Atomos polielectrónicos
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- María Teresa Cordero Ramos
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1 1 Atomos polielectrónicos
2 2 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, Capítulo 2. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, Capítulo 2 y 3. * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, Capítulo 3 y 4. * Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, Capítulo 1. Traducción española de la 2ª Ed., Pearson Prentice Hall, Capítulo 1. * Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, Capítulo 1. * Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander. J., Problems for Concepts and Models of Inorganic Chemistry, 3ª Ed., John Wiley & Sons, Capítulo 1. * Paraira, M.; Pérez González, J. J., Cálculos básicos en estructura atómica y molecular, Ed. Vicens-Vives, Capítulo 6.
3 3 En el caso del Atomo polielectrónico, incluso el más sencillo de todos (Helio), el término de potencial incluye: Atracción electrón núcleo Repulsión inter-electrónica En consecuencia, el potencial V ya no se corresponde con un campo de fuerzas centrado, lo que hace imposible la separación de variables, imposible la resolución exacta del problema matemático El problema no puede ser resuelto de modo exacto Recurrimos a métodos aproximados para obtener soluciones aproximadas Método del campo autoconsistente de Hartree-Fock self-consistent-field SCF * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 24. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 94. Método de la constante de apantallamiento de Slater Método de los orbitales de Slater Slater-type-orbitals STOs * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 22. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 96.
4 4 Método del campo autoconsistente de Hartree-Fock self-consistent-field SCF Básicamente se trata de transformar un problema de Z electrones en Z problemas de un electrón, un problema que ya sabemos resolver. 1) Tomamos un electrón 1, que se mueve bajo los efectos de un campo creado por el núcleo y el resto de los electrones presentes. Definimos una función de partida 1 en la que suponemos un potencial de interacción con los demás electrones promedio, un potencial supuesto V 1, con una supuesta simetría esférica (aproximación). Obtenemos así una función de onda razonable para ese electrón, 1. 2) Análogamente obtenemos una primera generación de funciones de onda razonables para todos y cada uno de los electrones del sistema: 2, 3,, i. 3) Con dichas ecuaciones, se plantea un sistema de Z ecuaciones, cuya resolución da un potencial más aproximado que el inicial, V 1, que introducido en la primera ecuación nos da una primera función de onda mejorada, 1. V 1 e 1 1 V i * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 24. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 94.
5 5 Método del campo autoconsistente de Hartree-Fock self-consistent-field SCF Básicamente se trata de transformar un problema de Z electrones en Z problemas de un electrón, un problema que ya sabemos resolver. 4) Repetimos el proceso, pero dejando fija esa 1. Así obtenemos una nueva generación de funciones de onda razonables, 2, 3,, i, un potencial mejorado, V 2, y una función de onda mejorada, 2. 5) Repetimos sucesivamente obteniendo nuevas funciones de onda mejoradas, 3, 4,, i. 6) Con estas funciones de onda mejoradas, 1, 2,, i, calculamos el potencial mejorado V, que se utiliza como nuevo valor supuesto del potencial para repetir todo el proceso. V 1 e 1 1 V i V 2 e 2 2 V i V 3 e 3 3 V 3 3 i i V * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 24. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 94.
6 6 Método del campo autoconsistente de Hartree-Fock self-consistent-field SCF Básicamente se trata de transformar un problema de Z electrones en Z problemas de un electrón, un problema que ya sabemos resolver. El proceso se repite hasta que las funciones y potencial ya no mejoran con respecto a los supuestos (unos 30 ciclos). Cuando el potencial de un ciclo es idéntico al ciclo anterior se dice que los potenciales son autoconsistentes (de ahí el nombre del método). Parte Angular ( ) ( ) No cambia con respecto al átomo de hidrógeno Parte Radial R(r) Difieren bastante al aumentar Z, los orbitales se contraen radio de la primera órbita pasa de ser a o a ser a o /Z * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 24. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 94.
7 7 Método de la constante de apantallamiento de Slater Método de los orbitales de Slater Slater-type-orbitals STOs Parte Angular ( ) ( ) No cambia con respecto al átomo de hidrógeno Parte Radial: R(r) N r n* 1 e Z* r / n N : Constante de normalización R : distancia al núcleo n * : Nº cuántico efectivo Z * : Carga nuclear efectiva Diferencias: No depende para nada de l (ahora 2s y 2p misma parte radial, en el hidrógeno NO) Carecen de nodos radiales, R(r) = 0 únicamente en r = 0 (núcleo) Slater, Resultados bastante malos para electrones internos Resultados bastante buenos para justificar propiedades dependientes de los electrones más externos (PI, ) Hartree-Fock da mejores resultados para átomos pesados * Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 22. * Diaz Peña, M.; Roig Muntaner, A., Química Física, Volumen 1, Alambra Universidad, 1985, pp 96.
