Estudio del átomo: 1. Átomos e isótopos 2. Modelos Atómicos 3

Estudio del átomo:
1. Átomos e isótopos
2. Modelos Atómicos
3. Teoría cuántica
Ing. Sol de María Jiménez González
1
Núcleo: protones y neutrones
Los electrones se mueven
alrededor.
Característica
Partículas
Protón
Neutrón
Electrón
p+
n
e-
Masa (kg)
1,6726 x 10-27
1,6749 x 10-27
9,1094 x 10-31
Masa (u)
1,0073
1,0087
5,5206 x 10-4
1+
0
1-
Símbolo
Carga eléctrica
relativa
Ing. Sol de María Jiménez González
2
• El volumen que ocupan los
electrones es 1014 veces mayor
que el del núcleo, por lo que
es prácticamente el volumen
del átomo.
• La masa de un protón o un
neutrón es 2000 veces mayor
que la de un electrón, por la
masa de los nucleones es
prácticamente la masa del
átomo.
El núcleo es 108 veces
más denso que la
región electrónica o
nube electrónica.
Ing. Sol de María Jiménez González
3

Es el número de protones

Símbolo: Z

Identifica el elemento al cual pertenece el átomo.
 Todos
los átomos de un mismo elemento
tienen idéntico número de protones o
número atómico.
Ing. Sol de María Jiménez González
4
NÚMERO ATÓMICO
NOMBRE
SÍMBOLO
MASA ATÓMICA (u)
1
Hidrógeno
H
1,0079
2
Helio
He
4,0026
6
Carbono
C
12,011
7
Nitrógeno
N
14,007
8
Oxígeno
O
15,999
11
Sodio
Na
22,990
12
Magnesio
Mg
24,305
17
Cloro
Cl
35,453
19
Potasio
K
39,098
20
Calcio
Ca
40,078
26
Hierro
Fe
55,845
29
Cobre
Cu
63,546
35
Bromo
Br
79,904
47
Plata
Ag
107,87
Ing. Sol de María Jiménez González
5
• Un átomo es neutro
son átomos con igual número de protones
o Z pero diferente cantidad de electrones Cl- K+
K
Cl + e-
K+ + e- queda con carga positiva
Cl- queda con carga negativa
Ing. Sol de María Jiménez González
Catión: átomo neutro
pierde electrones
Anión: átomo neutro
gana electrones
6
 Es
el número de nucleones: la suma de
protones más neutrones.
 Símbolo:
A
Son átomos de un mismo
elemento (igual número de
p+) que poseen diferente
número de neutrones.
En los isótopos A es
diferente
Ing. Sol de María Jiménez González
7
Número de neutrones = número de masa – número atómico
Ing. Sol de María Jiménez González
8
Ejercicio:
¿Cuál es el número de protones, el número atómico y el número de
electrones de un isótopo de calcio, si su número de masa es 48 y su número
de neutrones es 28?
A = 48
n = 28
p+ = ?
Z=?
e- = ?
A = n + p+
p+ = A – n
p+ = 48 – 28
p+ = 20
En un átomo neutro
Z = p+ y p+ = eZ = 20 y e- = 20
A
Z
Ing. Sol de María Jiménez González
9
Ejercicio:
Un isótopo iónico de cloro tiene una carga 1-, su número de masa es 35 y su
número atómico es 17. ¿Cuál es su número de protones, neutrones y
electrones?
Isótopos: Son átomos de un mismo elemento (igual número de protones) que poseen diferente número
de neutrones.
A = 35
Z = 17
p+ = ?
n=?
e- = ?
Z = p+
p+ = 17
A
Z
A = p+ + n
n = A – p+
n = 35 – 17
n = 18
e- = p+ + 1
e- = 17 + 1
e- = 18
El ion tiene un
electrón más que
el átomo neutro
Ing. Sol de María Jiménez González
10
Elementos:
mezcla de
isótopos
Isótopos
inestables
Núcleos se
descomponen en
corto tiempo
Isótopos estables
Núcleos no
tienden a
descomponerse
Ing. Sol de María Jiménez González
11
La masa atómica de un elemento es el
promedio ponderado de las masas de los
isótopos que lo componen
Masa atómica = masa x abundancia relativa
= (masa del isótopo) x (% abundancia)
Ing. Sol de María Jiménez González
12
Ejercicio:
Un elemento presenta sólo dos isótopos, cuyas masas son 79,82 uma y 78,73
uma. Si la abundancia relativa del primero es 21,1%, ¿cuál es la masa
atómica del elemento?
Isótopo 1
Masa: 79,82
Abundancia: 21,1%
Isótopo 2
Masa: 78,73
Abundancia: ?
% Abundancia Isótopo 2 = 100 – 21,1% = 78,9%
Masa atómica= (masa x abundancia)isótopo 1+ (masa x abundancia)isótopo 2
Masa atómica= (79,82 x 0,211) + (78,73 x 0,789)
Masa atómica= 78,96 uma
Ing. Sol de María Jiménez González
13
Teoría atómica de Dalton
Conceptos de electricidad y magnetismo
Antecedentes del modelo atómico
Descubrimiento y aplicaciones de la cuantificación
Ing. Sol de María Jiménez González
14
1.
El electrón tiene carácter dual: se comporta
como partícula y como onda. (Broglie)
2.
Un orbital es la zona del espacio alrededor
del núcleo atómico en donde existiría la
máxima probabilidad de encontrar un
electrón. El orbital no
. tiene límites
perfectamente definidos. (Heisenberg)
Ing. Sol de María Jiménez González
15
Los electrones de un átomo se sitúan en orbitales, los cuales tienen capacidad para
situar dos de ellos, según el siguiente esquema:
·
·
·
·
1ª capa: 1 orb. “s” (2 e–)
2ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–)
3ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) + 5 orb. “d” (10 e–)
4ª capa: 1 orb. “s” (2 e–) + 3 orb. “p” (6 e–) + 5 orb. “d” (10 e–) + 7 orb. “f” (14 e–)
Y así sucesivamente…
Los orbitales atómicos tienen distintas formas; así, los orbitales “s”
son esféricos; sin embargo el resto de los tipos de orbitales poseen
direcciones concretas en el espacio; por ejemplo cada uno de los
orbitales “p” se alinea sobre cada uno de los tres ejes de
coordenadas.
Ing. Sol de María Jiménez González
16
…..
…..
Ing. Sol de María Jiménez González
17
Los números cuánticos describen el estado
atómico:
1.
o
o
o
o
Energía
Impulso angular
Orientación del impulso angular
Magnetismo intrínseco del electrón
.
La solución de la ecuación de onda brinda
información sobre la probabilidad de encontrar un
electrón de un átomo en una posición determinada
Ing. Sol de María Jiménez González
18
Número cuánticos
Energía, n
Impulso angular, l
Orientación del
impulso angular, m
• Número cuántico
principal
• El estado de más
baja energía se
llama estado
fundamental
• Si está en estados
de energía más
altos se llaman
estados excitados
• n = 1,2,3,4…
• Se conoce como
azimutal o
secundario
• Movimiento del
e- alrededor del
núcleo
• l = 0,1,2,3… (n-1)
• Se conoce como
número cuántico
magnético
• m = -l … + l
(pasando por 0)
Ing. Sol de María Jiménez González
Magnetismo del
electrón, ms
• Rotación del
electrón en su
propio eje
• Se conoce como
orientación del
spin
• ms = +1/2 o -1/2
19
Los números cuánticos describen
el estado de un electrón
Nivel energético o “capa”
(n,l,m,ms)
Tipo de orbital (subnivel)según la
distribución de la densidad
electrónica: s, p, d, f, g
l=0
l=1
l=2
l=3
l=4
Orbital s
Orbital p
Orbital d
Orbital f
Orbital g
3px
Ing. Sol de María Jiménez González
20
Ejercicio:
a) Establezca cuáles de las siguientes series de números cuánticos serían
posibles y cuáles imposibles para especificar el estado de un electrón; b) diga
en que tipo de orbital atómico estarían situados los que son posibles.
n = 1,2,3,4…
l = 0,1,2,3… (n-1)
m = -l … + l (pasando por 0)
I)
II)
III)
IV)
V)
ms = +1/2 o -1/2
Imposible. (n < 1)
Imposible. (l = n)
Posible. Orbital “1 s”
Imposible (m: –1,0,1)
Posible. Orbital “2 p”
Ing. Sol de María Jiménez González
21
Estudio:
1.
2.
3.
4.
Modelo de los átomos multielectrónicos
Representaciones del estado de los átomos
Clasificación de elementos en la tabla
periódica
Propiedades periódicas de los elementos
Ing. Sol de María Jiménez González
22
 Trata
de explicar las características de los
átomos que tienen más de un electrón.
 El
modelo asocia cada uno de los electrones
con algún orbital (1s, 2s, 2px,…).
.
Principio de exclusión de Pauli El proceso
de asociación toma en cuenta que no se
puede asignar más de dos electrones a un
mismo orbital
Ing. Sol de María Jiménez González
23
•
Los electrones se asignan uno por uno a
orbitales, siguiendo un orden de energía
ascendente.
– Los orbitales que comparten el valor del
número cuántico principal “n”
pertenecen a una misma capa.
•
No puede asignarse más de dos electrones a
un mismo orbital.
•
Nivel más bajo de energía 1s
•
Esto implica que los electrones de las capas
internas ocultan al núcleo, entonces, los
electrones externos no están expuestos a la
carga nuclear total, si no a una carga
disminuida de la carga nuclear.
• Conjunto de orbitales
que comparten n y l
• Pueden ser
representadas por los
símbolos 1s, 2s, 2p,
3s, 3p, 3d…
• Estos orbitales tienen
igual carga nuclear
efectiva, energía y
tamaño.
Ing. Sol de María Jiménez González
24
Números cuánticos para
cada electrón.
Configuración electrónica
del átomo
Diagrama de orbital
Ing. Sol de María Jiménez González
25

Es la distribución de los electrones en las
subcapas de un átomo.

Por ejemplo: 3s2

Por ejemplo: 4d6
Subcapa 3s ocupada por dos electrones.
Subcapa 4d ocupada por seis
electrones.
Ing. Sol de María Jiménez González
26
Número atómico
Elemento
Configuración
electrónica
1
H
1s1
2
He
1s2
3
Li
1s2 2s1
4
Be
1s2 2s2
5
B
1s2 2s2 2p1
6
C
1s2 2s2 2p2
7
N
1s2 2s2 2p3
8
O
1s2 2s2 2p4
9
F
1s2 2s2 2p5
10
Ne
1s2 2s2 2p6
11
Na
1s2 2s2 2p6 3s1
12
Mg
1s2 2s2 2p6 3s2
13
Al
1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
14
Si
1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
15
P
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
16
S
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
17
Cl
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
18
Ar
2 2s2 2p
6 3s2 3p6
Ing. Sol de María
González
1sJiménez
Las únicas
configuraciones en las
que todas las subcapas
están llenas: He, Be, Ne,
Mg y Ar
27
1.
Número de electrones: Si es
neutro coincide con Z. Si es un
ión hay que sumarle o restarle
electrones.
2.
El orden en que se colocan las
subcapas: se relaciona con la
energía de los orbitales en una
misma capa: ns ˂ np ˂ nd ˂nd
Capa (n)
N° máx
electrones
2n2
N° Subcapas
1
2
1
1s
2
8
2
2s, 2p
3
18
3
3s, 3p, 3d
4
32
4
4s, 4p, 4d, 4d, 4f
Ing. Sol de María Jiménez González
Subcapas
28
Carbono
2
1s
2
2s
Ing. Sol de María Jiménez González
2
2p
29
Diagrama de orbital
• Las flechas son los
electrones.
• Las rayas
horizontales son los
orbitales.
• El sentido de la
flecha es el spin.
Ing. Sol de María Jiménez González
30
Electrón diferenciante
• Los números cuánticos que identifican al
electrón diferenciante, son los que
identifican la subcapa: n y l.
• Por ejemplo: He (helio) el electrón
diferenciante es uno de los
electrones del orbital 1s. En el O
(oxígeno) es uno de los cuatro
electrones en 2p.
Ing. Sol de María Jiménez González
31
Todos los orbitales de una subcapa semillena
están ocupados por electrones solitarios y con
un espín paralelo.
Todos los orbitales de una subcapa llena o una
capa llena están ocupados por pares de
electrones con espín opuesto.
La diferencia entre el diagrama de orbital de
un átomo y el del átomo que le antecede es
una flecha que está en el extremo derecho.
Este electrón se llama electrón diferenciante.
Ing. Sol de María Jiménez González
32
Carbono 1s2 2s2 2p2
Se dibujan cinco rayas: 1 para la subcapa 1s, 1 para la subcapa 2s y 3
para la subcapa 2p.
1s
2s
2p
Se dibuja un par de flechas sobre cada una de las rayas de las
subcapas 1s y 2s porque están llenas
1s
2s
2p
Se distribuyen los electrones restantes entre los orbitales de la
subcapa 2p
Ing.
1sSol de María Jiménez
2s González
