Estructura de la Materia. Décimo segunda sesión Configuraciones electrónicas

Transcripción

1 Estructura de la Materia Décimo segunda sesión Configuraciones electrónicas

2 Configuraciones electrónicas Sese acostumbra describir un átomo por medio de la configuración electrónica de su estado fundamental o estado base. El estado fundamental o base es aquel en que el átomo toma el mínimo valor posible para su energía electrónica es decir, donde la suma de las energías individuales de cada uno de los electrones es un mínimo.

3 Configuraciones electrónicas () Escribir la configuración electrónica del estado basal de un átomo significa asignar a cada electrón sus cuatro números cuánticos de tal manera que se obtenga el mínimo de energía.

4 Principio de Construcción Aufbau Si se desea conocer la configuración electrónica del estado fundamental del elemento con número atómico Z, es necesario conocer la configuración electrónica del estado fundamental del elemento con número atómico Z- asignar, al nuevo electrón, los valores de los números cuánticos correspondientes al estado de menor energía disponible.

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7 Regla de las Diagonales Es una regla nemotécnica para recordar la secuencia de energías de los orbitales, debida al científico meicano Jaime Keller Torres (936-0), quien la propuso en 955.

8 Regla de las Diagonales () Se ordenan los orbitales en columna en orden creciente de número cuántico principal n en renglón en orden creciente de número cuántico azimutal l. Enseguida se trazan líneas diagonales de arriba hacia abajo de derecha a izquierda que determinan el orden de energía de los orbitales

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10 H s s

11 H He s s s s

12 3 H He Li s s s s s s s s

13 H s s He s s 3 Li s s s s Hes Core

14 3 4 H He Li Be s s s s s s s s s s s s He s Hes

15 5 4 3 p s He p s He B s He s s s s Be s He s s s s Li s s He s s H

16 ??? p s He C p s He p s He B s He s s s s Be s He s s s s Li s s He s s H

17 Primera Regla de Hund El término de maor multiplicidad tiene menor energía. M=S+ S- espín total

18 3 M p p s He C M p s He C 6 6

19 He s p p He s p C p 6

20 6 C He s p p He s p p 7 N He s p p p He s p p p z z

21 6 C Hes p p He s p p 7 N Hes p p p He z s p p p z 8 O Hes p p p Hes p p p z z

22 6 C Hes p p He s p p 7 N Hes p p p He z s p p p z 8 O Hes p p p He z s p p p z 9 F Hes p p p Hes p p p z z

23 6 C Hes p p He s p p 7 N Hes p p p He z s p p p z 8 O Hes p p p He z s p p p z 9 F Hes p p p He z s p p p z 0 Ne Hes p p p Hes p 6 z

24 6 C Hes p p He s p p 7 N Hes p p p He z s p p p z 8 O Hes p p p He z s p p p z 9 F Hes p p p He z s p p p z 0 Ne Hes p p p He z s p 6 Na Ne3s

25 p 3s Ne Ar 3p 3s Ne Cl 3p 3s Ne S 3p 3s Ne P 3p 3s Ne Si 3p 3s Ne Al 3s Ne Mg 3s Ne Na

26 d 4s Ar Mn... 3d 4s Ar Cr 3d 4s Ar V 3d 4s Ar Ti 3d 4s Ar Sc 4s Ar Ca 4s Ar K ecepción

27 Ecepciones Cr [Ar]4s 3d 5 <= Capas s d semillenas Cu [Ar]4s 3d 0 <= Prefiere llenar d, dejando s con Nb [Kr]5s 4d 4 Mo [Kr]5s 4d 5 Ru [Kr]5s 4d 7 Rh [Kr]5s 4d 8 <= El 5s el 4d están mu cercanos en energía <= Parecido al Cr. <= 5s semillena <= 5s semillena Pd [Kr]5s 0 4d 0 Ag [Kr]5s 4d 0 <=Lleno 4d vacío 5s <=Semilleno 5s lleno 4d

28 Tarea 8 Qué átomos neutros se están indicando con las siguientes configuraciones electrónicas (no necesariamente del estado basal)?: a. [Ar]4s3d b. [Kr]4d45s c. [Kr]5s5p d. ss3s Presente las razones de su respuesta.