8 8 Configuración electrónica Llenado de orbitales por orden creciente de energías Energía (n + l) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s A igualdad (n + l) Energía n (n + l) s Regla nemotécnica 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 7s Fig - 9 Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 62. * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 20. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
9 9 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento E [=] (Z 2 /n 2 ), Z aumenta más rápido que n Se podría pensar que P.I. aumenta indefinidamente con Z, lo cual es falso: H (Z = 1) P.I. = 1321 kj/mol Li (Z = 3) P.I. = 520 kj/mol e menos retenido, por qué? 2s del Li presenta una distancia promedio mayor. Está a mayor distancia del núcleo El electrón 2s 1 del Li es repelido apantallado por los 1s 2 más internos Electrones más internos ejercen un cierto efecto protector, efecto pantalla, con respecto a aquellos que se encuentren situados más externamente, con lo que el electrón de valencia sólo ve o sólo siente el efecto de una parte de la carga real del núcleo (Z), lo que llamamos Carga Nuclear Efectiva (Z * ) Z * = Z - S = Z - s i * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68.
10 10 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento s más penetrante, menos apantallado, más apantallante d menos penetrante, más apantallado, menos apantallante l l poco penetrante muy apantallado poco apantallante muy penetrante poco apantallado muy apantallante E(3s) < E(3p) < E(3d) Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, 2008, pp 13. * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68.
11 11 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 39. ( ) Energía teórica, supuesto un apantallamiento perfecto por parte de los electrones 1s 2. El 3 er electrón sufre una atracción nuclear equivalente a Z 2. ( ) Energía real, a partir de datos experimentales. E (exp) < E (Sup) apantallamiento no es 100% eficaz Apantallamiento sobre 4p 1 más eficaz que sobre 2p 1. Electrones más internos, más eficazmente apantallante Electrones más externos, más eficazmente apantallado * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68.
12 12 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento Reglas empíricas para el cálculo de Z * = Z s i No resulta excesivamente preciso, pero su cálculo permite realizar una estimación razonable respecto de parámetros relacionados: tamaño, electronegatividades, P.I., A.E., Reglas de Slater e apantallante n n e apantallado n > n n = n n = n 1 n < n 1 1s 0 0, ns, np 0 0,35 0,85 1 nd, nf 0 0,35 = l 1 l 1 1 N (Z = 7): 1s 2 2s 2 2p 3 Z * = 7 [2 0, , ,35] = 7 3,10 = 3,90 Zn (Z = 30): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 Z * (4s) = 30 [ , , , ,35] = 30 25,65 = 4,35 Z * (3d) = 30 [ , ] = 30 21,15 = 8,85 * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68. * Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G., Inorganic Chemistry, 3ª Ed., Pearson Prentice Hall, 2008, pp 21.
13 13 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento Reglas empíricas para el cálculo de Z * = Z s i No resulta excesivamente preciso, pero su cálculo permite realizar una estimación razonable respecto de parámetros relacionados: tamaño, electronegatividades, P.I., A.E., Reglas de Slater Los orbitales de Slater no tienen nodos radiales. Simplificación a costa de ser menos precisos. Utiliza Z * en lugar de Z. Cuando se trata de átomos más pesados se sustituye n por su equivalente n *. Diferencia entre n y n * defecto cuántico. n = 1 n * = 1 n = 2 n * = 2 n = 3 n * = 3 n = 4 n * = 3,7 n = 5 n * = 4,0 n = 6 n * = 4,2 P.I. Li P.I. = E final E inicial = E Li + E Li Z * 2 E(ev) 13,6 n P.I. 13,6 2 Z * n * 2 1s ion 2 Z * n * 2 Z* n * 1s 2 2sp atomo 13,6 Z * n * 2 2sp P.I. = 5,8 ev (experimental 5,4 ev) * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68.
