Teoría atómica de Dalton

Transcripción

1 ESTRUCTURA ATÓMICA Teoría atómica de Dalton I) Naturaleza eléctrica de la materia Determinación de la carga del electrón Modelo de átomo de Thompson (897) II) Radiactividad III) Dispersión de partículas α Modelo nuclear del átomo de Rutherford (9) IV) Isótopos V) Espectroscopía Modelo atómico de Bohr Modelo atómico moderno

2 I) Naturaleza eléctrica de la materia Conducción electrolítica de la corriente eléctrica i Observaciones de Faraday Se producen cambios químicos en soluciones acuosas cuando circula a través de ellas una corriente eléctrica i Thompson (897) Tubos de descarga S altos voltajes y bajas presiones ( 0 4 Torr) - N + Placa de ZnS El gas conduce la corriente eléctrica mediante los viajan en línea recta tienen masa son Θ ELECTRONES rayos catódicos 2

3 Determinada estudiando la magnitud de la desviación en el campo magnético. q/ m =, coul/g De otras experiencias con tubos de descarga conteniendo H 2 a bajas presiones Se descubrieron partículas con masa igual a la del átomo de Hycargaigualaladele con signo opuesto PROTONES al azar, Modelo de átomo Thompson e - distribuidos compensando las cargas. Una esfera con carga distribuida uniformemente Determinación de la carga del electrón Experimento de la gota de aceite de Millikan Pudo calcular q =,6.0 9 C m= 9, 0 28 g 3

4 II) RADIACTIVIDAD Becquerel Existen elementos (U, Th, Ra, etc) que emiten radiación espontáneamente Radiación α : núcleos úl de He : partículas de masa 4 veces la dlh del y con 2 cargas Radiación β : partículas con carga y masa igual al electrón Radiación γ: Radiación electromagnética de baja λ y alta energía ( > que Rx) III) Dispersión de partículas α Modelo nuclear del átomo de Rutherford ranura hoja de oro Pantalla detectora Emisor de partículas α 4

5 Observó : la mayoría de las partículas no se desviaba unas pocas partículas α rebotaban en la lámina Partículas α incidentes como si hubieran interactuado con una gran masa y carga + núcleos sólo una fracción muy pequeña de todo el volumen concentra toda la masa. Átomos de oro Rutherford propone Modelo nuclear del átomo Átomo constituido por núcleo donde se concentra toda la masa +, del orden de 0 2 cm e- Los e giran alrededor ( como un sistema solar ) 00 m ( 25 pisos) φ = cm φ Núcleo = 0-2 cm φ Átomo = 0-8 cm Los átomos son neutros n e = n protones φ Núcleo 0000 veces menor que φ Átomo 5

6 número atómico determina su identidad Z = n protones = n total de cargas en el núcleo n p = n e - p e A= Z + N número de masa = n protones + n neutrones NEUTRONES descubiertos por Chadwich (932) Partícula sin carga y masa ligeramente superior al protón. Simbolismo de las partículas subatómicas carga masa electrón -,6.0-9 C 9,.0-28 g protón +,6.0-9 C, g neutrón - ~, g m q e + p + 0 n 0 Simbolismo del núcleo A Z X 4 p + 7N = n 0 23 Na = p+ 2 + n 0 6

7 IV) ISÓTOPOS Todos los átomos de un elemento no son estrictamente iguales los elementos en la naturaleza, como una mezcla de 2 o más isótopos átomos de elemento que contienen el mismo número de protones (Z) y número de neutrones varía su masa La masa atómica de elemento es un promedio en masa de los isótopos. Ej.: El elemento Boro tiene 2 isótopos: 0 5 B y 5 B, la abundancia del 0 5 B es 20 %. Cuál es la masa atómica del boro? Si sus masas en la escala del 2 C son 0,00 y,0 respectivamente. M A (Boro) = 0,0 x 0,20 +,0 x 0,80 = 0,8 7

8 V) ESPECTROSCOPÍA estudia la luz emitida por sistemas materiales en distintas condiciones experimentales. Cada elemento se caracteriza por su espectro de líneas Es una propiedad específica de los elementos pelicula fotografica Bohr Espectro de emision atomica consigue explicar las líneas de absorción del hidrógeno, aplicando La Teoría cuántica de la radiación formulada por Planck (900) Postula la discontinuidad de la Energía Toma en cuenta la Naturaleza dual de la luz 8

9 Amplitud La luz es la energía que se desplaza con movimiento ondulatorio λ longitud de onda LUZ comportamiento ondulatorio Planck formada por partículas o fotones ( cuanto ) cada fotón tiene una energía E fotón = h ν fotón h = constante de Planck = 6, J.s ν= frecuencia = c/λ Un cuerpo no emite ni absorbe energía en forma continua sino que lohaceenformade cuantos (paquetes ) de energía luminosa Modelo atómico de Bohr Propone un modelo teórico que explica las experiencias de espectroscopía. Postula: Los e se mueven en órbitas de energía fija (estable) Estas órbitas son niveles estacionarios de E Son los únicos permitidos para que el e se ubique La E del e está cuantizada (restingida) h 2 h núcleo n n 2 El átomo posee niveles discretos de energía Los niveles de E permitidos los indicó con n n = número cuántico principal Los e - pasan a otro nivel absorbiendo o emitiendo energía en forma de fotón. 9

10 MODELO ATÓMICO MODERNO Modelo Mecánico cuántico Actualmente para explicar el comportamiento de los átomos se utiliza la mecánica ondulatoria Se origina en una hipótesis formulada por de Broglie (924) Así como la luz presenta comportamiento tanto corpuscular como ondulatorio, cualquier partícula, λ = h/ m v en circunstancias adecuadas puede mostrar propiedades ondulatorias longitud de onda asociada a la partícula en movimiento Toda la materia tiene propiedades ondulatorias, pero éstas son notables sólo en partículas pequeñas (de masa muy chica), sino la λ asociada es muy pequeña (indetectable) Modelo MECÁNICO CUÁNTICO Principio fundamental de la Mecánica Cuántica: Principio de Incertidumbre de Heisemberg Es imposible determinar con exactitud el momento (velocidad) y la posición de un electrón de manera simultánea (926) Erwin Schröedinger propuso una Ecuación matemática (de la Mecánica Cuántica) Ecuación de ONDA referida al sistema formado por un núcleo y e - en movimiento. 2 Ψ + 2 Ψ + 2 Ψ + 8 p 2 m (E U) Ψ = 0 x 2 y 2 z 2 h 2 al resolverla obtuvo un conjunto de funciones matemáticas 0

11 Ψ = funciones de onda orbital describen el movimiento y estado energético del electrón Ψ 2 probabilidad de encontrar e en una cierta región del espacio Para tener una imagen física del movimiento electrónico suele representarse una región del espacio: ORBITAL: función de onda de los electrones en los átomos De la resolución de la Ec de Shödi Schröedinger surgen valores numéricos: los números cuánticos A cada uno de ellos se le puede atribuir un sentido físico NÚMEROS CUÁNTICOS n l n cuántico principal nivel energético del electrón relacionado con la energía asociada al e y con el volumen o tamaño del orbital. n cuántico azimutal o secundario Toma valores enteros positivos,2,3.. l = s p d f (forma del orbital y subnivel de energia) valores: desde 0 hasta (n ) está caracterizado por letras para n = l =0 (s) n = 2 l =0 (2 s) l = (2p)

12 m n cuántico magnético relacionado con la orientación espacial del orbital toma valores: l.0 +l l= 0 m = 0 l = m = m = 0 m = + (el orbital p puede orientarse de 3 formas distintas) l = 2 m = 2,, 0,, 2 (5 orientaciones espaciales) p x, p y, p z están asociados a un mismo valor de energía orbitales degenerados s n cuántico spin el e se comporta como si estuviera girando sobre sí mismo. Valores : ½ o + ½ (indican el sentido de giro) 2

