El atomo_qg_r_vega_b_2012

FACULTAD DE INGENIERIA ADMINISTRATIVA E INDUSTRIAL

ASIGNATURA: QUIMICA I

CODIGO : QU-01

UNIDAD No 01: MATERIA Y ENERGIA

DOCENTE : Ing ROBERT VEGA BARRANTES

LIMA-PERU

2012

Unidad No 01

MATERIA Y ENERGIA

MATERIA Y ENERGIA ROBERT VEGA B

Clase N0 3 y 4

Estructura Atómica, Teorías, Partículas sub atómicas , Niveles y subniveles

de Energía, Configuración electrónica

ATOMO

DESARROLLO DE TEORIAS Y MODELOS ATOMICOS

TEORIA CUANTICA DE

PLANCK

MODELO ATOMICO MODERNO

O ATOMO MECANO CUANTICO

T.A CLASICAS

-T. Atómica de Dalton-T. Atómica de Thompson-T Atómica de Rutherford

-T Atómica de Bohr-Modelo Atómico de Bohr Sommerfield

-Principio Dual de la Materia-Principio de la Incertidumbre-Estados Cuantizados de la Materia


Estructura AtómicaEstructura Atómica

CORTEZA electrones.

ÁTOMO protones.NÚCLEO

neutrones.

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que se caracteriza porque conserva las propiedades de dicho elemento.

Un concepto moderno considera al átomo como un sistema dinámico y energético en equilibrio, constituido por dos partes:


Núcleo: parte central, de carga positiva contiene mas o menos 200 tipos de partículas denominados nucleones, de los cuales los protones y neutrones son los mas importantes (nucleones fundamentales), el núcleo concentra casi la totalidad de la masa atómica (99,99% de dicha masa) .

Corteza: Es la parte del átomo donde se encuentran los electrones, ocupando ciertos estados de energía (orbitales, subniveles, niveles), constituye el 99.99% del volumen atómico.

Los electrones se encuentran a distancias no definidas respecto al núcleo y se desplazan en torno a ella en trayectorias indefinidas, porque según la mecánica ondulatoria o mecánica cuántica solo se puede determinar la región espacial energética donde existe la mayor posibilidad de encontrar un electrón llamado orbital o nube electrónica. (REEMPE)



Partículas subatómicas Fundamentales:El átomo esta formada principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, protones y neutrones, el conocimiento de sus características o propiedades y la manera de interactuar nos permiten comprender las propiedades de la materia

Partícula Símbolo Masa Carga Descubridor

gramos UMA absoluta relativa

Electrón e- 9,1095x10-28 0,00055 -1,6022x10-19 -1 J. Thomson

(1897)

Protón P+ 1,672x10-24 1,0073 +1,6022x10-19 +1 W. Wein (1919)

Neutron n o 1,675x10-24 1,0087 0 0 J. Chadwich

(1932)


Elemento químicoElemento químico

Todo elemento químico se representa mediante el llamado símbolo químico símbolo químico donde se acostumbra señalar determinados parámetros para identificar al átomo de cada elemento.

A ZE carga

n

A = Numero de masa z = Numero atómico #n = Numero de neutrones


Número Atómico (Z): Llamado carga nuclear, es el número de protones presentes en el núcleo atómico de un elemento, cuando el átomo es neutro el numero de protones es igual al número de electrones.

Z= numero de protones = # p+

Elemento Z Numero de

protones

Numero de

electrones

Azufre 16 16 16

Arsénico 33 33 33

Carbono 6 6 6

Cloro 17 17 17

Hidrogeno 1 1 1

Fósforo 15 15 15

Magnesio 12 12 12

Oro 79 79 79

Sodio 11 11 11

Numero de protones y electrones en átomos neutros

z = z = #p#p


Numero de masa o Numero masivo (A)Es el número total de partículas fundamentales en el núcleo de un átomo,

o sea el número de nucleones fundamentales.A= Numero de protones + Numero de neutrones

Donde: el numero de neutrones: n= A – z n= A - # p

Nuclido Z A Numero de

protones

Numero de

neutrones

37Cl17 17 37 17 20

39K19 19 39 19 20

23Na11 11 23 11 12

Numero de protones y neutrones en átomos neutros

A = A = #p + #p + #n = z + #n#n = z + #n

Se llama nuclidos a todo átomo de un elemento que tiene una composición nuclear definida, es decir numero de protones y neutrones definidos


