMd

3emplos#

:$l. l : comparte su e' y adquiere configuraci+n de :e> el $laporta su e' al enlace y se conierte en ^(r_.

$omo el $l es m/s electronegatio 8- que el : 6,*-, atrae al par compartido con m/s fuer!ay no se sit5a en el punto medio entre los n5cleos. Seg5n =auling un enlace tiene un EJb de car/cter i+nico cuando la diferencia de electronegatiidad es de *,. EJ1*, 2 01J, 0 2 67,E b. La molécularesultante es polar, posee una carga parcial negatia 'δ so"re el $l y una carga parcial positia igual;δ so"re el :.

, →'l 'l 'l 'l

5 5 5 5 , →

+δ,δ 5 'l





3ercicio 9.' Oepresenta los diagramas de Lewis de# a1 $l64. "1 $l648. c1 $l64E. d1 $l64. e1:$l4. f1 :$l46. g1 :$l48. %1 :$l49. @$+mo son los aniones de los /cidosA

3ercicio E.' Oepresenta los diagramas de Lewis de# a1 : 8=48. "1 =498[. c1 S49

6[. d1 :9=64E. e1=64

9[. f1 :6S64.

Las moléculas de los /cidosen disoluci+n acuosa se ioni!an sonelectr+litos-> cada enlace 4': que se

rompe produce un prot+n, que aceptael agua, dando :84;#

:64 ; :$l4 → :84;

; $l4'

i1 5'ltiple. )os /tomos pueden compartir uno, dos o tres pares de electrones, produciendoun enlace sencillo, do"le o triple.

Distancia de enlace es la distancia media entre los n5cleos de dos elementos en un enlace. 6ngulo de enlace es el /ngulo determinado por tres /tomos enla!ados consecutiamente. *nergía de enlace es la energía desprendida en la formaci+n de * mol de esos enlaces. .rden de enlace es el n de pares compartidos# sencillo, do"le, triple y fraccionario.

3ercicio 7.' )i"u3a la estructura de Lewis de# a1 4 6, "1 $46, c1 N6, d1 $6:6, e1 $N [, f1 N4;, g1$4, %1 N8

[, i1 N64, 31 N46;, 1 $6:9, l1 $:8'$44:, m1 N648, n1 N64E, n1 :6$48, o1 :6S46, p1 $8:.

(grupa las especies que son isoelectr+nicas

Sol.# N6, $6:6, $N [

, N4;

, $4. $46, N8 [

,N64, N46;

. 46, $6:9

1 *(cepciones a la teoría del octeto a1 =or %ipoalencia al no alcan!arse el octeto# i1 Be$l6. ii1 BK8





i1 $uando e0isten dos grupos de electrones en torno del /tomocentral, se repelen y se separan todo lo que pueden, coloc/ndose en ladosopuestos del /tomo central. Los /ngulos de enlace son de *J y las

moléculas lineales.N5mero estérico n.e. 2 6. 3# Be$l6, : [ $ ≡ $ ' :, 4 2 $ 2 4, : ' $ h N.ii1 Si %ay tres grupos de electrones en torno del /tomo central, la

forma mediante la cual se encuentran m/s separados es un tri/nguloequil/tero, en cuyo centro est/ el /tomo central. )an lugar a moléculasplanas con /ngulos de enlace de *6J. n.e. 2 8. 3emplos# BK8, $6:9.

iii1 Si en torno del /tomo central %aycuatro grupos de electrones, se repelen %asta

situarse en los értices de un tetraedro, con el/tomo central en el centro del mismo. Kormanmoléculas tetraédricas, con /ngulos de enlacede *J,E. n.e. 2 9. 3emplos# $:9, $$l9, N:8,N:9

;, :64, :84;, :6S

S+lo los n5cleos producen figuras dedifracci+n de rayos X, los pares solitarios no seFenG- por lo que, la geometría o"serada es la

de los di"u3os. Se adierte que el /ngulo deenlace de *J,E, tetraédrico, se a cerrando alaumentar el n5mero de pares no enla!antes.

i1 Si en torno del /tomo central %aycinco grupos de electrones, se repelen %astasituarse tres en el mismo plano que el /tomocentral, un cuarto encima y el 5ltimo de"a3o,formando una "ipir/mide trigonal con /ngulos

de *6J y J. n.e. 2 E. 3emplo# =$l E

1 Si %ay seis grupos de electrones entorno del /tomo central, se sit5an de formaoctaédrica con el /tomo central en el centro.

