Los orbitales. Los orbitales. Los orbitales. son mayores. Así, las cantidades en rojo son kj/mol. Ahora los orbitales 2s y 2p

Transcripción

1 La ecuación de Schrödinger Otros átomos hidrogenoides, también tienen esquemas similares, excepto que debido a que la energía depende de Z, los valores obtenidos 5246 son mayores. Así, las cantidades en rojo son kj/mol Y Cómo son los orbitales? Primero el orbital 1s /10/08 LA TABLA PERIÓDICA 160 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 161 Ahora los orbitales 2s y 2p Ahora los orbitales de la tercera capa: 3s 3d 3p 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 162 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 163 1

2 Ahora comparamos los orbitales s de estas tres capas Y finalmente los comparamos todos: 1s 2s 2p 3s 3d 3p 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 164 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 165 Otra vez la ecuación de Schrödinger La parte angular de la función de onda describe la forma de la nube electrónica. Y varía dependiendo de la clase de orbital y de su orientación en el espacio (s, p, d o f). Sin embargo para cada tipo de orbital por ejemplo todos los s o todos los p z la función angular es idéntica, es decir no dependen de n. De esta manera tenemos que para cualquier orbital s, la función angular es así: l = 0, m l = 0: Θ( θ)φ φ 4π ( ) = Y tienen esta forma: 1s 2s 3s 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 166 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 167 2

3 La ecuación de Schrödinger En tanto que para los orbitales p z, tiene esta forma: l = 1, m l = 0: Θ( θ)φ φ 4π ( ) = cos( θ) Y su forma es así: p x y p y tienen una dependencia de Θ(θ) y Φ(φ) diferente pero la misma forma, es decir únicamente se orientan en el espacio de manera diferente. 2p x 2p y 2p z 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 168 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 169 La ecuación de Schrödinger Finalmente en el caso del orbital d z2 se tiene esta dependencia angular de la función de onda: l = 0, m l = 0: Θ( θ)φ φ 16π ( ) = cos 2 ( θ 1) Los demás orbitales d también tienen una dependencia de Θ(θ) y Φ(φ) diferente. Y también tienen diferentes orientaciones en el espacio. 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 170 Y tienen esta forma: 3d z2 3d x2-y2 3d xy 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 171 3

4 Símbolos atómicos En general representamos a los átomos con esta simbología: A C X Z # Donde: A - Masa atómica Z - Número atómico # de protones + neutrones # de protones C - Carga Valores positivos o negativos #- Número de átomos # de átomos en la fórmula 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 172 Símbolos atómicos A cada elemento se le asigna un símbolo único: Arsénico As Potasio K Bario Carbono Cloro Hidrógeno Helio Ba C Cl H He Níquel Nitrógeno Oxígeno Radón Titanio Oro Au Uranio U Cada símbolo tiene una o dos letras y la primera siempre es mayúscula. Si el símbolo parece no ajustarse al nombre, es que el elemento tenía originalmente un nombre diferente Rn 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 173 Ni N O Ti Propiedades periódicas de los elementos La herramienta más importante para organizar y recordar hechos químicos es la tabla periódica Está basada en la naturaleza periódica de las propiedades químicas de los elementos Y también en la naturaleza periódica de las configuraciones electrónicas de estos Los elementos en la misma columna tienen el mismo número de electrones de valencia Las similitudes en las propiedades químicas de los elementos, se pueden atribuir a las similitudes en la configuración de los electrones de valencia Algunos elementos, como la plata y el oro, se encuentran naturalmente en su forma elemental y fueron descubiertos hace miles de años Algunos elementos radiactivos son extraordinariamente inestables y su aislamiento depende de la tecnología moderna Aunque la mayoría de los elementos son estables, únicamente se pueden encontrar formando compuestos con otros elementos 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 174 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 175 4

