UNIDAD 5: ESTRUCTURA ATÓMICA CLASIFICACIÓN PERIÓDICA
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- Eugenio Agüero Plaza
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1 UNIDAD 5: ESTRUCTURA ATÓMICA CLASIFICACIÓN PERIÓDICA 1
2 Recordando la unidad 1, el átomo esta formado por un núcleo (con protones y neutrones) y una corteza de electrones. Composición del átomo: Atomo Núcleo Protones Neutrones Carga +1 Masa 1 Carga 0 Masa 1 Corteza de electrones Electrones Carga -1 Masa aprox. 0 2
3 El primer modelo que trató de explicar la estructura del átomo fue el modelo atómico de Bohr ( ). El modelo de Bohr se puede resumir en los siguientes postulados: 1) Los electrones en los átomos están localizados en órbitas o niveles de energía circulares alrededor del núcleo 2) Los electrones en las órbitas más cercanas al núcleo tienen menor energía que los que están en órbitas más alejadas 3) Un electrón de un átomo puede tener sólo ciertos valores de energía permitidos. Esta energía determina que órbita ocupa el electrón. 4) Los electrones pueden saltar de una órbita a otra, ganando o perdiendo una cantidad concreta de energía que se conoce con el nombre de cuanto 3
4 En la actualidad se admite que la distribución de electrones en un átomo es función de cuatro números llamados números cuánticos En realidad el recorrido de un electrón en un átomo no puede ser descripto de manera precisa, por ello se habla de la probabilidad de encontrar un electrón en ciertas zonas del espacio. A las zonas donde la probabilidad de encontrar al electrón es máxima se la conoce como orbital atómico Esta nueva concepción del átomo nos dice que cada una de las órbitas circulares del modelo de Bohr está compuesta por un determinado número de subniveles y cada uno de estos, contiene un determinado número de orbitales 4
5 Los Números cuánticos Los números cuánticos son cuatro y en un átomo no puede haber dos (2) electrones que posean sus cuatro números cuánticos iguales Número Cuántico Principal (conocido como n): Este número nos indica el nivel de energía en el que se encuentra el electrón. Puede tomar como valores, todos los números enteros a partir de 1, o sea 1, 2, 3, 4, etc. Número Cuántico Secundario o Azimutal (conocido como λ): Este número nos indica el subnivel energético en el que se encuentra el electrón. Puede tomar como valores todos los números enteros desde cero (0) hasta (n-1), donde n es el número cuántico principal. 5
6 Número Cuántico Magnético (conocido como m): Este número nos indica el número de orientaciones espaciales que tiene el orbital. Puede tomar como valores todos los números enteros que se encuentren en el rango - λ,..., 0,..., + λ, donde λ es el número cuántico secundario. Número cuántico de spín (conocido como s): Este número nos indica el sentido en el que gira el electrón. Puede tomar el valor +1/2 o -1/2. Las orientaciones del giro del electrón pueden representarse mediante flechas 6
7 Iniciemos las combinaciones de los números cuánticos por el nivel n = 1 Si n = 1, λ sólo puede tomar el valor cero (0) Que λ tome el valor cero, significa que ese nivel (n = 1) tiene un sólo subnivel. Cuando λ vale 0, se llama orbital s Si λ = 0, m sólo puede tomar el valor cero (0) Que m tome el valor cero, significa que ese sunivel tiene sólo una orientación en el espacio y será una esfera alrededor del núcleo En este caso s puede tomar los valores de +1/2 y de -1/2, por lo tanto el nivel n = 1 admite como máximo 2 electrones 7
8 Veamos en un cuadro los orbitales que se generan y cuantos electrones admite cada uno de estos orbitales Nivel Nombre del orbital Número máximo de electrones que entra en el orbital 1 1 s s 2 2 p s 2 3 p 6 3 d 10
9 Nivel Nombre del orbital Número máximo de electrones que entra en el orbital 4 4 s 2 4 p 6 4 d 10 4 f 14 Hasta acá vimos que hay diferentes niveles y en cada nivel hay distintos orbitales y que cada uno de estos orbitales admite un determinado número máximo de electrones. 9