13 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Describe el ordenamiento electrónico para cada átomo Principio de Exclusión de Pauli Principio de Construcción ordenada Regla de Hund Cada e - de un átomo está descripto por un conjunto de 4 números cuánticos sujetos a una restricción expresada por el Principio de Exclusión de Pauli: Enunátomonoexisten2e - cuyos 4 números cuánticos sean iguales cada e - tiene su nombre que lo caracteriza y es único En un orbital sólo hay 2 e - como máximo 3

14 Principio de construcción ordenada s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s 3d, 4p, 5s 4d, 5p, 6s, 4f, 5f.. Cd (48) s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 0 4p 6 5s 2 4d 0 [Kr] 5s 2 4d 0 s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p Regla nemotécnica Configuración electrónica Para el átomo de H: s n de e - n l =0 Li (Z = 3) s 2 2s o s 2 s B ( Z = 5) s 2 2s 2 2 p C (Z= 6) s 2 2 s 2 2 p 2 4

15 Regla de máxima multiplicidad de Hund Los e - tenderán a ocupar distintos t orbitales del mismo subnivel dentro de un orden de llenado que permite la máxima cantidad de orbitales semillenos N (z = 7) s 2 2 s 2 2 p 3 Ca ( z = 20) s 2 2 s 2 2 p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Configuración indicando los números cuánticos N(z = 7) Electrón n l m s configuración e - y /2 s /2 3 y / /2 2s 2 5,6 y /2 2p x 2 0 +/2 2p y 2 + +/2 2p z 5

16 Ca (Z=20) Electrón n l m s configuración e -,2 0 0 ±/2 s 2 3, ±/2 2s ±/ ±/2 2p ±/2, ±/2 3s ±/ ±/2 3p ±/2 9, ±/2 4s 2 Tabla Periódica actual 7 filas PERÍODOS 8 columnas GRUPOS IA 2 IIA 2nd Período 3 IIIA 4 IVA 5 VA 6 VIA 7 VIIA 8 VIIIA IIIB 4 IVB 5 VB 6 VIB 7 VIIB 8 9 VIIIB 0 IB 2 IIB th Periodo Metales No metales 7 6

17 Nombres de algunos Grupos importantes de la Tabla Periódica Número de Período Metales Alcalinos Metales Alcalinos Térreos Número de Grupo Metales de transición Halógenos Gases Nobles Lantánidos Actínidos 7

18 Relación entre configuración electrónica y tabla periódica En el grupo 8 el último nivel está completo Se considera el anillo externo con 8 electrones, la configuración más estable de los átomos. Todos los elementos del mismo grupo tienen el mismo n de e- en el último nivel energético y coincide con el n de grupo GRUPO GRUPO 8 H (Z =) s He(2) s 2 Li (Z =3) s 2 2s Ne (0) s 2 2s 2 2p 6 Na (Z =) s 2 2s 2 2p 6 3s Ar (8) s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 K (Z =9) s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s Kr (36) [Ar] 4s 2 3d 0 4p 6 Configuración electrónica externa (CEE) Configuración correspondiente a aquellos e - involucrados en las reacciones químicas electrones de valencia Ca s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 o[ar]4s IA H s Li 2s Na 3s K 4s Rb 5s Cs 6s Fr 7s 2 IIA Be 2s 2 Mg 3s 2 Ca 4s 2 Sr 5s 2 Ba 6s 2 Ra 7s 2 3 IIIB Sc 3d 4 IVB Ti 3d 2 5 VB 6 VIB 7 VIIB V Cr Mn 3d 3 4s 3d 5 3d VIIIB Fe 3d 6 Co 3d 7 0 IB Ni 3d 8 Cu 4s 3d 0 CEE 2 IIB Zn 3d 0 3 IIIA B 2p Al 3p 4 IVA C 2p 2 Si 3p 2 5 VA N 2p 3 P 3p 3 6 VIA O 2p 4 S 3p 4 7 VIIA F 2p 5 Cl 3p 5 8 VIIIA He s 2 8

19 Los elementos pertenecientes a la misma columna o grupo tienen en general la misma CEE Propiedades químicas semejantes B L O Q U E s Metales de transición BLOQUE d BLOQUE p GI=ns G(III) ns 2 np Gases nobles ns 2 np 6 bloque f Metales de transición interna 9