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1 Capítulo 2: Estructura atómica

2 Los átomos constituyen la unidad básica de todos los materiales de ingeniería. La estructura de los átomos Están constituidos por las siguientes partículas subatómicas: Protones Neutrones Electrones

3 La nube de carga constituye casi todo el volumen del átomo, pero sólo representa una pequeña parte de su masa. Los electrones, especialmente los más externos, determinan la mayor parte de las propiedades eléctricas, mecánicas, químicas y térmicas de los átomos.

4 Números atómicos y masas atómicas El número atómico, indica el número de protones que hay en el núcleo. En un átomo neutro, es igual también al número de electrones. Cada elemento, tiene su propio número atómico, por tanto éste identifica al mismo. En la tabla periódica están situados en la parte superior de los símbolos atómicos de los elementos, desde el hidrógeno que tiene un número atómico igual a 1, hasta el hahnio que tiene un número atómico de 105.

5 Tabla periódica de los elementos

6 Masas atómicas La masa atómica relativa de un elemento es la masa en gramos de * E23 átomos de elemento, Número de Avogadro. En la tabla periódica se encuentra en la parte inferior de los símbolos atómicos El átomo de carbono, con 6 protones y 6 neutrones, es el átomo de carbono 12 y es la masa de referencia para las masas atómicas. Una unidad de masa atómica, uma; se define como un doceavo de la masa de un átomo de carbono que tiene una masa de 12 uma Una molécula gramo ( mol), se define como el número de gramos del elemento. Ej. 1 mol de Al, tiene una masa de gramos y contiene * E23 átomos.

7 Estructura electrónica de los átomos El átomo de hidrógeno 1 protón, en el núcleo 1 electrón, circundando en órbitas definidas

8 Estructura electrónica de los átomos Cuando el electrón se desplaza de un nivel a otro de menor energía, el electrón emite una cantidad discreta de energía ( cuanto), en forma de radiación electromagnética llamada fotón

9 El cambio de energía asociada con la transición está relacionado con la frecuencia n ( nu) del fotón por la ecuación de Planck D E = h n Donde h = constante de Planck = 6.63 E-34 ( J.s) Para la radiación ió electromagnética, c = ln donde: c = velocidad de la luz = 3 E8 ( m/s) l = longitud de onda Por lo que el cambio de energía asociado a un fotón se puede expresar como: DE E = ( h c ) / l

10 Diagrama de niveles energéticos para las líneas espectrales del hidrógeno Cuando el electrón es excitado a niveles superiores, su energía aumenta pero su valor absoluto disminuye. Si el electrón es excitado hasta el estado libre, éste tendrá energía nula Esta energía, se denomina energía de ionización i ió

11 Sin embargo el movimiento electrónico es más complicado, los electrones pueden tener órbitas no circulares en torno al núcleo,,y de acuerdo al principio p de incertidumbre de Heisenberg, la posición y el momento ( masa x velocidad) de una partícula pequeña como el electrón no pueden ser determinados simultáneamente.

12 Por ello se emplea una distribución de la nube de carga electrónica para representar la posición del electrón

13 Números cuánticos Principal, n n = 1-7 Secundario, l Magnético, m l = 0, 1, 2,, n-1, ( s, p, d, f) m varía desde l hasta +l Spin, s sentido de giro del e

14 Estructura electrónica de átomos multielectrónicos El máximo número de electrones en cada nivel está definido por los diferentes números cuánticos principales p de acuerdo al principio de exclusión de Pauli, 2n2.

15 Una ayuda nemotécnica para seguir el orden correcto es disponer los electrones de acuerdo a las flechas de cola a cabeza

16 Tendencias de los tamaños atómicos

17 Estructura electrónica y reactividad química Gases nobles, son los más estables y menos reactivos.

18 Estructura electrónica y reactividad química Elementos electropositivos Son metálicos, ceden electrones y dan lugar a la formación de los cationes. El número de electrones cedidos se conoce con el nombre de número de oxidación positivo

19 Estructura electrónica y reactividad química Elementos electronegativos Son no metálicos por naturaleza yg ganan electrones formando los denominados aniones. El número de electrones ganados se conoce con el nombre de número de oxidación negativo Algunos elementos se comportan de forma electronegativa o electropositiva

20 Corolario Este comportamiento electrónico de los elementos, influye en las propiedades de los materiales

21 Electronegatividad Muestra la capacidad de atraer hacia sí a los electrones de enlace. Se mide en una escala de 1 a 4 Los más electropositivos son los alcalinos li Los más electronegativos son los halógenos

22 Electronegatividades de los elementos

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