14 14 Influencia del efecto de pantalla - Apantallamiento Reglas empíricas para el cálculo de Z * = Z s i No resulta excesivamente preciso, pero su cálculo permite realizar una estimación razonable respecto de parámetros relacionados: tamaño, electronegatividades, P.I., A.E., Reglas de Slater Los orbitales de Slater no tienen nodos radiales. Simplificación a costa de ser menos precisos. Utiliza Z * en lugar de Z. Cuando se trata de átomos más pesados se sustituye n por su equivalente n *. Diferencia entre n y n * defecto cuántico. n = 1 n * = 1 n = 2 n * = 2 n = 3 n * = 3 n = 4 n * = 3,7 n = 5 n * = 4,0 n = 6 n * = 4,2 Análogamente P.I. (F) = 1,5 ev (experimental 1,7 ev) P.I. (O) =? * Purcell, K. F.; Kotz, J. C., Inorganic Chemistry, Saunders College, Philadelphia, Traducción española:, Ed. Reverté, 1979, pp 38. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 30. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68.
15 15 Cargas nucleares efectivas de Clementi y Raimondi A fin de eliminar las dificultades e inexactitudes del tratamiento simplificado de Slater para el efecto de pantalla, Clementi y Raimondi obtuvieron las cargas nucleares efectivas mediante funciones de ondas del campo autoconsistente hasta Kr (Z = 36), generalizando dichos cálculos en un conjunto de reglas: Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. S 1s = 0.3 (N 1s 1) (N 2s + N 2p ) (N 3s,p,d + N 4s,p ) S 2s = (N 2s 1 + N 2p ) (N 3s,p,d + N 4s,p ) Fig - 11 S 2p = (N 2p 1) N 3s (N 3p + N 4s ) N 3d N 4p S 3s = (N 3s 1 + N 3p ) N 4s N 3d N 4p S 3p = (N 3p 1) N 4s N 3d N 4p S 4s = (N 4s 1) N 3d N 4p S 3d = (N 3d 1) N 4p S 4p = (N 4p 1) Z * N = 3,756 (antes 3,90) Z * Zn (4s) = 5,965 (antes 4,35) Z * Zn (3d) = 13,987 (antes 8,85) Trata explícitamente la penetración de los electrones situados en orbitales más externos, y por lo tanto su efecto pantalla. Son más realistas que las reglas de Slater, a costa de cálculos matemáticos más complejos. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 32.
16 16 Cargas nucleares efectivas de Clementi y Raimondi Configuración electrónica, efecto importante en las propiedades químicas y posteriormente en la formación del enlace químico. Electrones fuertemente unidos al átomo, están poco disponibles y no participan en los enlaces. Electrones poco unidos al átomo, son fácilmente accesibles y pueden participar fácilmente en los enlaces. Dos factores influyen en esa energía de unión electrón-átomo: La carga nuclear efectiva que sufre el electrón La distancia promedio al núcleo * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 32.
17 17 Cargas nucleares efectivas de Clementi y Raimondi 1s,2s,2p Z * Z Apantallamiento casi nulo Z n apantallamiento s i Z * Cuando introducimos electrones pertenecientes a un mismo orbital (misma distancia promedio), Z * aumenta relativamente despacio Fig - 12 Cuando introducimos electrones pertenecientes a distintos orbitales (distinta distancia promedio), Z * aumenta más rápido al introducir electrones más alejados, más externos, porque apantallan poco a los ya existentes. Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 29. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 32.
18 18 Cargas nucleares efectivas de Clementi y Raimondi Porterfield, W. W., Inorganic Chemistry. A Unified Approach, 2ª Ed., Academic Press, 1993, pp 30. Fig - 13 Atomos hidrogenoides, tamaño varía con n 2 Atomos polielectrónicos, al aumentar Z * el átomo se contrae, y el tamaño varía más lentamente 1s H (n = 1) r 2s Li (n = 2) < 3r (n 2 = 4) 3s Na (n = 3) 3r (n 2 = 9) 4s K (n = 4) 4r (n 2 = 16) * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 32.