2p
33
Carbono 1s2 2s2 2p2
• Indique un par de conjuntos de números
cuánticos que pueden ser asignados a los dos
electrones de la subcapa externa del carbono
• La subcapa externa es 2p
• n=2, l=1
• Entonces m = -1, 0 y 1 y ms= +1/2 o -1/2
(2,1,-1,1/2) y (2,1,1,1/2)
Ing. Sol de María Jiménez González
34
Carbono 1s2 2s2 2p2
Indique un par de conjuntos de números cuánticos que
pueden ser asignados a los dos electrones de la subcapa 2s del
carbono
• La subcapa es 2s
• n=2, l=0
• Entonces m = 0 y ms= +1/2 o -1/2
(2,0,0,1/2) y (2,0,0,-1/2)
Ing. Sol de María Jiménez González
35
Clasificación de los elementos de la
tabla periódica
• Los elementos están organizados según
algunas de sus propiedades.
• Periodos: son las filas horizontales de la tabla.
• Grupo o familia: líneas verticales o columnas
LA INFORMACIÓN DE LA
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ESTÁ
CONTENIDA EN LA TABLA PERIÓDICA
Ing. Sol de María Jiménez González
36
Configuración simplificada
• Los elementos del grupo 8A son los gases
nobles.
• Se escribe el símbolo del gas noble entre
corchetes [ ] y se indican las subcapas
faltantes
He 1s2
Ne [He]2s22p6
Ar [Ne]3s23p6
Ing. Sol de María Jiménez González
37
Estudiar Conjuntos
de elementos en la
tabla periódica Pág.
194-200
Ing. Sol de María Jiménez González
38
Propiedades periódicas: Radio atómico
• Tamaño de los átomos. En un periodo (fila)
disminuye al aumentar Z (número atómico) y
en un grupo crece al aumentar Z
Aumenta radio atómico
Aumenta radio atómico
Ing. Sol de María Jiménez González
39
Propiedades periódicas: Energía de
ionización (EI)
Es el grado de dificultad para remover un
electrón
Ing. Sol de María Jiménez González
40
Ing. Sol de María Jiménez González

Es la energía necesaria para extraer un
electrón.

Cuanto mayor sea la AE, más tendencia
tiene el átomo a formar el ion negativo.
41
Radio iónico
• Los elementos con AE muy alta tienden a
formar aniones. Por ejemplo los del grupo 6A
tienden a formar iones con carga 2-.
• Los elementos con EI muy baja tienden a
formar iones positivos. Por ejemplo los del
grupo 1A forman iones con carga 1-.
• El tamaño de los átomos varía cuando pierden
o ganan electrones.
• La variación es la misma que el radio atómico.
Ing. Sol de María Jiménez González
42
• Son átomos de elementos diferentes (distinto
número de protones), en estado neutro y
iónico, que poseen el mismo número de
electrones
N3- O2- F- Ne Na+ Mg2+ Al3+
Ing. Sol de María Jiménez González
43

Indica la tendencia que presentan los
átomos para atraer electrones de un
átomo de otro elemento cuando se
unen para formar un compuesto.
Ing. Sol de María Jiménez González
44