5 Algunos elementos presentan características muy similares: Litio (Li), Sodio (Na) y Potasio (K) son metales blandos y muy reactivos Helio (He), Neón (Ne) y Argón (Ar) son gases que no reaccionan con otros elementos Al arreglar a todos los elementos en el orden de su número atómico, se observa que sus propiedades físicas y químicas muestran un patrón de repetición periódico Un ejemplo de la naturaleza periódica de los átomos es que cuando están ordenados según su número atómico, cada uno de los metales blandos y reactivos de arriba, viene inmediatamente después de uno de los gases que no reaccionan 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 176 En el siglo XIX, se diseñaron métodos para aislar muchos de los elementos de sus compuestos. A partir de ese momento se aíslan cada vez más y más elementos Para 1800 había 31 elementos identificados Para 1865 había ya 63 elementos identificados A medida que se fueron descubriendo y caracterizando más y más elementos, se intentaba al mismo tiempo encontrar si se podían agrupar y clasificar, de acuerdo a su comportamiento químico 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 177 Este esfuerzo, dio como resultado la tabla periódica de los elementos En el año de 1869, Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer publican independientemente esquemas de clasificación de los elementos 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 178 El primero, basado en sus propiedades químicas El segundo, en sus propiedades físicas Ambos concluyen que: Los elementos pueden ordenarse de acuerdo a su peso atómico Es decir, g / mol de su mezcla natural de isótopos Mostrando como resultado un arreglo con características periódicas 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 179 5

6 La ley y la tabla periódicas Este es uno de los documentos originales de Mendeleiev: Esta es la publicación de 1871 de Mendeleiev: La ley y la tabla periódicas La tabla de Mendeleiev Reihen Gruppe I. Gruppe II. Gruppe III. Gruppe IV. Gruppe V. Gruppe VI. Gruppe VII. Gruppe VIII RH 4 RH 3 RH 2 RH - R 2 O RO R 2 O 3 RO 2 R2O 5 RO 3 R 2 O 7 RO 4 1 H = 1 2 Li = 7 Be = 9,4 B = 11 C = 12 N = 14 O = 16 F = 19 3 Na = 23 Mg = 24 Al = 27,3 Si = 28 P = 31 S = 32 Cl = 35,5 4 K = 39 Ca = 40 - = 44 Ti = 48 V = 51 Cr = 52 Mn = 55 Fe = 56, Co=59 Ni=59, Cu=63 5 (Cu = 63) Zn = 65 - = 68 - = 72 As = 75 Se = 78 Br = 80 6 Rb = 85 Sr = 87?Yt = 88 Zr = 90 Nb = 94 Mo = 96 - = 100 Ru=104, Rh=104 Pd=106, Ag=108 7 Ag = 108 Cd = 112 In = 113 Sn = 118 Sb = 122 Te = 125 J = Cs = 133 Ba = 137?Di = 138?Ce = (-) ?Er = 178?La = 180 Ta = 182 W = Os=195, Ir=197, Pt=198, Au= (Au = 199) Hg = 200 Tl = 204 Pb = 207 Bi = Th = U = /10/08 LA TABLA PERIÓDICA 180 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 181 La ley y la tabla periódicas Mendeleiev, en 1871, demuestra: Que las propiedades de los elementos varían de manera periódica Así, la tabla periódica nos ayuda a comprender el comportamiento las propiedades y la reactividad de los elementos Basados en que las propiedades de los elementos tienden a reproducirse de manera regular (periódica) al ordenar a los elementos según su número atómico A continuación se indican los ocho principios periódicos de Mendeleiev (1860): 1. Los elementos exhiben una evidente periodicidad de propiedades si se ordenan de acuerdo a su masa atómica. 2. Los elementos con propiedades similares tienen masas atómicas que son casi las mismas (Pt, Ir, Os) o se incrementan regularmente (K, Rb, Cs o Cl, Br I) 3. El arreglo de los elementos en grupos, corresponde tanto a la valencia, como en cierta medida a sus propiedades químicas distintivas. 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 182 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 183 6