Carga del átomo (c)Carga del átomo (c)Se determina de acuerdo al numero de protones y electrones que

este posee. Átomo neutro: Ion: en general para todo átomo neutro o ionizado se cumple que:

Isoelectronico: son aquellos que tiene el mismo numero de electrones y la misma configuracion electronica

#p = #p = #e#e

#p #p ≠≠ #e#e

Carga del átomo (c) = #p - #e Carga del átomo (c) = #p - #e

Ejercicios1) 27 13 Al 3

2) 35 17 Cl -1

13 Al 3

8 O -2 10 Ne


Isótopos: Son nuclidos de un mismo elemento químico que poseen igual

numero de protones pero diferente numero de neutrones y masa. estos nuclidos presentan igual propiedades químicas pero diferentes propiedades físicas.

Isótopo Nombre A Z A-Z

8O16 Oxigeno-16 16 8 8

8 O17 0xigeno-17 17 8 9

8O18 Oxigeno-18 18 8 10

Isótopo Nombre Abundancia Z n Tipo de agua que forma

1H1 Protio 99,985% 1 0 H2O (agua comun)

1H2 Deuterio 0,015% 1 1 D2O (agua pesada)

1H3 Tritio 10-15% 1 2 T2O (agua superpesada)


Isóbaros: Son nuclidos que pertenecen a elementos diferentes, poseen

igual numero de masa, diferente numero atómico y diferente numero de neutrones.

Son nuclidos con propiedades físicas y químicas diferentes. Ej

20 Ca 40 20 protones 18 Ar 40 18 protones 20 neutrones 22 neutrones

40 nucleones 40 nucleones Isótonos: Son nuclidos que poseen diferente numero de protones,

diferentes números de masa pero igual numero de neutrones.Son nuclidos con propiedades físicas y químicas diferentes. Ej12 Mg 24 12 protones 11 Na 23 11 protones 12 neutrones 12

neutrones 12 electrones 11

electrones


Problemas de aplicación1-La suma de los números atómicos de 2 isóbaros es de 13, el de menor Z tiene 8 neutrones y el otro 7. Hallar el número de masa.

2-Si se sabe que el elemento 48 19 A es isobaro del elemento y x B y además B tiene 13 neutrones, Hallar el numero de electrones de B, cuando se carga con -13-Indique el numero atómico de un elemento que posee dos isótopos, sabiendo que la suma de los neutrones de estos es 15 y la suma de las masas atómicas es 29

4-En el núcleo de un atomo los neutrones y protones estan en la relacion de 6 a 4 si su numero de masa es 90, hallar el valor de Z.


NUMEROS CUANTICOS NUMEROS CUANTICOS son valores numéricos que indican las características de los electrones de los átomos. sirve para indicar la posición de un electron dentro del átomo

1-Numero cuántico principal, (n) Indica el nivel de energía principal que ocupa el electrón y el tamaño del orbital por lo tanto toma valores enteros n= 1, 2,3, 4, 5, 7

Notación cuántica 1 2 3 4 5 6 7

Notación espectroscópica K L M N O P Q

Numero máximo de electrones 2 8 18 32 32 18 8

capacidad electrónica de un determinado nivel n se halla con la Regla de Rydberg

# max e = 2n2



2-Numero Cuántico azimutal (secundario), (l) Indica el subnivel de energía donde este debe encontrarse dentro de un nivel n y la forma del orbital.

Depende del numero cuantico principal. Sus valores van desde 0 hasta (n-1)

Notación cuántica 0 1 2 3 4 5 6

Notación espectroscópica s p d f g h i

Numero máximo de electrones 2 6 10 14 18 22 26

El numero máximo de electrones que existe en cada subnivel se obtiene mediante la formula:

# max ē = 2(2l + 1)


Orbital sForma esférica

Orbital pForma dilobular

Orbital dForma tetralobular

Subniveles Denominación Valores de l Forma de los orbitales

s Sharp 0 Esférica

p Principal 1 Dilobular

d Diffuse 2 Tetralobular

F fundamental 3 compleja


ORBITAL O REEMPEORBITAL O REEMPE Es una zona del espacio donde existe una alta Es una zona del espacio donde existe una alta probabilidad (superior al 90%) de encontrar al electrón. probabilidad (superior al 90%) de encontrar al electrón. Esto supone considerar al electrón como una nube Esto supone considerar al electrón como una nube difusa de carga alrededor del núcleo con mayor difusa de carga alrededor del núcleo con mayor densidad en las zonas donde la probabilidad de que se densidad en las zonas donde la probabilidad de que se encuentre dicho electrón es mayor.encuentre dicho electrón es mayor. En un orbital puede haber como máximo 2 electrones

orbital apareado, lleno, saturado orbital desapareado, semilleno orbital vacío

2ē

1ē

0ē


3-Numero cuántico magnético, ml =(- l ----,0,-----+ l) Indica la orientacion en el espacio del orbital, es decir indica al orbital donde se encuentra el electron.

En cada subnivel (l) ,ml puede tomar los valores permitidos

#m = 2(l) + 1

s : l = 0; m = 0 (1 valor) p :l = 1; m= -1;0;+1 (3 valores)d: l = 2; m = -2;-1;0;+1;+2 (5 valores) f: l = 3; m = -3;-2;-1;0;+1;+2;+3 (7 valores)




4- Numero Cuántico de Spin Magnetico (ms)

Indica el sentido de rotación del electrón alrededor de su propio eje, sus valores permitidos son:

S= -1/2 , + 1/2

Cuando un electrón rota o gira genera un pequeño campo magnetico, es decir actúa como un pequeño micro imán.


Problemas de aplicación1-En el átomo de oxigeno (Z=8) Determine los posibles valores de los números cuánticos para el ultimo electrón en distribuirse

2-Determine el numero atómico de un elemento sabiendo que los números cuánticos de un electrón desapareado son: n= 5, l=03-Hallar el numero de orbítales desapareados del fierro.4-Hallar los numero cuánticos del ultimo electrón del átomo de azufre (Z=16)5-Si 4p5 es el último subnivel termino de la configuración electrónica de un átomo ¿Cual es el número atómico?


CONFIGURACION O DISTRIBUCION CONFIGURACION O DISTRIBUCION ELECTRONICAELECTRONICA

Consiste en distribuir los electrones en torno al nucleo en diferentes estados energéticos ( niveles, subniveles y orbitales).

1-Distribucion por subniveles Se efectúa según el principio de aufbau ( alemán= significa construir o hacer la distribución electrónica) que establece:

“Los electrones se distribuyen en orden creciente de la energía relativa de los subniveles”

La energía relativa de un subnivel u orbital se evalua sumando n y l

ER= n+l


Problemas de aplicación1-Que subnivel posee mayor estabilidad 3d o 4s

subnivel n l ER

3d 3 2 5

4s 4 0 4

La energía y la estabilidad guardan una relación inversa Por tanto el subnivel 4s tiene menor energía relativa, por lo tanto tiene mayor estabilidad y el subnivel 3d tiene mayor energía relativa, por lo tanto tiene menor estabilidad

2-Cual de los siguientes subniveles posee mayor energía y que subnivel es el mas estable 5d, 7s, 4f o 6p

subnivel n l ER

5d 5 2 7

7s 7 0 7

4f 4 3 7

6p 6 1 7

Cuando los subniveles presentan la misma energía relativa se llaman degenerados , entonces el orden de energía ( absoluta) se efectúa con el valor de n.Por tanto el de mayor energía es 7 s y el de mayor estabilidad es 4f


REGLA DE MOLLERREGLA DE MOLLEREs una forma practica para realizar la distribución electrónica por subniveles según el principio de Aufbau, también se llama Regla de Serrus

Se observa que a partir del quinto nivel los niveles o capas son incompletas


Al escribir la configuración electrónica de un elemento se pone primero el número de nivel y después el subnivel con el número de electrones que lo ocupan.

Por ejemplo: el Oxígeno (O)...........Z=8

1 s2 2 s2 p4 (2-6)

Nº de electrones en el nivel 1

Nº de electrones en el nivel 2


Ejemplo N01: Realizar la distribucion electrónica del fosforo

Z=15.

Ubicación en la tabla periodica

Periodo: 3

Grupo : V


Ejemplo N02: Realizar la distribucion electrónica del germanio Z=32 Determinar:a)El mayor nivelb)El # de electrones en el nivel mayorc)La cantidad de subniveles.


Ejemplo N03 Realizar la distribucion electrónica del Manganeso Z=25 Determinar:a)El # de electrones en subniveles principalesb)El # de electrones en el ultimo nivelc)El # de electrones en el penúltimo nivel.


Problemas de aplicación1-Realizar la distribución electrónica del calcio (z=20)

2-Realizar la distribución electrónica del Aluminio (Z= 13) y determinar:

a) El mayor nivel

b) El numero de electrones en el mayor nivel

c) La cantidad de subniveles

3-Cuál es la distribución electrónica de un átomo cuyo numero atómico es 21

4-Cuál es la distribución electrónica del átomo de Arsénico cuya masa atómica es 75 y su número neutrónico es 42?


CONFIGURACION ELECTRONICA KERNEL O CONFIGURACION ELECTRONICA KERNEL O SIMPLIFICADASIMPLIFICADA

Se hace uso de la configuración de un gas noble

y nos permite visualizar de manera rápida el numero de electrones de valencia, ubicar un elemento en la tabla periódica moderna, deducir el numero de electrones que hay en cada periodo de la tabla periodica.

118e


Ejemplo N01: Realizar la distribucion electrónica del fosforo Z=15.

Aplicando la config, electrónica Kernel o Simplificada.

15P= (10Ne) 3s2 3p3


Ejemplo N02: Realizar la distribucion electrónica del germanio Z=32.

Aplicando la config, electrónica Kernel o Simplificada.

32Ge= (18Kr) 4s2 3d10 4p2


Principio de Máxima Multiplicidad o de HundPrincipio de Máxima Multiplicidad o de HundEstablece que:

“Ningún orbital de un mismo subnivel ( de igual energía relativa) puede contener dos electrones antes que los demás contengan por lo menos uno, primero se debe dejar todos los orbitales a medio llenar y luego empezar el llenado con spines opuestos .

Ejemplos1-Para el subnivel 4d7 ,determinar la cantidad de orbitales apareados y orbitales desapareados..2-Realizar la distribución electrónica por orbitales para el átomo de flúor (Z=9)(Nota: Primero se realiza la distribucion por subniveles aplicando la regla de sarrus luego para cada subnivel aplicamos la regla de Hund )


Principio de Exclusión de PauliPrincipio de Exclusión de PauliEstablece que:

“En un átomo no puede existir 2 electrones cuyo 4 valores de sus números cuánticos sean iguales, al menos deben diferenciarse en el spin (ms) “

Ejm

Determine los números cuánticos de los electrones en el átomo de litio (Z=3) y comprobar el principio de exclusión de Pauli

3Li= 1s2, 2s1

electrón n l ml ms

e1 1 0 0 +1/2

e2 1 0 0 -1/2

e3 2 0 0 +1/2


EJERCICIOS

1. ¿Cuántos electrones puede haber en un orbital p? a) 1 b) 6 c) 4 d) 2 e)3

2. ¿Qué letra identifica la capa cuyo número cuántico principal es 2?

a) S b) L c) M d) R e) B

3. ¿Cuál es el número de orbitales d que existen en una capa?

a)4 b) 1 c) 3 d) 5 e) 2


4. ¿Cuántos electrones hay en la capa L?

a)8 b) 4 c) 2 d) 1 e)6

5. Si el número cuántico azimutal vale 1 ¿Qué valores puede tomar el número cuántico magnético?

a)0 b) 0;1;2 c)-1;1 d) 1 e) -1;0;1

6. ¿Cuántos números cuánticos hay?

a)1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

7. En un átomo ¿cuántos electrones puede haber con los mismos números cuánticos?

a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4


8. ¿Qué configuración electrónica tiene el neón, con 10 electrones?

a)1s2 2s2p3 b) 1s10 c) 1s2 2s8

d)1s2 2s2p6 e) 1s3 2s3p4

9 ¿Cuál es la configuración electrónica del hierro, con 26 electrones?

a)1s22s2p63s2p6d64s2 b)1s22s2p63s2p64s2p6

c)1s32s3p103s3p44s3 d) 1s22s2p63s2p6d8 e)1s22s2p63s2p6

10. Si el número cuántico azimutal vale 1¿Qué valores puede tener el número cuántico de spín?

a) -1;0;1 b) 0;1 c) 0 d)1 e) -1/2 y 1/2


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