UNIVERSIDAD AUTONOMA DE AGUASCALIENTES CENTRO DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ACADEMIA DE QUÍMICA UNIDAD II: TEORÍA CUÁNTICA Y TABLA PERIÓDICA ING. DISEÑO MECÁNICO 1° A Periodo: Agosto – Diciembre 2020 MECI ALEJANDRA MEDINA FIGUEROA MECI Alejandra Medina Figueroa ÁTOMO “Unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química”. ÁTOMO Átomo de Estroncio (Sr) en una trampa de iones del Laboratorio Clarendon de la Universidad de Oxford. Realizada por David Nadlinger (2018). Sustancia simple que no puede descomponerse por métodos químicos ordinarios en algo más sencillo. ¿Cuántos elementos químicos conocidos? ¿Cómo los identificamos? ¿Dónde se ordenan? Signos abreviados que se utilizan para identificar a los elementos y compuestos químicos en lugar de sus nombres completos. La mayoría derivan de las letras griegas de elemento (latín, inglés, alemán, francés o ruso) Cu = cuprum Ag = argentum Au = aurum Fe = ferrum 1° letra con mayúscula y 2° (si la hay con minúscula No cambia, el nombre sí. Número atómico + Peso atómico Masa atómica C 12 Valencia química PE PF Símbolo Densidad Configuración electrónica Nombre Número total de protones en el núcleo del átomo Número total de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo. # masa = # p+ + # n # masa = # atómico + # n F # masa = 19 # atómico = 9 (9 p+) # n = # masa - # p+ # n = 19 -9 # n = 10 Cr Hg Br Átomos de un mismo elemento pero con diferente masa atómica. Parte de la física, cuyos principios y leyes solo se aplican a las partículas subatómicas. Mecánica cuántica Fundación TEORÍA CUÁNTICA Electrodinámica cuántica Fenómenos electromagnéticos Cromodinámica cuántica Teoría de color del quark Concepto de estados estacionarios de energía (Böhr) • Los e- se encuentran en un nivel mínimo de energía (Basal). • Mientras los e- orbitan no absorción o emisión de energía. Naturaleza dual de la masa (Principio de Dualidad) (Luis de Broyle) • La masa como la luz, tienen ambas características: partícula y de onda. • Los e- tiene asociada una onda, la radiación se puede comportar como un haz de partículas. Principio de incertidumbre (Heisenberg) • Es imposible conocer el momentúm y la posición del een un instante determinado. NÚMEROS CUÁNTICOS Resultado de la ecuación de Schrödinger Tabulación nos indica la zona atómica donde es probable encontrar un e- n, l, m y s Orbital REEMPE Tabla: Números cuánticos NÚMERO CUÁNTICO VALORES PERMITIDOS DETERMINA n n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 Designa el nivel energético principal en el cual se localiza un e- dado. l = 0 hasta n-1 l m s l determinado por el valor de n. Designa a los subniveles dentro de un nivel energético. Indica el tipo de subnivel en el cual se localiza un e-. Cada nivel / subniveles/ 2l+1 Designa a los orbitales dentro de un subnivel energético. Orientación espacial de los orbitales contenidos en los subniveles energéticos. + 1/2 ó -1/2 Campo magnético eléctrico generado por el electrón al girar sobre su propio eje. Dirección sentido o antisentido. Tabla: Los orbitales de los primeros cuatro niveles Nota: para el nivel 5 (4 subniveles), para el nivel 6 (3 subniveles) y para el nivel 7 ( 2 subniveles). Tabla: Máximo número de electrones para los subniveles de los primeros cuatro niveles Nota: para el nivel 5 (4 subniveles = 32 e-), para el nivel 6 (3 subniveles = 18 e-) y para el nivel 7 ( 2 subniveles = 8 e-). Indica el número de e- en cada orbital de cada nivel energético de un átomo en su estado de mínima energía. PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI En un orbital pueden haber hasta dos e- de spin opuesto. No 2 e- con 4 # cuánticos iguales. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA (REGLAS) PRINCIPIO DE EDIFICACIÓN PROGRESIVA O REGLA DE AUF-BAU Cada nuevo e- añadido a un átomo entrará en el orbital disponible de mínima energía. PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICIDAD O REGLA DE HUND Dentro de un subnivel, los primeros e- ocupan orbitales separados y tienen spines paralelos 1s, 2s 2p, 3s 3p, 4s 3d 4p, 5s 4d 5p, 6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p ENERGÍA Número de electrones Subnivel Nivel Número de electrones Orbitales en el subnivel 1s Nivel Subnivel Separación de subniveles energéticos Método para simplificar la configuración electrónica Partimos del gas noble cuyo número de e- sea inmediato inferior al del átomo que se desea representar Secuencia de configuración electrónica por notación electrónica de los gases nobles. 