7 4.Los elementos que están más ampliamente difundidos tienen masas atómicas pequeñas. 5.La magnitud de la masa atómica de un determina el carácter del elemento. 6.Se debe esperar en los años próximos el descubrimiento de muchos elementos aun desconocidos análogos al aluminio y silicio cuya masa será de 65 a La masa atómica de un elemento puede corregirse algunas veces, si conocemos los elementos contiguos a este, así la masa atómica del Te debe estar entre 123 y 126 y no Ciertas características de los elementos pueden predecirse de su masa. 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 184 La insistencia de Mendeleiev en ordenar a los elementos de acuerdo a su peso atómico y agruparlos según sus características químicas, dio como resultado la aparición de una serie de agujeros en la tabla Ni el Galio (Ga), ni el Germanio (Ge) se conocían en la época, es decir había dos agujeros en la tabla de Mendeleiev debajo del Aluminio (Al) y el Silicio (Si) Concluye que debían de existir dos elementos que debían llenar los agujeros A estos dos elementos los llamó eka-aluminio y eka-silicio 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 185 Ahora bien, Mendeleiev no solamente predijo la existencia del Ga y el Ge y otros elementos sino que también describió como eran, Es decir, describió algunas de sus propiedades físicas y químicas, entre ellas: El peso atómico aproximado, La manera en que se combinarían con O y Cl Las propiedes de sus óxidos y cloruros Cuando el Ga y el Ge fueron descubiertos varios años más tarde, se observó que sus propiedades físicas y químicas eran las que Mendeleiev había predicho. Estos serán la mejor confirmación de la teoría 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 186 Para entender la importancia tanto del trabajo como de la confianza de Mendeleiev en su teoría, presentamos a continuación las predicciones hechas en Para darles nombres provisionales a los elementos que predijo, usó los prefijos eka-, dvi- y tri- del sánscrito, correspondientes a los números uno, dos y tres dependiendo de la posición que el elemento descubierto ocupaba debajo de un elemento conocido en su tabla. Eka-boro escandio: Aislado por Lars F. Nilson en 1879, Per T. Cleve reconoce la correspondencia. Masa predicha 44, masa observada: /10/08 LA TABLA PERIÓDICA 187 7

8 En 1869 Mendeleiev predice las propiedades de un compuesto al cual llama eka-silicio, que no será aislado sino hasta 1882, el Germanio. Propiedad Masa Atómica Densidad (g/cm 3 ) Punto de Fusión Color Tipo de óxido Densidad del óxido (g/cm 3 ) Actividad del óxido Punto de ebullición del Cloruro Densidad del Cloruro (XCl 4 ) (g/cm 3 ) Eka-silicio Alto gris refractario 4.7 Poco ácido < 100 C 1.9 Germanio C gris refractario 4.7 Poco ácido 86 C 1.9 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 188 En 1871 predice la existencia de otro elemento al que llamó eka-aluminio, la tabla muestra las características propuestas por Mendeleiev comparadas alas propiedades observadas para el Ga, descubierto en Propiedad Masa atómica Densidad (g/cm 3 ) Punto de fusión Fórmula del óxido Fórmula del cloruro Eka-aluminio Bajo Ea 2 O 3 Ea 2 Cl 6 Galio C Ga 2 O 3 Ga 2 Cl 6 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 189 En 1871 predice la existencia de un elemento que no será aislado sino hasta 1937 por Emilio Segré de muestras de Mo bombardeado con deuterio en un ciclotrón a este elemento se le llamó tecnecio. Mendeleiev había predicho una masa de 100 para el eka-manganeso y el isótopo más estable es el 98 Tc, cuya masa es de También en 1871 predice la existencia de un elemento entre el Th y el U. En 1900 William Crook aisla un material radiactivo del U sin poder identificarlo. Será hasta 1949 que se reconoce que este elemento era el Protoactinio. 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 190 La exactitud de las predicciones de Mendeliev para los elementos desconocidos basadas en la tabla periódica, convencieron sin lugar a dudas de su validez a los científicos de la época. Sin embargo, todavía se necesitaba una importante modificación Dado que Mendeleiev había ordenado a los elementos en términos de su masa relativa, esto le generó algunos problemas, por ejemplo el I tiene una masa relativa menor a la del Te, por tanto debía estar antes, pero para poner al I con el Cl y el Br, tuvo que ponerlo después. Será en 1913 que Moseley resuelve el problema al organizar los elementos en términos de su número atómico. 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 191 8

9 La ley y la tabla periódicas La ley periódica se basa en el arreglo de los elementos llamado (Tabla periódica). En la cual, cada elemento pertenece a un agrupamiento vertical llamado familia y a un agrupamiento horizontal llamado periodo. Los elementos de una familia tienden a presentar propiedades químicas similares. Presentaremos muchas tablas periódicas, pero todas están basadas en la de Mendeleiev. Aunque en algunos casos no lo parezcan. Empezaremos por las más conocidas. La tabla periódica corta (IUPAC) Descubrimiento Antes de /10/08 LA TABLA PERIÓDICA 192 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 193 La tabla periódica corta (en colores) La tabla periódica larga (tres versiones) 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 194 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 195 9

10 La tabla periódica de Tarantola La tabla periódica de Adomah(Perfecta) 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 196 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 197 La tabla periódica de Hull La tabla periódica de Bohr-Bayley Conexiones principales Conexiones secundarias Represetativos Transición Transición interna Metaloides No metales 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 198 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA