TABLA PERIÓDICA Y CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS Facultad de Química, UNAM. Curso: Química General 1 Mtra. Norma M. López 1
ÁTOMO Partícula muy pequeña (1 a 5 Å) Conformada por protones, neutrones y electrones. Lo que define a un elemento es su número de protones. Su estructura y enlaces determinan las propiedades físicas y químicas de los materiales. 2
Modelo atómico de Bohr (1914) 3
Modelo de la mecánica cuántica de Schrödinger Las soluciones a la ecuación de onda (ecuación diferencial) se conocen como funciones de onda u orbitales. Función de onda (Ψ 2 ): define la probabilidad de encontrar al e - en una región del espacio alrededor del núcleo atómico. Heisenberg demostró que no se puede saber cuál es la posición exacta que ocupa un e -. 4
Modelo de la mecánica cuántica de Schrödinger Los parámetros llamados números cuánticos describen el nivel de energía de un orbital y la forma tridimensional de la región del espacio ocupada por un e- dado. Números cuánticos: Número cuántico principal: n Número cuántico angular: l Número cuántico magnético: m l 5
NÚMEROS CUÁNTICOS Número cuántico principal (n) Es un entero positivo del que dependen principalmente el tamaño y la energía del orbital. Conforme aumenta el valor de n (1, 2, 3, 4, 5 ), aumenta el tamaño del orbital y el e - que tenga se encontrará más lejos del núcleo. Como consecuencia del aumento de la distancia entre el e - y el núcleo, la energía de ese e - aumenta al aumentar el valor de n. 6
NÚMEROS CUÁNTICOS Número cuántico angular (l) Define la forma tridimensional del orbital. Cada n cuántico angular corresponde a un subnivel de energía para los orbitales de un átomo, dichos subniveles son: s sharp (nítido) p principal (principal) d diffuse (difuso) f fundamental (fundamental) 7
NÚMEROS CUÁNTICOS Número cuántico magnético (m l ) Define la orientación espacial del orbital con respecto a un conjunto de ejes coordenados estándar. Toma valores enteros, negativos y positivos (-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ) 8
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O R B I TA L E S d 10
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Energía relativa de los orbitales ATRACCIÓN HACIA EL NÚCLEO n s n p n d n f ENERGÍA 12
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CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Es la descripción de la forma en que los orbitales de un átomo están ocupados por sus electrones. El orden de llenado de los orbitales se rige por el principio de aufbau (construcción, en alemán). 14
Principio de aufbau 1. Los orbitales de menor energía se llenan primero. 2. Un orbital sólo puede tener 2 e - con espines opuestos (+ ½, - ½ ), cumpliendo con el principio de exclusión de Pauli (en un átomo no puede haber dos electrones con los mismos n s cuánticos). 3. Si hay disponibles dos o más orbitales de la misma energía (orbitales degenerados), los e - primero se colocan de uno en uno hasta que todos queden semillenos. Sólo entonces un segundo e - llena cada uno de los orbitales (regla de Hund). 15
Qué tienen qué ver las configuraciones electrónicas con la TP? Al analizar a los electrones de la capa de valencia (nivel más externo) de los átomos, se encuentra que TODOS LOS ELEMENTOS DE UN MISMO GRUPO TIENEN CONFIGURACIONES SIMILARES PARA DICHOS ELECTRONES. Para los grupos representativos: Grupo 1A n s 1 2A n s 2 3A n s 2 n p 1 4A n s 2 n p 2 5A n s 2 n p 3 6A n s 2 n p 4 7A n s 2 n p 5 8A n s 2 n p 6 Configuración electrónica de la capa de valencia 16
Configuraciones electrónicas y TP La TP está dividida en cuatro bloques de acuerdo con los orbitales que se llenan (s, p, d, f). 17
Tabla larga y modelo de Schrödinger 18
Configuraciones electrónicas y TP Podemos escribir las configuraciones electrónicas, consultando la TP para el correcto llenado de los orbitales : comenzar por la esquina superior izquierda de la tabla y seguir por los renglones sucesivos. El orden de llenado es 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p 19
Figure 06.30 20
Ejercicios 1.- Escribir la configuración electrónica del estado basal del Arsénico (Z=33) y dibujar un diagrama de llenado de orbitales, representando a los e- como flechas hacia arriba o hacia abajo. Solución: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 [Ar] 4s 2 3d 10 4p 3 2.- Escribir la configuración electrónica del estado basal para los siguientes átomos: Z = 22, Z = 30, Z = 50 y Z = 82. Solución: se trata del Ti, Zn, Sn y Pb, respectivamente. 21
Tabla periódica básica 22
Tabla periódica básica 23
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Configuraciones electrónicas y TP Con la metodología anterior, se obtienen las configuraciones electrónicas correctas para 90 elementos y 19 configuraciones incorrectas TAREA n 8 (para entregar en la próxima clase) Detectar y escribir esas 19 configuraciones electrónicas incorrectas y delante de c/u escribir la configuración correcta, indicando por qué debe ser así. 25