ELEMENTOS Y ESTRUCTURA ATÓMICA

ELEMENTOS Y ESTRUCTURA ATÓMICA
SÍMBOLOS QUÍMICOS
Desde los comienzos de la Química ha existido la necesidad de representar los elementos
químicos mediante símbolos.
Los símbolos modernos fueron utilizados primeramente por Berzelius, quien los formó
tomando la primera letra del nombre en latín, como letra mayúscula y cuando hubiera dos o más
elementos cuyos nombres latinos comenzaran con la misma letra, tomó la segunda o tercera letra
en minúscula, por ejemplo:
Elemento
Nombre en latín
Símbolo químico
Oro
Aurum
Au
Plata
Argentum
Ag
TEORÍAS ATÓMICAS
Los griegos
El concepto de átomo nació con los griegos Leucipo y su discípulo Demócrito ( siglos V a IV
a. C. ), quienes decían que cada cosa puede dividirse hasta un cierto límite, que llamaron átomo
( sin división ).
Dalton
Dalton, en 1803, desarrolló la primera teoría atómica que explicaba satisfactoriamente las
leyes químicas enunciadas hasta ese momento.
Esta teoría puede resumirse en:
a) Todos los elementos están constituidos por átomos, consistentes en partículas materiales
separadas e indestructibles.
b) Todos los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en las demás
propiedades.
c) Los átomos de elementos distintos son diferentes en masa y en las demás propiedades.
d) Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en
una relación numérica sencilla.
Thomson
Thomson, en 1898, postuló que el átomo está constituido por una esfera de carga eléctrica
positiva en la cual están incrustadas partículas de carga eléctrica negativa ( electrones ) que
neutralizan dicha carga.
Esto explicaba el hecho de que cuando se hacía pasar corriente eléctrica con un elevado
voltaje en un tubo de descarga, a baja presión, se observaba luminiscencia en el gas contenido.
Esto lo provocaban haces eléctricos que iban del cátodo al ánodo, llamados rayos catódicos, de
carga eléctrica negativa. A las partículas elementales constituyentes de esos rayos se les llamó
electrones ( e- ). Posteriormente, Goldstein en 1886, demostró la existencia de rayos positivos, los
cuales son diferentes para distintos gases introducidos en los tubos de descarga. A los
constituyentes elementales de dichos rayos, cuando se utilizaba hidrógeno, se les llamó protones
( p+ ).
Cátodo
ee-
Tubo de descarga
Ánodo
Rutherford
Para comprobar la veracidad del modelo atómico de Thomson, Lord Rutherford, en 1911,
realizó experimentos que consistieron en “bombardear” delgadas láminas metálicas con partículas
alfa ( +2 ). A pesar de que éstas poseen carga eléctrica positiva, por su gran energía no tendrían
mayor inconveniente en atravesar la lámina, porque se suponía que la carga eléctrica positiva
estaría uniformemente repartida. La mayoría de las partículas atravesaron la lámina en línea recta,
pero hubo algunas que se desviaron bastante de su trayectoria e incluso un pequeño porcentaje
“rebotó” en la lámina. Esto sólo podía explicarse suponiendo que toda la carga positiva del átomo
estuviera concentrada en un núcleo atómico y los electrones estuvieran girando alrededor de él a
distancias relativamente grandes.
+2
+2
+2
+2
+2
+2












lámina metálica
Bohr
Pero el modelo atómico de Rutherford no era consistente, porque el electrón para vencer la
atracción electrostática de núcleo, debería girar a gran velocidad, pero como tiene carga eléctrica
emitiría energía radiante, lo cual traería como consecuencia un acercamiento cada vez mayor del
electrón al núcleo hasta chocar con él.
Para superar esta dificultad, Niels Bohr propuso en 1913 la siguiente teoría atómica:
a) Cualquiera sea la órbita descrita por el electrón, éste no emite energía radiante.
b) Solamente algunas órbitas son permitidas.
c) Cuando un electrón pasa a una órbita más cercana al núcleo, emite energía radiante y
para pasar a una órbita más lejana, debe absorber energía radiante.
Sommerfeld, en 1916 propuso que el electrón no solamente describe órbitas circulares, sino
que también elípticas.
Energía radiante absorbida

Energía radiante emitida
Modelo cuántico
La teoría atómica de Bohr-Sommerfeld explica la no-destrucción del átomo y otros
fenómenos, pero nuevos hechos trajeron como consecuencia una visión más completa y compleja
del átomo.
De Broglie en 1924, estableció que las partículas atómicas tenían carácter ondulatorio.
Heisenberg en 1927, formuló el principio de incertidumbre o indeterminación, según el cual
es imposible determinar simultáneamente la posición y velocidad de una partícula con absoluta
precisión.
Con estos hechos y otros más, se llega a la visión cuántica del átomo.
La mecánica cuántica no describe al electrón como un corpúsculo, sino más bien como una
densidad de carga y masa. Esta densidad no es homogénea.
Finalmente el descubrimiento del neutrón en 1932, hace más completa la visión del núcleo
atómico. Esta partícula no posee carga eléctrica.
Para concluir, se dice que el átomo está constituido por un núcleo de carga eléctrica
positiva, conformado por protones ( eléctricamente positivos ) y neutrones ( eléctricamente
neutros ). Y alrededor de ese núcleo existe una densidad de carga y masa, eléctricamente
negativa, compuesta por electrones.
ESTRUCTURA NUCLEAR
Núcleo atómico
El núcleo es el constituyente central del átomo y posee la casi totalidad de la masa de éste.
Diámetro:
del orden de 10-13 a 10-12 cm
Densidad:
del orden de 10-14 g / ml
Carga eléctrica:
positiva, del orden de 10-19 a 10-17 C
Masa:
del orden de 10-24 a 10-22 g
Sus componentes principales son los protones y los neutrones.
Protón ( p+ )
El protón es una partícula elemental cuya masa en reposo es 1,67×10 -24 g. Posee carga
eléctrica positiva de 1,6×10-19 C. Es el causante de la carga eléctrica del núcleo.
Neutrón ( nº )
El neutrón es una partícula elemental cuya masa en reposo es prácticamente igual a la del
protón. No posee carga eléctrica.
El número de estas partículas identifica al átomo de un elemento, para lo cual se han
definido los siguientes dos números:
Número atómico ( Z )
El número atómico de un átomo es el número de protones que posee en su núcleo.
Número másico o de masa ( A )
El número másico de un átomo es el número de protones y neutrones que posee en su
núcleo. ( También se usa M en vez de A para representar a éste número ).
Por ejemplo, el átomo más abundante de litio posee en su núcleo 3 protones y 4 neutrones,
por lo tanto su número atómico es 3 ( Z = 3 ) y su número másico es 7 ( A = 7 ) y simbólicamente
se representa así:
7
3
Li
En un átomo eléctricamente neutro, el número de protones y de electrones es el mismo, por
lo tanto en el ejemplo anterior el número de electrones es 3.
Todos los átomos de un mismo elemento poseen el mismo número de protones, pero el de
neutrones generalmente varía. Esto conduce a los conceptos de isótopos e isóbaros.
Isótopos
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que poseen distinto número de neutrones,
es decir igual Z , pero distinto A, por ejemplo:
6
3
Li
y
7
3
Li
Isóbaros
Los isóbaros son átomos de distintos elementos que tienen igual número másico, es decir
distinto Z, pero igual A, por ejemplo:
40
18
Ar
y
40
20
Ca
Masa atómica relativa
Para los cálculos químicos es necesario asignarle una masa atómica a cada elemento.
Debido a la existencia de isótopos, esta masa es un promedio donde la masa de cada isótopo se
pondera según su porcentaje de abundancia.
Se mide en unidades de masa atómica ( uma ). 1 uma es 1/12 de la masa del isótopo de
carbono -12, al cual se le asigna una masa de 12 uma.
1 uma = 1,66 × 10-24 g.
CONFIGURACION ELECTRONICA
Electrón
El electrón es una partícula elemental, extranuclear, cuya masa en reposo es 9,1×10-28 g.
Posee carga eléctrica negativa de magnitud –1,6×10-19 C , igual a la del protón, pero de signo
contrario. Por esto el átomo eléctricamente neutro posee el mismo número de protones y
electrones.
La Mecánica Cuántica Relativista no describe al electrón como una partícula que gira
alrededor del núcleo describiendo una cierta órbita, sino más bien, como una densidad de carga y
masa distribuida en una cierta región espacial llamada orbital.
Cada electrón de un átomo tiene asociado 4 números cuánticos que describen su nivel
energético.
Número cuántico principal ( n )
El número cuántico principal de un electrón es un entero positivo y da una medida de su
energía en un orbital dado. A medida que aumenta el valor de n, también aumenta el valor de la
energía.
n = 1, 2, 3, 4, 5,..............
Número cuántico secundario ( )
El número cuántico secundario es un entero no negativo menor o igual a n:

= 0, 1, 2,.........., n - 1
Este número da una medida del momento angular clásico del electrón.
A cada valor de  está asociado una forma orbital simbolizada por una letra minúscula:
 =0
 =1
 =2
 =3
 =4
 =5
 orbital s
 orbital p
 orbital d
 orbital f
 orbital g
 orbital h
Cada orbital se simboliza con un número y una letra minúscula, donde el número es el valor
de n y la letra minúscula indica el de . Por ejemplo:
1) n = 1 
2) n = 2 
3) n = 3 
4) n = 4 




= 0
 orbital 1s
= 0, 1
 orbitales 2s y 2p
= 0, 1, 2
 orbitales 3s , 3p y 3d
= 0, 1, 2, 3
 orbitales 4s , 4p , 4d y 4f
Número cuántico magnético ( m ) ( m
)
El número cuántico magnético es un entero mayor o igual a – y menor o igual a
ejemplo:
1)
2)
3)
4)




, por
= 0  m = 0
= 1  m = –1, 0, 1
= 2  m = –2, –1, 0, 1, 2
= 3  m = –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3
El número de valores que puede tomar m para cada valor de , indica el máximo número de
orbitales, por ejemplo:
n = 4 


= 0  m puede tomar un valor  como máximo hay un orbital 4s


= 2  m puede tomar 5 valores  como máximo hay 5 orbitales 4d
= 1  m puede tomar 3 valores  como máximo hay 3 orbitales 4p
= 3  m puede tomar 7 valores  como máximo hay 7 orbitales 4f
Para n = 4 hay como máximo 16 orbitales, en general:
para cada valor de n hay como máximo n 2 orbitales
Spin del electrón ( s ) ( ms )
Este cuarto y ultimo número cuántico toma solamente dos valores: + ½ y – ½ .
Según el modelo clásico se asocia al sentido de giro del electrón.
PRINCIPIOS QUE RIGEN LA CONFIGURACION ELECTRONICA
La distribución en orbitales de los electrones de un átomo, está regida por los siguientes
principios:
Principio de exclusión ( Pauli )
Dos o más electrones de un mismo átomo no pueden tener iguales sus cuatro números
cuánticos, respectivamente.
De acuerdo con esto, cada orbital está formado por uno o dos electrones como máximo,
porque un tercer electrón coincidiría en su valor de spin con algunos de los otros dos. Por lo tanto:
para cada valor de n hay como máximo 2 n 2 electrones
Por ejemplo. para n = 1, como máximo hay 2 electrones y sus números cuánticos son:
Electrón (1) n = 1
Electrón (2) n = 1


= 0
m = 0
s = +½
= 0
m = 0
s = –½
Un tercer electrón debe estar en otro orbital, por ejemplo:
Electrón (3) n = 2

= 0
m = 0
s = +½
Esto explica la configuración electrónica del Litio:
Li:
1s22s1
Principio de máxima multiplicidad ( Regla de Hund )
Si dos o más electrones de un mismo átomo tienen los mismos valores en sus números
cuánticos principales ( n ) y en sus números cuánticos secundarios (  ), entonces tendrán iguales
valores de spin ( s ) siempre y cuando no se transgreda el principio de exclusión.
Por ejemplo, en las configuración del Nitrógeno:
N:
1s22s22px12py12pz1
Los electrones tienen igual valor de spin en los orbitales 2p
CONFIGURACIONES ELECTRONICAS
Z=1
Hidrógeno
H:
1s1
Z=2
Helio
He:
1s2
Z=3
Litio
Li:
1s22s1
Z=4
Berilio
Be:
1s22s2
Z=5
Boro
B:
1s22s22p1
Z=6
Carbono
C:
1s22s22p2
Z=7
Nitrógeno
N:
1s22s22p3
Z=8
Oxígeno
O:
1s22s22p4
Z=9
Flúor
F:
1s22s22p5
Z = 10
Neón
Ne:
1s22s22p6
Z = 11
Sodio
Na:
1s22s22p63s1
Z = 12
Magnesio
Mg:
1s22s22p63s2
Z = 13
Aluminio
Al:
1s22s22p63s23p1
Z = 14
Silicio
Si:
1s22s22p63s23p2
Z = 15
Fósforo
P:
1s22s22p63s23p3
Z = 16
Azufre
S:
1s22s22p63s23p4
Z = 17
Cloro
Cl:
1s22s22p63s23p5
Z = 18
Argón
Ar:
1s22s22p63s23p6
Z = 19
Potasio
K:
1s22s22p63s23p64s1
Z = 20
Calcio
Ca:
1s22s22p63s23p64s2
Z = 21
Escandio
Sc:
1s22s22p63s23p63d14s2
Z = 22
Titanio
Ti:
1s22s22p63s23p63d24s2
Z = 23
Vanadio
V:
1s22s22p63s23p63d34s2
Z = 24
Cromo
Cr:
1s22s22p63s23p63d54s1
Z = 25
Manganeso
Mn:
1s22s22p63s23p63d54s2
Z = 26
Hierro
Fe:
1s22s22p63s23p63d64s2
Z = 27
Cobalto
Co:
1s22s22p63s23p63d74s2
Z = 28
Níquel
Ni:
1s22s22p63s23p63d84s2
Z = 29
Cobre
Cu:
1s22s22p63s23p63d104s1
Z = 30
Cinc
Zn:
1s22s22p63s23p63d104s2
Z = 31
Z = 32
Z = 33
Z = 34
Z = 35
Z = 36
Z = 37
Z = 38
Z = 39
Z = 40
Z = 41
Z = 42
Z = 43
Z = 44
Z = 45
Z = 46
Z = 47
Z = 48
Z = 49
Z = 50
Z = 51
Z = 52
Z = 53
Z = 54
Z = 55
Z = 56
Z = 57
Z = 72
Z = 73
Z = 74
Z = 75
Z = 76
Z = 77
Z = 78
Z = 79
Z = 80
Z = 81
Z = 82
Z = 83
Z = 84
Z = 85
Z = 86
Z = 87
Z = 88
Z = 89
Galio
Germanio
Arsénico
Selenio
Bromo
Kriptón
Rubidio
Estroncio
Itrio
Circonio
Niobio
Molibdeno
Tecnecio
Rutenio
Rodio
Paladio
Plata
Cadmio
Indio
Estaño
Antimonio
Telurio
Yodo
Xenón
Cesio
Bario
Lantano
Hafnio
Tántalo
Volframio
Renio
Osmio
Iridio
Platino
Oro
Mercurio
Talio
Plomo
Bismuto
Polonio
Astato
Radón
Francio
Radio
Actinio
Ga:
Ge:
As:
Se:
Br:
Kr:
Rb:
Sr:
Y:
Zr:
Nb:
Mo:
Tc:
Ru:
Rh:
Pd:
Ag:
Cd:
In:
Sn:
Sb:
Te:
I:
Xe:
Cs:
Ba:
La:
Hf:
Ta:
W:
Re:
Os:
Ir:
Pt:
Au:
Hg:
Tl:
Pb:
Bi:
Po:
At:
Rn:
Fr:
Ra:
Ac:
1s22s22p63s23p63d104s24p1
1s22s22p63s23p63d104s24p2
1s22s22p63s23p63d104s24p3
1s22s22p63s23p63d104s24p4
1s22s22p63s23p63d104s24p5
1s22s22p63s23p63d104s24p6
1s22s22p63s23p63d104s24p65s1
1s22s22p63s23p63d104s24p65s2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d75s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d85s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d10
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p1
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p3
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p4
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
[Xe]6s1
[Xe]6s2
[Xe]5d16s2
[Xe]4f145d26s2
[Xe]4f145d36s2
[Xe]4f145d46s2
[Xe]4f145d56s2
[Xe]4f145d66s2
[Xe]4f145d76s2
[Xe]4f145d96s1
[Xe]4f145d106s1
[Xe]4f145d106s2
[Xe]4f145d106s26p1
[Xe]4f145d106s26p2
[Xe]4f145d106s26p3
[Xe]4f145d106s26p4
[Xe]4f145d106s26p5
[Xe]4f145d106s26p6
[Xe]4f145d106s26p67s1
[Xe]4f145d106s26p67s2
[Xe]4f145d106s26p66d17s2
Autor: NELSON LILLO TERAN
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http://www.eneayudas.cl