CONCEPTOS GENERALES: ESTRUCTURA ATÓMICA Y MOLECULAR.

Transcripción

1 ONEPTOS GENERALES: ESTRUTURA ATÓMIA Y MOLEULAR

2 Líneas Espectrales de Elementos

3 La Luz: Partículas Partícula y onda al mismo tiempo. aracterísticas de las partículas? Posición: Ubicación = f(x, y, z) Tiempo: t = tiempo Momento lineal: P = mv Aceleración: a = dv = v dt t Masa. Transferencia de momento lineal: ΣP = 0

4 La Luz: Ondas aracterísticas de las ondas? Longitud de onda: λ = distancia entre ondas Frecuencia: ν = tiempo entre ondas Difractan Interferencias constructiva y destructiva Energía. E = ν

5 Electrones: omo ondas Partículas muy pequeñas. Velocidad cercana a la velocidad de la luz. omportamiento de onda Interferencia, difracción. Patrón de difracción de los electrones

6 Electrones: Observaciones Albert Einstein y Max Planck E = ν = c λ ada color tiene una energía definida por la frecuencia, ν, que también se puede relacionar con su longitud de onda, λ En un átomo, si se caliente, Quién emite esas líneas? Por qué en esas frecuencias (longitudes de onda) y no en otras? Por qué el Na tiene un espectro diferente al del?

7 El Átomo: Estructura Protón (p + ): Masa: 1,6 x kg Gravedad y carga eléctrica Neutrón (n 0 ): Masa: 1,6 x kg Gravedad y carga eléctrica Electrón (e - ): Masa: 9,1 x kg Gravedad y carga eléctrica 99,95 % de la masa del átomo está contenida en el núcleo. 99,98% es espacio vacío.

8 El Átomo: Estructura N = 6 Energía del fotón coincide con la energía usada para subir el escalón. N = 5 2,07 ev coincide con la energía de la luz naranja N = 4 N = 3 N = 2 N = 1

9 El Átomo: Estructura ada «brinco» lo hace el electrón. Para dar el «brinco» absorbe energía. Para «bajar» del brinco, emite energía. Al bajar en energía, emite un fotón de luz que corresponde en energía a la energía que absorbió para «brincar»

10 Estructura del Átomo N = 4, 1 apt S, 3 apts P, 5 apt D, 7 apt F N = 3, 1 apt S, 3 apts P, 5 apt D N = 2, 1 apt S, 3 apts P N = 1, 1 apt S

11 El Átomo: Estructura ada piso del edificio = Nivel de Energía (N = 1, 2, 3, 4 ) ada apartamento tiene forma, las formas se llaman Sub- Niveles de Energía (s, p, d, f, g ) En cada Sub-Nivel de Energía, sólo pueden habitar máximo 2 electrones apareados en spin. Pero, ómo se aplica esto a algo que es una onda? De dónde salen estos niveles y subniveles?

12 Estructura del Átomo: uando está en un átomo, el electrón es onda confinada a un nivel de energía. Se muestra una región donde el e - es más probable de encontrar. A eso se le llama: Densidad Electrónica. ada sub-nivel (cada apartamento) se denomina orbital atómico.

13 Apartamentos S = Orbital s Apt P = Orbital p Apt D = Orbital d Apt F = Orbital f Notar que un nivel de energía superior encierra los niveles inferiores

14 Orbitales Atómicos Nivel 1 Sólo un subnivel (s) El más cercano al núcleo. Alberga 2 electrones. Nivel 2 Dos subniveles (s, p) Envuelve al Nivel 1. Alberga 8 electrones: 2 en s, 6 en p Nivel 3 Tres subniveles (s, p, d) Alberga 18 electrones: 2 en s, 6 en p, 10 en d

15

16 Estructura del átomo Regla del octeto: capa llena de electrones es más estable y los átomos transfieren o comparten electrones para lograr llenar una capa.

17 ómo se forman los enlaces? 1. Átomos alejados 2. El electrón (e - ) de un átomo es atraído por los protones (p + ) de otro átomo. 3. Los orbitales atómicos se combinan y la energía total del sistema llega a un mínimo. 4. Si tratáramos de acercar más los núcleos, la repulsión haría que los átomos se alejaran.

18 Orbitales Moleculares ondiciones: Orbital atómico vacío o con sólo 1 electrón. ada orbital molecular (enlace) sólo puede albergar 2 electrones.

19 Enlaces Enlace iónico: Ión ión Enlace covalente: se comparten electrones Busca completar el octeto Ión Ión: Metal + No Metal Na + l - 8 e - en nivel 2, 2s 2 2p 6 8 e - en nivel 3, 3s 2 3p 6

20 4 enlaces simples Metano 4 : 4 enlaces covalentes. Acomodar 5 átomos arbono: 4 e - valencia. idrógeno: 1 e - de valencia arbono: Piso 2 = 2 e - en apt S, 1 e - en apt Px, 1 e - en apt Py, apt Pz sin habitantes. En metano TODAS las parejas quieren vivir en un apartamento con las mismas características de la otra pareja. Se remodela el piso para que hayan 4 apartamentos, todos iguales!

21 ibridación Orbitales, sp 3 arbono: 1s 2 2s 2 2p x1 2p y 1 E 2 2p x 2p y 2p z 2s E 1 sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 Todos con la misma energía Todos los orbitales con misma energía. Todos con misma distancia. Máxima repulsión entre ellos.

22 Orbitales íbridos: Orbital sp 3 Tetraedro, ángulos de electrones, emparejados. arbono completa su octeto. idrógeno completa su dueto. Máxima repulsión entre enlaces. Todos los orbitales sp 3 son iguales. Todos enlaces simples. Válidos para 1 átomo A enlazado a 4 átomos X sin pares de electrones libres. AX 4 4 enlaces sigma, σ

23 2 enlaces simples, 1 enlace doble Eteno. 2 = 2 Analizando solo uno de los carbonos. ay que acomodar 4 átomos, 4 pares de electrones. Se hibridan los orbitales atómicos a 3 orbitales sp 2 y se deja un orbital p sin hibridar. Un enlace doble involucra: 1 enlace sigma (σ) y un enlace pi (π)

24 ibridación Orbitales, sp 2 E 2 2p x 2p y 2p z 2p y 2s E 1 sp 2 sp 2 sp 2 Todos con la misma energía Todos con la misma energía 3 enlaces con la misma distancia, 1 más corto. Máxima repulsión.

25 ibridación sp 2 Es como tener 2 apartamentos simples y uno doble. Ángulos entre enlaces de enlaces σ y 1 enlace π Forma: Trigonal planar. Válido para átomo A rodeado de 3 átomos X sin electrones libres. AX 3 Fuente: jahschem.wikispaces.com

26 1 enlace simple, 1 enlace triple Etileno, Ξ Analizando solo uno de los carbonos, hay que acomodar átomos y 8 electrones. Se hibridan el orbital s con un orbital p y se dejan dos orbitales p sin hibridar. Un enlace triple involucra 2 enlaces σ y dos enlaces π

27 ibridación Orbitales, sp E 2 2p x 2p y 2p z 2p z 2p y sp sp 2s E 1 Todos con la misma energía

28 Orbitales íbridos: sp Es como tener 1 apartamentos simple y dos apts dobles. Ángulos entre enlaces de enlaces σ y 2 enlaces π Forma: Lineal. Válido para átomo A rodeado de 2 átomos X sin electrones libres. AX 2

29 ibridación Orbitales, sp 3 Oxígeno: 1s 2 2s 2 2p x2 2p y1 2p z 1 E 2 2p x 2p y 2p z sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 2s E 1 Todos con la misma energía 3 O Enlace simple en sp 3 Pares de electrones en sp 3

30 ibridación Orbitales, sp 2 Oxígeno: 1s 2 2s 2 2p x2 2p y1 2p z 1 E 2 2p x 2p y 2p z sp 2 sp 2 sp 2 p 2s E 1 Todos con la misma energía Pares e - libres, sp 2 O 2 enlaces, 1 sp 2, 1 p

31 Enlaces: aracterísticas Enlaces simples tienen libre rotación. El enlace es el eje sobre el que rotan. Enlaces dobles y triples son rígidos. Los átomos no pueden rotar.

32 Ejercicios O S 3 1 l 2 O O Br N l

33 Referencias Atkins, P. W. Química Física. 6ª Edición, Ediciones Omega, Barcelona, Petrucci, R.; arwood, W.; erring, G. Química General, 8ª Edición, Pearson Educación, Madrid, McMurry, J. Química Orgánica, 7ª Edición, engage Learning, México, Organic hemistry Portal. onsultado, 7 de mayo, 2015.

34 Luis Eduardo ernández Parés