10 La pregunta ahora es cómo es el orden en que estos orbitales se llenan? El orden de llenado de los orbitales es el siguiente: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s etc Cómo se obtiene la distribución de electrones en cada uno de estos orbitales? Supongamos un átomo que tiene 7 electrones. 1s 2 2s 2 2p 3 En el orbital 1s coloco 2 electrones, que es el máximo que admite En el orbital 2s coloco 2 electrones, que es el máximo que admite En el orbital 2p (que admite 6 electrones como máximo) pongo los 3 electrones que me faltan
11 1s 2 2s 2 2p 3 Esto se conoce como: CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Lo que nos dice es que: en el orbital 1s hay 2 electrones, en el orbital 2s hay 2 electrones, en el orbital 2p hay 3 electrones. Los átomos neutros se pueden ordenar en la tabla periódica de forma sistemática La TABLA PERIÓDICA tiene columnas (verticales) llamadas grupos y filas (horizontales) llamadas períodos 11
12 Qué relación hay entre la CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA y la ubicación de un elemento en la TABLA PERIÓDICA? El grupo en el que se encuentra el átomo neutro es igual al número de electrones que hay en el último nivel energético El grupo se escribe con números romanos I, II, III, etc El período en el que se encuentra un átomo neutro es igual al número de niveles ocupados El período se escribe con números arábigos 1, 2, 3, etc 12
13 Ejemplo Supongamos que un átomo neutro tiene la siguiente configuración electrónica: 1s 2 2s 2 2p 5 El átomo pertenece al grupo VII (siete) porque en el último nivel (nivel 2) posee 7 electrones: 2 electrones en el 2s y 5 en el 2p El átomo pertenece al período 2 (dos) porque posee dos niveles energéticos ocupados: el nivel 1 y el nivel 2 13
14 Ejemplo Supongamos un átomo neutro del grupo VI y del período 3, cuál es su configuración electrónica? Grupo VI: me dice que tiene 6 electrones en el último nivel Período 3: me dice que tiene 3 niveles ocupados La configuración electrónica será: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Tres niveles ocupados: el nivel 1 (1s), el nivel 2 (2s y 2p) y el nivel 3 (3s y 3p). Seis electrones en el último nivel: 2 electrones en el nivel 3s y 4 electrones en el nivel 3p 14
15 Ejemplo Escriba la configuración electrónica de la siguiente especie química y ubique al elemento en la tabla periódica Be Recordando la unidad 1, este símbolo nuclear nos da la siguiente información: Tiene Z = 4, por lo que tiene 4 protones El átomo neutro tiene 4 electrones, pero como esta especie tiene carga +2 (es un catión), perdió 2 electrones, por lo que ahora tiene 2 electrones La configuración electrónica de la especie Be es 1s 2 En la tabla periódica tengo que ubicar al átomo neutro, por lo que necesito obtener la configuración electrónica del átomo neutro 15
16 El átomo neutro tiene 4 electrones, por lo que su configuración electrónica es: 1s 2 2s 2 De acá sacamos grupo y período Grupo II, tiene 2 electrones en el último nivel (el nivel 2) Período 2, tiene 2 niveles ocupados (el nivel 1 y el nivel 2) 16
17 Ejemplo Escriba la configuración electrónica de la siguiente especie química y ubique al elemento en la tabla periódica 16 8 O -2 Recordando la unidad 1, este símbolo nuclear nos da la siguiente información: Tiene Z = 8, por lo que tiene 8 protones El átomo neutro tiene 8 electrones, pero como la especie tiene carga -2 (es un anión), ganó 2 electrones, por lo que ahora tiene 10 electrones La configuración electrónica de la especie En la tabla periódica tengo que ubicar al átomo neutro, por lo que tengo que tener la configuración electrónica del átomo neutro 16 8 O -2 es 1s 2 2s 2 2p 6 17
18 El átomo neutro tiene 8 electrones, por lo que su configuración electrónica es: 1s 2 2s 2 2p 4 De acá sacamos grupo y período Grupo VI, tiene 6 electrones en el último nivel (el nivel 2) Período 2, tiene 2 niveles ocupados (el nivel 1 y el nivel 2) 18
19 Veamos un esquema de la TABLA PERIÓDICA y que características respecto a la CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA presentan los átomos que se encuentran en cada una de las partes en que podemos dividir la tabla 19
20 TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS Elementos Orbitales s y p Elementos de Transición Orbitales d Elementos Representativos Orbitales s y p Ga ses No bles Representativos Orbitales s y p llenos Elementos de Transición Interna Orbitales f 20
21 La tabla periódica se divide en: Elementos representativos Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales s y p Gases nobles Los elementos de este grupo poseen los orbitales s y p llenos. Poseen 2 electrones en los orbitales s y 6 en los orbitales p Elementos de transición Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales d Elementos de transición interna Los elementos de este grupo incorporan electrones en orbitales f 21
22 Los electrones de valencia son los electrones que encontramos en el último nivel Los electrones de valencia le van a otorgar al átomo las propiedades químicas Es importante puntualizar acá que como todos los átomos que se encuentran en un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en el último nivel, van a tener un comportamiento químico muy parecido, dado que el comportamiento químico depende del número de electrones del último nivel 22
23 Los átomos al combinarse mediante reacciones químicas para formar otros compuestos, tienden a alcanzar la configuración del gas noble mas cercano Para alcanzar la configuración del gas noble más cercano los átomos pueden ganar, perder o compartir un cierto número de electrones. Este tema lo vamos a desarrollar en la unidad 6 Es importante destacar acá, que los gases nobles poseen configuraciones electrónicas de niveles completos. Los gases nobles tienen en sus orbitales el máximo número de electrones que acepta cada orbital. Esto les confiere una gran estabilidad
24 PROPIEDADES PERIÓDICAS Son las propiedades de los elementos que varían con una determinada periodicidad a lo largo y ancho de la tabla periódica 24
25 Electronegatividad Es la capacidad de un átomo neutro de atraer hacia sí los electrones que establecen la unión con otro átomo Afinidad electrónica Es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón Potencial de ionización Es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso pierde su último electrón Estas propiedades aumentan hacia la derecha en un período arriba en un grupo AUMENTO
26 Radio atómico Es la distancia desde el centro del núcleo al último nivel electrónico ocupado Carácter metálico Esta propiedad nos dice cuan buen metal es un determinado elemento. Las características metálicas son brillo, conductividad térmica y conductividad eléctrica Estas propiedades aumentan hacia la izquierda en un período abajo en un grupo AUMENTO 26
27 Estas propiedades determinan en la tabla periódica otra división: Metales Son los átomos que se encuentran a la izquierda y abajo en la tabla periódica. Poseen brillo, son buenos conductores del calor y la electricidad. Poseen alta dureza, alta densidad y alto punto de fusión Tienen tendencia a formar cationes cuando reaccionan con los no metales. Salvo algunos que poseen muy baja reactividad y que se conocen como metales nobles como el oro y el platino 27
28 No Metales Son los átomos que se encuentran a la derecha y arriba en la tabla periódica. No poseen brillo, son malos conductores del calor y la electricidad. Poseen baja densidad y bajos puntos de fusión y ebullición, generalmente son gaseosos a temperatura ambiente. Tienen tendencia a formar aniones Metaloides En algunas oportunidades se comportan como metales y en otras se comportan como no metales 28
29 Consideremos el siguiente esquema de la tabla periódica H NO METALES Gases Nobles METALES 29
30 La escalera roja divide los metales (abajo y a la izquierda) y los no metales (arriba y a la derecha) Los metaloides son los elementos que se encuentran cercanos a esa escalera roja El H (hidrógeno) es un no metal a pesar que su ubicación sea a la izquierda de la escalera roja 30
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