QUÍMICA LICENCIATURA DE INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

Transcripción

1 QUÍMICA LICENCIATURA DE INGENIERÍA EN ENERGÍAS RENOVABLES

2 Teoría: Dra. Karina Cuentas Gallegos Martes y jueves hrs. Laboratorio: M.C. Mirna Guevara García Jueves hrs. Curso de Química L I E R Semestre de Agosto-23 de Noviembre 2012

3 Programa 6 de Agosto al 23 de Noviembre Clases en Agosto 8 Clases en Septiembre 9 Clases en Octubre 6 Clases en Noviembre Total 31 Clases de 2 horas 3 Clases para exámenes con revisión fuera de horario Clases útiles 28

4 Calificación QUÍMICA 3 exámenes parciales de 20% c/u= 60% Laboratorio 20% Tareas 15% Participación 5% Examen final : se aplicará solo sí en los exámenes parciales se cuenta con 35% o menos. Exámenes parciales: (1) 4 de septiembre (2) 16 de octubre (3) 22 de noviembre

5 Unidad PROPIEDADES PERIÓDICAS Configuración electrónica Ecuación de onda (Schrödinger), Nos. Cuánticos, orbitales atómicos, llenado de orbitales Tabla periódica, ley periódica, propiedades periódicas Electronegatividad, electroafinidad, potencial de ionización Interacciones químicas débiles Fuerzas de Van der Waals y puente de hidrógeno, interacción dipolo-dipolo Interacciones químicas fuertes Hibridación de orbitales, Orbitales moleculares, Enlace σ y π

6 Ecuación de onda de Schrödinger 1913 Teoría de Bohr (n) 1923 de Broglie (los e son partículas con propiedades de ondas Sommerfeld propone órbitas elípticas (l) 1925 Erwin Schrödinger desarrolló la ecuación de onda introduce conceptos: La existencia de un núcleo atómico, donde se concentra la gran cantidad del volumen del átomo. Los niveles energéticos donde se distribuyen los electrones según su energía. La dualidad onda-partícula La probabilidad de encontrar al electrón

7 Ecuación de onda de Schrödinger Ecuación que describe el comportamiento y la energía de las partículas subatómicas Incluyendo el carácter ondulatorio Ψ 2 es proporcional a la probabilidad de encontrar un electrón en cierta región del espacio Ese espacio se conoce como orbital. La solución de la ecuación proporciona un grupo de números conocidos como números cuánticos que describen la energía del electrón- Estos números dan información sobre formas y orientación de las distribuciones más probables de los electrones alrededor del núcleo.

8 Propiedades periódicas Configuración electrónica Números cuánticos Identificar por completo un electrón en cualquier orbital de cualquier átomo n número cuántico principal l número cuántico del momento angular ml número cuántico magnético ms número cuántico de espin del electrón

9 Configuración electrónica n Valores enteros Define la energía de un orbital Probabilidad de encontrar un electrón a cierta distancia del núcleo Un orbital con n=3 es más grande que uno con n=4?

10 Configuración electrónica Los orbitales con el mismo número n difieren en forma y orientación en el espacio l número cuántico de momento angular; define la forma del orbital Define las regiones con probabilidad cero de encontrar al electrón l = 0 l =1 l = 2 s p d

11 Configuración electrónica l Nombre del orbital s p d f g h l adopta valores Hasta n-1 Ejem. Para n = 1 N = nivel o capa l = subnivel o subcapa l = 0 Y la forma del orbital es Ejercicio. N =1 l = 0 N =2 l = orbital s 1s

12 Configuración electrónica Número cuántico magnético ml Describe la orientación del orbital en el espacio Depende del valor del momento angular l Existen 2 l +1 valores de ml Existen para l = 2 [(2 x2) + 1] = 5 El número de valores de ml equivale al número de orbitales presentes en un subnivel -l,(-l+1), 0, (+l-1),+l

13 Configuración electrónica Número cuántico de espín del electrón ms Describe dos posibles giros del electrón +½ -½ El giro es aleatorio Sustancias paramagnéticas: espines no apareados Sustancias diamagnéticas: espines apareados

14 Configuración electrónica Para determinar el número de orbitales n 2 Por ejem: para n=3 El número de orbitales es 9 Cuáles son los números cuánticos de un orbital 4d n = 4 l = 2 ml = - l a + l o sea -2, -1, 0, 1, 2 Escribir los números cuánticos de estos 9 orbitales

15 Configuración electrónica

16 Configuración electrónica

17 Notación para configuración electrónica Denota el número cuántico principal n Denota el número de electrones en el orbital o subnivel 1s 1 Denota el número cuántico del momento angular l

18 Notación para configuración electrónica H 1s 1 Diagrama de orbital Principio de exclusión de Pauli Dos electrones de un átomo no pueden tener los 4 números cuánticos iguales. Regla de Hund La distribución electrónica más estable es la que tiene los espines paralelos.