15P = 1s2, 15P 2s2 2p6, = [Ne] 3s2 3s2 3p3 3p3 Notación electrónica Kernel por notación electrónica Kernel por diagrama energético Para el elemento con número atómico de Z=11, indique: a) La configuración electrónica b) El número de niveles que ocupa c) El número de subniveles que ocupa d) El número de orbitales ocupados, semiocupados y sin ocupar e) El número de electrones desapareados f) El número de electrones en el último nivel de energía Para el elemento con número atómico de Z=35, indique: a) La configuración electrónica b) El número de niveles que ocupa c) El número de subniveles que ocupa d) El número de orbitales ocupados, semiocupados y sin ocupar e) El número de electrones desapareados f) El número de electrones en el último nivel de energía Para el elemento con número atómico de Z=26, indique: a) La configuración electrónica b) El número de niveles que ocupa c) El número de subniveles que ocupa d) El número de orbitales ocupados, semiocupados y sin ocupar e) El número de electrones desapareados f) El número de electrones en el último nivel de energía Para el elemento con número atómico de Z=51, indique: a) La configuración electrónica b) El número de niveles que ocupa c) El número de subniveles que ocupa d) El número de orbitales ocupados, semiocupados y sin ocupar e) El número de electrones desapareados f) El número de electrones en el último nivel de energía 1829, Johann Dobereiner Clasificación en triadas. 1905, Alfred Werner Propuso tabla periódica actual (Grupos, Periodos, propiedades físicas y químicas). 1864, John Newlands 1913, Henry Moseley Ley de las octavas (no > Ca) Reagrupo los elementos en orden creciente de su número atómico. 1869, Dimitri Mendeleiev Rayos X (carga nuclear) Organización en base su masa atómica y propiedades . Predicción de elementos no descubiertos (Sc, Ga, Ge) 1869, Lothar Meyer Ordenamiento de menor a mayor masa atómica TABLA PERIÓDICA Importancia: el conocimiento de las propiedades generales nos permite predecir propiedades individuales Clasificación de los elementos químicos conocidos por orden creciente de su número atómico, agrupados los elementos que tiene propiedades químicas y físicas semejantes. Ley periódica Elementos de transición ns(n-1)d Elementos de transición interna ns(n-1)d(n-1)f Elementos representativos nsp. Gases nobles ns2np6 Los elementos están acomodados en orden de su número atómico crecientes, los que tienen propiedades químicas similares se encuentran en intervalos periódicos definidos. Es la base de la tabla periódica Imagen: Tabla periódica de los elementos químicos en bloques. Imagen: Tabla periódica de los elementos químicos. Imagen: Tabla periódica IUPAC 2016. Las variaciones periódicas de las propiedades de los elementos en la tabla periódica, explica el comportamiento de los átomos, además de sus propiedades físicas (estado de agregación, el color, dureza…) y químicas (todas las reacciones de los elementos). Radio atómico Radio iónico Propiedades periódicas Potencial de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad “Mitad de la distancia entre los dos núcleos de dos átomos metálicos adyacentes” Aumenta avanzando ↓ grupo Disminuye avanzando → en un periodo Siguiendo la tendencia de aumento y disminución del radio atómico, ordene de mayor a menor radio atómico las siguientes series: A) P, Pd, Zr, Sb, Rb B) At, Br, F, I, Cl C) Cd, Mo, Y, Sn, Te, Sr D) Po, At, Os, Fr, He, W “Radio de un catión o de un anión” Aumenta avanzando ↓ grupo Disminuye avanzando → en un periodo Los cationes más pequeños que sus átomos neutros (nube electrónica). Los aniones más grandes que sus átomos neutros (dominio nube electrónica) Siguiendo la tendencia de aumento y disminución del radio iónico, responda: a) Quien presenta mayor radio iónico: Ca +2 o Ba +2. b) Quien presenta menor radio iónico: Al+3 o Cl +3. c) Quien presenta menor radio iónico: Mn+7 o Mn+6 o Mn+2 d) Quien presenta un menor radio iónico: F-1 o Cl-1 “Energía mínima (KJ/mol) que se requiere para quitar un e- de un átomo en estado gaseoso” Aumenta avanzando ↑ grupo Aumenta avanzando → en un periodo I1 = Energía + X (g) → X+ (g) + 1 eI2 = Energía + X+ (g) → X+2 (g) + 1 eI3 = Energía + X+2 (g) → X+3 (g) + 1 e- I 1 < I2 < I 3 … I 3 > I 2 > I1 … PI = medida de que tan fuerte está unido el e- al átomo. Metales alcalinos < PI, gases nobles > PI ¿Qué indica un > PI? Siguiendo la tendencia de aumento y disminución del potencial de ionización , responda: a) b) c) ¿Cuál átomo presenta una mayor I1: Na o Mg? ¿Cuál átomo presenta una mayor I1: N ó P? ¿Cuál átomo presenta una menor I2: Al ó Si? X (g) + e- → X- (g) F O Cl “Medida relativa del poder de atracción de eque tiene un átomo cuando forma parte de un enlace químico” Aumenta avanzando ↑ grupo Aumenta avanzando → en un periodo Siguiendo la tendencia de aumento y disminución de electronegatividad determina la secuencia de mayor a menor: A) Ru, Y, Cd, Br, Rb, I B) Na, Fr, Al, P, Mg C) Fr, Pt, W, F, Ba, At, O D) Cl, Cu, Ti, O, F, Ca, Fe