29 Dimitri Ivánovich Mendeleiev ( ) Le Periódica

30 Le Periódica () Las propiedades de los elementos químicos dependen periódicamente de sus números atómicos (pesos atómicos, según la definición original de Mendeleiev)

31 Tabla Periódica Larga

32 Tabla Periódica Larga ()

33 Alrededor de 30 propiedades de los elementos muestran periodicidad

34 Propiedades Periódicas Radio atómico Radio iónico Volumen atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad

35 Propiedades Periódicas Valencia número de oidación Potencial estándar de óido-reducción Densidad Puntos de ebullición fusión Calores de evaporización, sublimación solvatación

36 Propiedades Periódicas 3 Dureza Maleabilidad Comportamiento magnético Energía de enlace Coeficiente de epansión térmica Índice de refracción

37 Propiedades Periódicas 4 Espectro óptico (Visible, UV RX) Conductividad térmica eléctrica Etc.

38 Carga Nuclear Efectiva Z Z -S S - efectopantalla

39 Carga Nuclear Efectiva John C. Slater ( ). En 930, propuso una serie de reglas para calcular S.

40 Reglas de Slater. Se escribe la configuración electrónica del elemento en cuestión en orden creciente de n de l para la misma n: s s p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p, etc.

41 Reglas de Slater (). Se agrupan los orbitales de la siguiente forma: (s) (s p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) (5s 5p), etc.

42 Reglas de Slater (3) Si el electrón considerado está en un grupo (ns np): 3. Los electrones a la derecha del grupos (ns np) considerado no contribuen a la pantalla.

43 Reglas de Slater (4) 4. Los electrones en el mismo grupo (ns np) que el considerado contribuen a la pantalla con 0.35 de la carga del e Los electrones en n- contribuen con 0.85 de la carga del e Los electrones en n- o menor contribuen con (pantalla completa).

44 Reglas de Slater (5) Si el electrón considerado está en un grupo (nd) o (nf). 3. Los electrones a la derecha del grupos (nd) o (nf) considerado no contribuen a la pantalla.

45 Reglas de Slater (6) 4. Los electrones en el mismo grupo (nd) o (nf) que el considerado contribuen a la pantalla con Todos los electrones que se encuentran a la izquierda del grupo (nd) o (nf) considerado contribuen a la pantalla con.

46 Ejemplo Cuál es la carga nuclear efectiva sobre el electrón de valencia del átomo del 7 N?: s s p 3 (s) (sp) 5 (s) (sp) 4 S = (40.35) + (0.85) = 3.0 Z* = 7 3. = 3.9

47 Ejemplo Considérese el electrón de valencia del átomo de 30 Zn: s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 0 (s) (sp) 8 (3s3p) 8 (3d) 0 (4s4p) (s) (sp) 8 (3s3p) 8 (3d) 0 (4s4p) S = (0.35) + (80.85) + (0) = 5.65 Z* = = 4.35

48 Ejemplo 3 Considérese un electrón 3d del átomo de 30 Zn: s s p 6 3s 3p 6 4s 3d 0 (s) (sp) 8 (3s3p) 8 (3d) 0 (4s4p) (s) (sp) 8 (3s3p) 8 (3d) 9 S = (90.35) + (8) =.5 Z* = = 8.85

49 Porcentaje de la Carga Nuclear Electrón de valencia del átomo de 30 Zn: 4.5 % Electrón 3d del átomo de 30 Zn 9.5 %

50 Tarea 9 Utilizando las reglas de Slater, calcule la carga nuclear efectiva para los siguientes electrones: a) El electrón de valencia del Calcio. b) El electrón de valencia en el Mn. c) Un electrón 3d del Mn. d) El electrón de valencia del Br.

51 Carga Nuclear Efectiva Enrico Clementi (93-) (en la foto) D.L. Raimondi. Mejores cálculos para Z*.

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53 Na Mg Al Si P S Cl Ar Z Z* (s) Z*(s) Z*(p) Z* (3s) Z* (3p)

54 Tendencia de Z* sobre el electrón de valencia Aumenta

55 Radio Atómico No se pueden obtener radios de átomos aislados. Solo en agregados atómicos. No le puede asignar a un átomo un radio que le sea característico en todos los compuestos.

56 Radio Atómico () El procedimiento que se sigue consiste en medir el radio de un átomo en un gran número de compuestos (por medio de difracción de raos X) sacar un valor promedio cuando el átomo interviene en la formación de un cierto número tipo de enlace.

57 Radio Atómico (3) Se considera que el radio del átomo es la mitad de la distancia internuclear, cuando ambos átomos enlazados son idénticos.

58 Radio Atómico (4) Radios covalentes van der Waals metálicos sencillos dobles triples iónicos

59 Radio Atómico Efectivo O simplemente Radio Atómico. Covalente de ligadura sencilla para la maoría de los elementos. Radio de Van der Waals para los gases nobles.