19 19 La Función de Spin. El Principio de Exclusión de Pauli (n, l, m l ) Definen un orbital El e está asociado a un momento magnético, que está cuantizado mediante un nuevo número cuántico m s (número cuántico de spin), con dos posibles orientaciones, paralelo y antiparalelo. 2,00 s( s 1) s = m s = 1/2 l 2l+1 posibles valores de m l 1 2l+1 = 3 valores +1, 0, 1 s 2s+1 posibles valores de m s 1/2 2s+1 = 2 valores +1/2, 1/2 Sólo dos posibles valores permitidos de m s = ±1/2, sólo dos electrones por orbital. Dos electrones en un mismo átomo, spines paralelos (S=1) u opuestos (S=0, apareados) Electrones apareados (S=0), Diamagnéticos, levemente repelidos en un campo magnético Electrones desapareados (S 1), Paramagnéticos de tantos e, fuertemente atraídos en un campo magnético * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 21. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
20 20 La Función de Spin. El Principio de Exclusión de Pauli (n, l, m l ) Definen un orbital El e está asociado a un momento magnético, que está cuantizado mediante un nuevo número cuántico m s (número cuántico de spin), con dos posibles orientaciones, paralelo y antiparalelo. 2,00 s( s 1) s = m s = 1/2 l 2l+1 posibles valores de m l 1 2l+1 = 3 valores +1, 0, 1 s 2s+1 posibles valores de m s 1/2 2s+1 = 2 valores +1/2, 1/2 Electrones con el mismo spin se repelen fuertemente y tienden a ocupar diferentes regiones del espacio. Principio de Exclusión de Pauli. Las funciones de onda totales (incluyendo al spin) deben cambiar sus signos con el intercambio de cualquier par de electrones del sistema. Dos electrones en el mismo orbital, con la misma función de onda, tienen distinto spin. Dos electrones con el mismo spin presentan distinta función de onda, están en distinto orbital. En un átomo dado, no puede haber dos electrones cuyos cuatro números cuánticos sean idénticos * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 21. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
21 21 La Función de Spin. El Principio de Exclusión de Pauli (n, l, m l ) Definen un orbital El e está asociado a un momento magnético, que está cuantizado mediante un nuevo número cuántico m s (número cuántico de spin), con dos posibles orientaciones, paralelo y antiparalelo. 2,00 s( s 1) s = m s = 1/2 l 2l+1 posibles valores de m l 1 2l+1 = 3 valores +1, 0, 1 s 2s+1 posibles valores de m s 1/2 2s+1 = 2 valores +1/2, 1/2 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 21. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
22 22 El Principio de Aufbau La configuración electrónica, se puede determinar aplicando el Principio de Exclusión de Pauli y el orden de los niveles energéticos visto anteriormente (regla nemotécnica). Para establecer la configuración electrónica de mínimo energético (estado fundamental) se utiliza el principio de aufbau, acumulación o building-up. Cada elemento se construye a partir del anterior añadiendo un protón en el núcleo y un electrón a los orbitales correspondientes (mero formalismo). Estado fundamental del átomo de hidrógeno, el electrón en el estado más bajo en energía, el 1s. (n, l, m l, m s ) H : 1s 1 (1, 0, 0, ±1/2) probabilísticamente 50% de cada uno He : 1s 2 (1, 0, 0, +1/2) (1, 0, 0, 1/2) Li : 1s 2 2s 1 (2, 0, 0, ±1/2) probabilísticamente 50% de cada uno Be : 1s 2 2s 2 (2, 0, 0, +1/2) (2, 0, 0, 1/2) B : 1s 2 2s 2 2p 1 (2, 1, [0±1], ±1/2) * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 23. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
23 23 El Principio de Aufbau B : 1s 2 2s 2 2p 1 C : 1s 2 2s 2 2p 2 Energía de correlación de carga Energía de canje Cuando en el proceso de llenado de orbitales se llega a los degenerados (p, d, f), no se empiezan a aparear los electrones hasta que todos los orbitales degenerados estén semillenos, debido a que esta disposición es más estable. Principio de máxima multiplicidad de Hund. Si los electrones implicados en orbitales energéticamente degenerados vienen descritos por distintas funciones angulares (distinto orbital) la situación resultante implica un menor contenido energético. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 23. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
24 24 El Principio de Aufbau Llenado en el Sistema Periódico 1 er periodo 1s 2 o periodo 2s 2p 3 er periodo 3s 3p Transición: Electrón diferenciador d Electrón de valencia s 3d 3d 4s 2 3d 4s 2 3d 1 4s 4s 1 Orbitales vacíos Efecto pantalla de electrones más internos Efecto pantalla mayor y Repulsión interelectrónica 3d más interno apantalla al 4s y 3d más interno, más fuertemente atraído por el núcleo * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 23. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
25 25 El Principio de Aufbau Llenado en el Sistema Periódico n periodo ns 2 np 6 ns 2 (n-1)d 10 (n-2)f 14 np 6 Capas con igual nivel de llenado Capa totalmente llena s 2, p 6, d 10, f 14 Capa totalmente vacía s 0, p 0, d 0, f 0 Capa semillena s 1, p 3, d 5, f 7 Estabilidad adicional / Particularmente estables Implican algunas anomalías en el orden de la configuración electrónica Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, 2ª Ed., John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1988, pp 116. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 23. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 59.