5 5

O

1%$9@º 5

5

5 G

1%>93º

/irmidetri-onal An-ular

'

5

5

5

5

1%#9@º

'

'l

'l

'l

'l

1%#9@º

"etraedros

er0ectos

F

F

8 F

F F

'l

'l

'l'l /

Biirmide

tri-onal

12%º

B

F F

F

5 ' '5




y Q

$46 # µ 2 J, porque# i1 (unque los enlaces son polares, ii1 lamolécula es lineal, y iii1 la suma de los dos momentos dipolares escero por ser iguales y de sentido contrario.

:64 # µ Y J, tiene dos enlaces polares que forman un /ngulode *J9,E. l momento dipolar molecular es su suma ectorial> tieneun alor grande.

BK8 # µ 2 J. Los tres enlaces son muy polares 9 [ 6-pero el momento dipolar molecular que es su suma ectorial, dacomo resultante cero.

$$l9, µ 2 J. 8,E [ 6,*- los cuatro enlaces son "astante polares, pero su resultante, suma

ectorial de cuatro ectores dirigidos en direcciones tetraédricas, es cero. Los enlaces son polarespero la molécula es apolar. l $:$l8 es polar.

$:9, 6,E [ 6,*- %ace que el enlace sea poco polar, lo que e0plica la falta de reactiidad, lainercia química de las cadenas de %idrocar"uros.

3ercicio .' ( partir de la estructura de Lewis y de la teoría de la repulsi+n de los pares deelectrones de la capa de alencia O=$V-, e0plica la geometría de las moléculas, si e0isten enlaces

polares y el alor del momento dipolar molecular.a1 Si:9 c1 S$l6 e1 42N'$l g1 B$l8"1 $:8$l d1 $S6 f1 =$l8 %1 $6$l9

Homento dipolar molecular )-* )e"ye 2 8,8M*J'8J $Mm-

Sustancia µ ) Sustancia µ )

:64 *,9 :K *,*

:6S *,*J :$l *,J8

S46 *,7 $46 J

N:8 *,E $$l9 J

:$N 6,E BK8 J

:Br J, :I J,8

'

'l

'l

'l

'l

1%#9@º

12%º

B

F F

F




Se produce una gran macromolécula con puntos de fusi+n y e"ullici+n muy altos, eleadadure!a los enlaces coalentes son tanto m/s fuertes cuanto menor es la longitud de los enlaces, esdecir, entre los /tomos del 6 período- no siendo conductores de la electricidad ni solu"les en ning5n

disolente. (l fundir, los elementos estructurales que aparecen son /tomos. No conducen la corriente eléctrica porque todos los electrones est/n fi3os en los enlacescoalentes# si se despla!aran se rompería el enlace, y eso requiere muc%a energía.

0cepcionalmente, el grafito es conductor porque por encima y por de"a3o de los %e0/gonos%ay densidad electr+nica que se puede despla!ar como en un metal.

3emplos#

$diamante- $grafito- Si$ Si46

3ercicio **.' 0plica todos los enlaces e0istentes, di"u3a la estructura de Lewis y e0plica lageometría molecular de las sustancias# a1 N:9-6$48. "1 Na6S49.

E.0 &nlace met#lico

a1 odelo de la nu!e electrónicaCn metal est/ formado por una red tridimensional muy compacta en cuyos nudos se

encuentran los n5cleos de los /tomos rodeados por las capas interiores de los electrones> sonesferas cargadas que crean un campo eléctrico uniforme. Los or"itales de la capa de alencia detodos los /tomos se superponen cada uno con los de los ecinos- comunic/ndose todos ellos. Los

electrones de la capa de alencia de3an de pertenecer a cada /tomo y se mueen li"remente pasandode un or"ital al ecino dentro de la red de iones positios del metal, eitando la repulsi+n entre ellos yesta"ili!ando la red.

La teoría de Le8is no puede 9ustificar este enlace . Se trata de una compartici+n cooperatia




)ensidad eleada en general, muy alta en los metales de transici+n> al no %a"er repulsionesel empaquetamiento puede ser muy denso. $5"ico compacto o %e0agonal compacto-. 4s 2 66,7. Oe2 6*. =t 2 *,. (u 2 *,8. :g 2 *8,7 g1mL. Los alcalinos tienen densidades pr+0imas a * g1mL.

Brillo met/lico. Se superponen los or"itales at+micos de la misma energía de trillones de/tomos> pero sus nieles de energía no son e0actamente coincidentes son "andas no nieles nítidos-y al saltar un e' de una "anda a otra de menor energía emite un fot+n cuya frecuencia oscila dentro delos m/rgenes de energía de las dos "andas, produciéndose el característico "rillo met/lico.

(leaciones. Son disoluciones s+lidas de uno o arios metales en otro. )e"ido al distintotamaDo de los /tomos y el distinto n5mero de electrones en la capa de alencia, las propiedades delmetal puro pueden ariar considera"lemente.

l (u puro, de 69 quilates, es muy "lando y deforma"le. l (u de * quilates tiene 7 quilates

una cuarta parte- de $u u otro metal que le dé la dure!a necesaria.Bronce 2 $u =K 2 *.J8- ; Sn =K 2 686-. (cero 2 Ke =K 2 *.E8E- ; $ ; V, Ho, $r, etc.Lat+n 2 $u ; \n. )uraluminio 2 (l ; $u ; otros metales. (malgamas# :g ; (u.

/.0 &nlaces entre moléculasCna e! que los /tomos %an saturado su capacidad de enlace y se forman moléculas

independientes, estas moléculas pueden interactuar dé"ilmente entre sí.

a1 1uer)as de :an der Kaals

i1 Kuer!as de London/on fuerzas, muy débiles, que act'an entre

átomos de gases monoatómicos o entre moléculasapolares. Se originan por la atracci+n electrost/ticaentre dipolos temporales producidos al aparecer asimetrías instant/neas muy pequeDas en ladistri"uci+n de la densidad electr+nica. Cn dipoloinstant/neo con cargas parciales muy pequeDas induceen los /tomos contiguos otros dipolos instant/neos, ycomo resultado aparecen fuer!as de atracci+neléctricas muy dé"iles.

Son la causa del estado s+lido de gases no"lesd l lé l l S i t id d di i

Sustancia Hasa at+mica =.K. R =.. R

:e 9 J,E 9,66

Ne 6J,* 69,9 6

(r 8, 8

Rr 8, **7 *6*

Xe *8*,8 *76 *7

K6 8 E8 E

$l6 * *6 68

Br 6 *, 677 886

I 6E8 8 9E




Son m/s intensas que las fuer!as dipolo'dipolo,de"ido al pequeDo tamaDo de los /tomos de : lo que le permiteacercarse a distancias muy cortas.

(parecen s+lo en enlaces en donde la diferencia deelectronegatiidad y por tanto el momento dipolar, es eleada#:K, :64, N:8 y deriados alco%oles, aminas y amino/cidos-.

0plican los eleados puntos de fusi+n y e"ullici+n delagua y su e0istencia en estado líquido en un amplio interalo detemperaturas. <ienen gran importancia "iol+gica. =roteínas, ()N-

3ercicio *8.' $alor de apori!aci+n del Br 6 es 8J, 1mol y la energía de disociaci+n de lamolécula de Br 6 es *8 1mol. l calor de apori!aci+n del agua es 9J,7 1mol, el calor de fusi+n del

%ielo es 7 1mol y la energía del enlace 4': es 976 1mol. 0plica y relaciona estas cantidades entérminos de energías de enlace.Sol. nergía de enlace de London entre moléculas de Br 6 2 8J, 1mol. nergía del puente

de : en el agua 2 7 ; 9J,7 2 97,7 1mol. nergía de enlace coalente# del Br'Br 2 *8 1mol. )elenlace coalente 4': 2 976 1mol

Tipos de sustancias y sus propiedades

;ombre del enlace;ónico "ovalente et#lico

-ipo de sustancia Red i+nica $oalente molecular Red coalente Red met/lica

!uerza de enlace (tracci+n eléctrica $ompartici+n de e' $ompartici+n de e' Nu"e electr+nica

*lementosestructurales

Iones Holéculas tomos tomos

!uerzas entre partículas enestado sólido

$oulom" fuer!asdel enlace i+nico-

Van der Qaals y1opuentes de :

$ompartici+n dee' nlace met/lico

$! y $*$ (ltos Huy "a3os Huy altos Varia"lesDuro<blando )uros Huy "landos Huy duros Varia"les

!rágil<maleable Kr/giles Halea"les Kr/giles Halea"les

1onducti#idad No s+lido. Sí en(islante

(islante, salo Si en estado




c1 )i"u3a el diagrama de Lewis de la sustancia X6. 0plica por qué no e0iste.

3ercicio *7.' )i"u3a los diagramas de Lewis y deduce la geometría molecular de loscompuestos siguientes, sa"iendo que todas cumplen la teoría del octeto#a1 :646 c1 Si:8K e1 $:8'$:64:"1 :6$4 d1 BK9

' f1 $:8'$4'$:8

3ercicio *.' Los n5meros at+micos de los elementos (, B y $ son \, \;* y \;6,respectiamente. Si se sa"e que B es un gas no"le que se encuentra en el tercer período, contestara!onadamente las siguientes cuestiones#

a1 $u/l es el estado s+lido, líquido o gaseoso- de ( y $ en condiciones est/ndar."1 n qué grupo y período de la ta"la peri+dica se encuentran los elementos ( y $.c1 $u/les son las configuraciones de la capa de alencia de ( y $.

3ercicio *.' 0plica qué enlaces químicos de"en romperse o qué fuer!as de atracci+n sede"en superar para fundir#

a1 Bromo d1 Hercurio"1 $loruro pot/sico e1 :ielo de di+0ido de car"onoc1 $era f1 :ielo de agua

g1 0plica por qué al calentar la madera o tostar el pan, no se funden, sino que se car"oni!an

3ercicio *.' $ontesta ra!onadamente a las siguientes cuestiones#a1 l punto de e"ullici+n de una familia de compuestos en general disminuye con su masa

molecular. @=or qué es asíA 0plica el comportamiento anormal del agua.

Sustancia :64 :6S :6Se :6<e

<? e"ullici+n *JJ $ '7J $ '9* $ '*,E $

"1 0plica qué metal tiene el punto de fusi+n m/s eleado# Li y O". @T entre R, $a, Sc y <iA

3 i i 6J ) d l i i t t i ( : 4 : $ $l $ i d




"1 $a$l6, $a4, Be4, Ba4

3ercicio 69.' 0plica ra!onadamente los siguientes %ec%os#a1 l cloruro de sodio tiene un punto de fusi+n de J8 $ mientras que el cloro es un gas atemperatura am"iente.

"1 l co"re y el yodo son s+lidos a temperatura am"iente pero el co"re conduce la corrienteeléctrica mientras que el yodo no.

c1 l etano tiene un punto de e"ullici+n m/s alto que el metano.3ercicio 6E.' =ara los siguientes elementos o compuestos indica ra!onadamente, seg5n el

tipo de enlace, el estado de agregaci+n m/s pro"a"le a temperatura am"iente# cloro> sulfato decalcio> di+0ido de a!ufre> co"re> "romo.

3ercicio 67.' 0plica ra!onadamente los siguientes %ec%os#a1 s infrecuente que en los compuestos i+nicos %aya iones con carga superior a ;8."1 l alco%ol etílico $:8'$:64: es muy solu"le en disolentes polares como el agua y

tam"ién es solu"le en disolentes apolares como el éter.

3ercicio 6.' 0plica qué tipo de enlace o fuer!a %ay que romper para fundir los siguientescompuestos#

a1 Hercurio d1 $loro g1 Hetano"1 Kluoruro de sodio e1 Benceno %1 (guac1 0ido de silicio f1 0ido de calcio

3ercicio 6.' scri"e e3emplos de estructuras de Lewis de moléculas con la siguientegeometría#

a1 XT."1 XT6 lineal.c1 XT6 angular, con /ngulos de enlace de *J,E y *6J.d1 XT8 plana.e1 XT8 piramidal.f1 XT9 tetraédrica.1 XT "i i / id t i l




3ercicio 8*.' Oa!ona en términos de energías de enlace so"re los alores de la ta"la.

3ercicio 86.' 0plica en términos de enlaces y locali!a los elementos del Sistema =eri+dicoque# a1 st/n en estado gaseoso, líquido y s+lido en c.n. "1 <ienen mayores =K, = y densidad.0plica el /rea en torno a &a, Sn, =", In. c1 @ùé elementos son artificialesA d1 @$u/les radiactiosAe1 Busca nom"res de elementos de origen mitol+gico, nacionalista, con nom"re de persona. f1 @ùéelementos fueron descu"iertos por espaDolesA

3ercicio 86.' )i"u3a las estructuras de Lewis y e0plica por qué a temperatura am"iente el $46

es un gas, el $S6 es líquido y el Si46 s+lido.

3ercicio 88.' ( partir de los datos de la siguiente ta"la, interpreta y e0plica los alores de lospuntos de e"ullici+n empíricos en términos de enlaces.

=or e3emplo# a1 l (l$l8 tiene un punto de e"ullici+n de *J $ y el Si$l9 %iere a E $.0plica los =.. de#"1 Los elementos de 6 período# N6, 46 y $l6c1 Los cloruros de elementos del 6 período# Li$l, Be$l6, B$l8, $$l9, N$l8, $l64 y $lK.d1 Los cloruros de elementos del 8 período# Na$l, Hg$l6, (l$l8, Si$l9, =$l8, S$l6 y $l6e1 $lK, $l6 y Br$lf1 $l64 y S$l6g1 N$l8 y =$l8%1 $$l Si$l

=untos de e"ullici+n de no metales y cloruros

Sustancia =.. $ Sustancia =.. $ Sustancia =.. $

$l6 '88, B$l8 *6 (l$l8 *J

Br 6 EE, $$l9 Si$l9 E

46 '*8 N$l8 * =$l8 9

N6 '*E, $l64 9 S$l6 E

Be$l6 9 $lK '*J* Br$l E

Li$l *.86 Na$l *.9*8 Hg$l6 *.9*




enlace N': es 8J 1mol. <eniendo en cuenta los datos del e3ercicio *8, e0plica y relaciona estascantidades en términos de energías de enlace.

3ercicio 8.' )i"u3a los diagramas de Lewis y deduce la geometría molecular de lossiguientes compuestos con la teoría de O=$V-, sa"iendo que todas cumplen la teoría del octeto#

a1 S4, "1 S46, c1 S48, d1 N46', e1 N48

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Antonio Oliva Facerías Física y Química 1º de Bachil lerato



Leccin @! Dl enlace Cuímico ?%

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