19 n l =1 l =2 l =3 l =5 l =6 Llenado de orbitales

20 Llenado de orbitales Configuración electrónica

21 Tomar como base la configuración del gas noble anterior Por ejem: Ca (z = 20) Escritura de configuraciones 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 [Ar] 4s 2

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23 Primeras clasificaciones periódicas A principios del siglo XIX se midieron las masas atómicas de una gran cantidad de elementos, se observó que ciertas propiedades variaban periódicamente en relación a su masa. Ejemplos: o Anillo de Chancourtois o Triadas de Dobernier o Octavas de Newlands o Dimitri Mendeleev y Lothar Meyer

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25 Tabla periódica 1869 Mendeleev predijo las propiedades de algunos elementos, tales como el germanio (Ge). En vida de Mendeleev se descubrió el Ge que tenía las propiedades previstas algunos elementos tenía que colocarlos en desorden de masa atómica para que coincidieran las propiedades. Él lo atribuyó a que las masas atómicas estaban mal medidas. En 1913 Moseley ordenó los elementos de la tabla periódica usando como criterio de clasificación el número atómico. Enunció la ley periódica : "Si los elementos se colocan según aumenta su número atómico, se observa una variación periódica de sus propiedades físicas y químicas".

26 Tabla periódica actual La tabla periódica de Mendeleev y Meyer (1869) incluyó 66 elementos usando número atómico Actualmente se sabe que la configuración electrónica determina las propiedades de los elementos. La tabla periódica moderna clasifica a los elementos de acuerdo con su número atómico. Las variaciones periódicas de las propiedades físicas reflejan diferencias en la estructura atómica Con base en las propiedades dentro de un grupo o periodo se predicen las propiedades de cualquier elemento.

27 Tabla periódica actual Hay una relación directa entre el último orbital ocupado por un e de un átomo y su posición en la tabla periódica y, por tanto, en su reactividad química, fórmula estequiométrica de compuestos que forma... Se clasifica en cuatro bloques: Bloque s : (A la izquierda de la tabla) Bloque p : (A la derecha de la tabla) Bloque d : (En el centro de la tabla) Bloque f : (En la parte inferior de la tabla)

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31 Propiedades periódicas La energía de ionización es la energía mínima necesaria para que un átomo gaseoso en su estado fundamental o de menor energía, separe un electrón de este átomo gaseoso y así obtenga un ión positivo gaseoso en su estado fundamental. Las energías de ionización de los elementos de un periodo aumentan al incrementarse el número atómico. Las energías de ionización de los gases nobles (grupo 8A) son mayores que todas las demás, debido a que la mayoría de los gases nobles son químicamente inertes

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34 La afinidad electrónica es el cambio de energía cuando un átomo acepta un electrón en el estado gaseoso: Propiedades periódicas

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36 Radio atómico: es la mitad de la distancia entre dos núcleos de dos átomos adyacentes. Numerosas propiedades físicas, incluyendo la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, están relacionadas con el tamaño de los átomos. Propiedades periódicas Los radios atómicos están determinados en gran medida por cuán fuertemente atrae el núcleo a los electrones. A mayor carga nuclear efectiva los electrones estarán más fuertemente enlazados al núcleo y menor será el radio atómico. Dentro de un periodo, el radio atómico disminuye constantemente debido a que aumenta la carga nuclear efectiva.

37 Propiedades periódicas Radio iónico: es el radio de un catión o de un anión. El radio iónico afecta las propiedades físicas y químicas de un compuesto iónico. La estructura tridimensional de un compuesto depende del tamaño relativo de sus cationes y aniones. Cuando un átomo neutro se convierte en un ión, se espera un cambio en el tamaño.

38 Bibliografía 1. Química (2010) R- Chang. McGraw Hill p. 2. Química Universitaria (2005) A. Garritz, L. Gasque y A. Martínez Prentice Hall. 696 p. 1) Qué es el efecto tunel o quantum tunneling y ejemplo de su aplicación? 2) Cuales son los números cuánticos para un orbital 5f? TAREA 3) Representa la configuración electrónica completa (con espín) del Sr 4) Desarrolla la configuración electrónica del Zr usando la notación que incluye el núcleo del gas noble que corresponda

39 Un átomo tiene 15 electrones, sin consultar la tabla periódica : a) escribe su configuración electrónica en estado basal; b) como debe clasificarse el elemento?; c) los átomos de este elemento son diamagnéticos o paramagnéticos? TAREA