26 26 Propiedades periódicas Tamaño de los átomos El átomo no tiene límites definidos (exponencial decreciente) Establecer claramente las condiciones de medida para poder comparar Xe sólido, líquido, gas (P,T) Na metálico, Na + F, Na + Cl, Na + (H 2 O), Radio atómico aumenta con n (función de distribución radial) pero disminuye con Z * En un periodo: n no varía, permanece constante, Z, Z * apantallamiento imperfecto, átomo se contrae, r, aumenta hacia la izquierda Z * Li = 1,3 Be = 1,95 B = 2,60 C = 3,25 N = 3,90 O = 4,55 F = 5,20 Ne = 5,85 En una familia: n aumenta al bajar, aumentando la distancia promedio en la distribución radial, n, Z, distancia promedio, r, aumenta hacia abajo Z * H = 1,0 Li = 1,3 Na = 2,2 K = 2,2 Rb = 2,2 Cs = 2,2 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
27 27 Propiedades periódicas Tamaño de los átomos Contracción al llegar al alcalino y cambiar de periodo Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 125 pp 126 Fig - 14 Fig - 15 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
28 28 Propiedades periódicas Tamaño de los átomos Contracción al llegar al alcalino y cambiar de periodo Masterton, W. L.; Hurley, C. N., Principios y Reacciones, 4ª Ed., Thomson Paraninfo, 2003, pp 164. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
29 29 Propiedades periódicas Potencial de Ionización P.I.: Energía necesaria para arrancar un electrón desde un átomo aislado en fase gas y en su estado fundamental. P.I. > 0 En un periodo: Z, Z *, r, e más fuertemente atraído, P.I. aumenta hacia la derecha En un grupo: r, e más lejos, menos atraído, P.I. aumenta hacia arriba Anomalías: Be/B Mg/Al Be : 1s 2 2s 2 P.I.= 214,9 kcal/mol, orbital s más penetrante B : 1s 2 2s 2 2p 1 P.I.= 191,3 kcal/mol, orbital p menos penetrante Anomalías: N/O P/S N : 1s 2 2s 2 2p 3 O : 1s 2 2s 2 2p 4 P.I.= 335,1 kcal/mol, pierde capa semillena P.I.= 314,0 kcal/mol, alcanza capa semillena * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
30 30 Propiedades periódicas Potencial de Ionización P.I.: Energía necesaria para arrancar un electrón desde un átomo aislado en fase gas y en su estado fundamental. P.I. > 0 En un periodo: Z, Z *, r, e más fuertemente atraído, P.I. aumenta hacia la derecha En un grupo: r, e más lejos, menos atraído, P.I. aumenta hacia arriba Fig - 16 Douglas, B.; McDaniel, D.; Alexander, J., Traducción española de la 1ª Ed. Conceptos y Modelos en, Reverté, 1977, pp 46. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
31 31 Propiedades periódicas Potencial de Ionización kcal/mol P.I. 1 P.I. 2 P.I. 3 Be 214,9 419, Mg 176,3 346, Ca 141,0 273, s 2 p 6 s 2 p 5 kcal/mol P.I. 1 P.I. 2 Li Na s 2 p 6 s 2 p 5 Z * = Z s i He P.I Li + P.I Be 2+ P.I Isoelectrónicos Z * = Z s i * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
32 32 Propiedades periódicas Afinidad Electrónica o Electroafinidad A.E.: Energía que se libera al adicionar un electrón a un átomo aislado gaseoso en su estado fundamental, para formar un anión gaseoso. A.E. < 0 En un periodo: Z, Z *, r, P.I., A.E. aumenta hacia la derecha En un grupo: Subiendo, r, P.I., A.E. aumenta hacia arriba E = q + q 2 q = carga iónica Fig - 18 Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 41. * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
33 33 Propiedades periódicas Electronegatividad EN.: Fuerza con la que un átomo atrae hacia sí el par electrónico de enlace. EN PI AE 2 0 < EN < 4 Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 128. Fig - 17 * Huheey, J. E., Keiter, R. L., Keiter, E. A., Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4ª Ed., Harper Collins, 1993, pp 33. * Moeller, T., Inorganic Chemistry. A Modern Introduction, John Wiley & Sons, Traducción española:, Reverté, 1994, pp 68 y 124 * Casabó i Gispert, J, Estructura Atómica y Enlace Químico, Reverté, 1999, pp 79.
34 34 Propiedades periódicas Tamaño de los átomos Potencial de Ionización Afinidad Electrónica o Electroafinidad Electronegatividad
35 35 Propiedades periódicas
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