1. Estructura Atomica y Masa Atomica.... 21000

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU PROF: ING. ENCARNACION V. SANCHEZ CURI [email protected] 1 Ing. Encarnación V. Sánchez Curi

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

PROF: ING. ENCARNACION V. SANCHEZ [email protected]

1Ing. Encarnación V. Sánchez Curi

índice

ESTRUCTURA ATÓMICA

TEORÍA CUÁBNTICA DE PLANCK

ATOMOS Y MOLÉCULAS

ÁTOMO

DISTRIBUCIÓN ELECTRONICA

NÚMEROS CUÁNTICOS

TABLA PERIÓDICA

MOL

NUMERO DE AVOGADRO

MASA MOLAR

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN FÍSICA

El concepto del átomo fue evolucionando hasta llegar a la teoría atómica actual, con el descubrimiento del efecto fotoeléctrico y la mecánica cuántica, que nos permite comprender la estructura atómica y la forma como interaccionan los átomos.

Principios filosóficos Modelos atómicos Modelo actual del átomo

Teorías cuántica DE PLANCK

• La energía no es absorbida ni emitida en forma continua, sino en forma discontinua en cantidades discretas denominados cuanto.

• Asocia la luz→ partículas de energía E=hn siendo h la cte de Planck

E=hn

Efecto fotoeléctrico• Einstein utilizó esta hipótesis para

explicar la interacción de la luz con la materia (efecto fotoeléctrico).

• Aparece por primera vez una partícula asociada a una interacción.

Teoría de la relatividad• La relatividad de Einstein

permitió explicar el comportamiento de las partículas y la energética de las reacciones nucleares

• Además concluye que la energía de una partícula, se relaciona con su masa y la velocidad de la luz c

E=mc2

C (Velocidad de la luz)= cte

Postulados de Einstein:

3º Las leyes de la física son las mismas para todos los sistemas inerciales.

El valor de la energía para estos electrones será: E = hu

hu = huo +1/2 mV2

Energía umbral o trabajo

Energía del electrón emitido o fotón

= El exceso (aparece como energía cinética del electrón emitido)

+

• Los electrones → giran alrededor del núcleo sin radiar energía.

• Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el momento angular del electrón es múltiplo entero de:

• Donde n, → número cuántico principal, que da nombre a las distintas órbitas del átomo.

Modelo Átomico de Bohr

Modelo atómico de bohr-sommerfeld

• Los electrones giran en órbitas circulares pero también los hacen en órbitas elípticas.

• Existencia de niveles y subniveles de energía.• Para explicar el efecto Zeeman habla de

orientaciones de las órbitas en el espacio, que están cuantizadas mediante el número cuántico ml, magnético, con valores entre –l,…,0,…+ l

• Para explicar el efecto Zeeman anómalo introduce otro

• número cuántico de spin, ms, asociado al giro del electrón, y con dos posibles valores, +1/2, -1/2

Principios fundamentales → modelo atómico actual

Heisenberg

Mecánica de matrices

Schrödinger →Mecánica ondulatoria

Hipótesis de Planck

Principio de Heisemberg

Brouglie→Principio de dualidad : onda -

partícular

Dualidad de la materia• La luz se comporta como

partículas, pero también la partículas se comportan como ondas.

• De Broglie asegura que las partículas llevan una onda asociada.

• Bohr establece ondas estacionarias para los electrones en los átomos

l=h/p

l: longitud de la onda;

p: cantidad de movimiento

• Partícula en movimiento→ asociada a una longitud de onda.

• Además se tiene por Bohr:

LOUIS DE BROGLIE

RELACIÓN DE LA MECÁNICA CUÁNTICA-RELATIVIDAD

• Las partículas se comportan como ondas y al moverse a velocidades cercanas a las de la luz, obedecen a la teoría cuántica y relativista

• Esto implica que

l=h/p y E=mc2

• Y éste será el marco adecuado para el estudio de las estructuras del microcosmos.

PRINCIPIO INCERTIDUMBRE

Es imposible determinar simultáneamente la posición y el “momento” de una partícula.

Δx.Δp = Δx.Δ(m.v) ≥ h/4π

Propuso la ecuación : H.Ψ = E.Ψ

Ψ (función de onda u orbital atómico) describe el comportamiento del electrón en un átomo teniendo en cuenta su interacción con el núcleo y asignándole propiedades ondulatorias

Para cada solución Ψ de la ecuación se encuentra un valor de E

Ψ2 indica la probabilidad de encontrar un electrón en un determinadoinstante en un pequeñísimo volumen (espacio).

MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER

El orbital atómico (Ψ) queda definido por tres números: n, l y m. Cada valor de energía queda definido por el valor de n.

Ψ (n, l, m) → E(n)n (número cuántico principal)n: 1, 2, 3, 4, … vinculado con el tamaño (CAPA/NIVEL)

l (número cuántico angular)l: 0, 1, 2, …, n-1 vinculado con la formaPara cada “n” hay n posibles valores de “l” (SUBCAPA/SUBNIVEL)

m (número cuántico magnético) m: -l, -l+1, …, 0, …, l-1, l vinculado con la orientación en el espacio → Para cada “l” hay 2l+1 valores de “m” (ORBITAL)

• A cada variable dinámica u observable del sistema mecanocuántico le corresponde un operador lineal.

• La amplitud de probabilidad o función de onda de un sistema mecanocuántico, Ψ= Ψ (x,y,z,t) debe satisfacer la ecuación diferencial.

• Ecuación de Schrödinger:

• Cuya resolución (realizada por Dirac) nos proporciona la función de onda Ψ cuyo producto |Ψ|2 representa la probabilidad de encontrar al electrón en una zona del espacio.

• Estas funciones nos expresan la forma, energía, tamaño y orientación de los orbitales

ECUACIÓN DE SHRODINGER PARA EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO

Partícula más pequeña de un elemento químico .

ÁTOMONÚCLEO ATÓMICO

Contiene más de 200 nucleones

importantesPROTONES (p+)

1.672x10-24 g

1.0073 (unidad de masa atómica)+1.6022x10-19

C (carga absoluta)+1 (carga relativa)

NEUTRONES (n) 1.675x10-24 g

1.0087 (unidad de masa atómica)

0 (carga absoluta)

0 (carga relativa)

ZONA EXTRANUCLEAR parte externa del núcleoElectrón (e- )

9.1095x10-28 g

0.00055 (unidad de masa atómica)-1.6022x10-19

C (carga absoluta)-1 (carga relativa)

regiones de máxima probabilidad

denominadas REEMPES u ORBITALES.

ISÓTOPOS O HÍLIDOSÁtomos de un mismo elemento

= número atómicodiferente masa atómica

Sus propiedades físicas son diferentes propiedades químicas

son similares.

Es un sistema dinámico y energético en equilibrio

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Nueva estructura para el átomo

• En la nueva estructura del átomo, los neutrones y protones están formados por los quarks up (u) y down (d), que son las nuevas partículas elementales.

Los protones contienen uud - carga = +eLos neutrones contienen udd - carga = 0

quarks electrón

23

e+

13

e- -e

carga

u

d e

Núcleo atómico

PROTONES

Formado por tres quarks

Unidos por gwons.

NEUTRONES

Formado por tres quarks.

• Es el número de protones presentes en el núcleo

• En el caso de un átomo eléctricamente neutro se cumple:

Z = Número de protones = # p+

Z = número de protones = número de electrones

NÚMERO ATÓMICO O CARGA NUCLEAR

A = número de protones + número de neutrones

A = Z + N

N = A - Z

Unidad de masa atómica: masas de los protones y neutrones en números enteros. 1 UMA 241066,1 x

NÚMERO DE MASA O PESO ATÓMICO

ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO

La zona extranuclear es la regiónque rodea la parte externa delnúcleo donde se hallan los electrones en movimiento, ubicados específicamente en las regiones de máxima probabilidad denominadas REEMPES u ORBITALES.

NIVELES DE ENERGÍA (N)

• Hay dos formas de representar los niveles de energía:• Representación de los niveles con letras: K L M N O P Q• Representación de los niveles de energía con números: 1 2 3 4 5 6 7

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DISTRIBUCIÓN DE NIVELES Y SUBNIVELES DE ENERGÍA

En un mismo nivelde energía hay electrones que se diferencian ligeramente en su valor de energía;por esa razón cada nivel se encuentra constituido de uno o más subniveles, así:

Nive-les

1 2 3 4 5 6 7

K L M N O P Q

Sub-nive-les

s s s s s s s

p p p p p p

d d d d

f f

ORBITAL O REEMPE

Es la región donde hay la máxima probabilidad de encontrar un electrón. Un orbital debe tener como máximo 2 electrones y estos deben tener como característica un “Spin”.

Una solución de la Ec. de Schrödinger para un electrón debe satisfacer tres condiciones cuánticas que corresponden a las tres dimensiones espaciales. Cada condición cuántico introduce un entero → número cuántico

PRINCIPIO DE AUFBAUDescribe la forma en la cual se distribuye orbitalmente cada electrón para cada elemento subsiguiente de mayor número atómico.

• Configuración electrónica abreviada de cualquier elemento, partiendo del gas noble cuyo símbolo está cerrado en corchetes y enseguida los subniveles que completan la configuración electrónica del elemento en cuestión.

• Gas noble [He] [Ne] [Ar] [Kr] [Xe] [Rn]

REGLA DE KERNELL

• Para simplificar una configuración electrónica, se debe partir

del gas noble cuyo número de electrones o número atómico

sea inmediato inferior al átomo que se desea representar y

completar el llenado de los subniveles con los electrones

faltantes, por ejemplo:

• Para hacer la configuración electrónica del sodio 11Na, se parte

del Ne ya que es el inmediato inferior al 11 y se escriben los

subniveles faltantes que completarán la configuración, es decir:

APLICACIÓN DE LA REGLA DE KERNELL

IONES

Son los átomos dotados de carga eléctrica, debido a que han ganado o perdido electrones

CATIÓN = IÓN POSITIVO ANIÓN = IÓN NEGATIVO

Resultan cuando el átomo ha perdido electrones.

.

# p = Z # e = Z - x

Resultan cuando el átomo ha ganado electrones.

# p = Z#e = Z + y

13517

Cl24020

Ca

e = 20 – 2 = 18 e = 17 + 1 = 18

Números cuánticos

Número Cuántico

Valores permitidos

Determina para el electrón

Define para el orbital

Principal(n)

n = 1, 2, 3,...∞.

El nivel principal de energía.

tamaño o volumen efectivo

Secundario o azimutal (ℓ)

ℓ = 0, 1, 2, ...(n-1)

El subnivel donde se encuentra → dentro de un determinado nivel de energía.

La forma geométrica espacial.

Continuación

Magnético(mℓ)

mℓ = -ℓ, ..., 0, ...+ ℓ

El orbital donde se encuentra → dentro de un subnivel determinado.

La orientación espacial que adopta bajo la influencia de un campo magnético externo.

Spinmagnético(ms)

ms = +1/2, -1/2

El sentido de rotación alrededor de su eje imaginario.

No está asociado.

POSIBLES NÚMEROS CUÁNTICOS

n l m s1s 1 0 0 1/22s 2 0 0 1/22p 2 1 –1,0,1 1/23s 3 0 0 1/23p 3 1 –1,0,1 1/23d 3 2 –2, –1,0,1,2 1/24s 4 0 0 1/24p 4 1 –1,0,1 1/24d 4 2 –2, –1,0,1,2 1/24f 4 3 –3,–2, –1,0,1,2,3 1/2

DIAMAGNÉTICO Y PARAMAGNÉTICO

• Un electrón es una carga eléctrica en movimiento que induce un campo magnético.

• ÁTOMO O ION DIAMAGNÉTICO →todos los electrones están apareados y los efectos magnéticos individuales se cancelan.

• ÁTOMO O ION PARAMAGNÉTICO → tiene electrones desapareados y los efectos magnéticos individuales no se cancelan.

TABLA PERIÓDICA

Elementos

Número atómico

Periodos

Clasificación Elementos

Propiedades

Grupos

Masa atómica

Electronegatividad

Caracter metálico

Bloques

Por sus propiedades

Energía de ionización

Reactividad

Afinidad electrónica

MetalesNo metalesMetaloides

TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS

LAS PROPIEDADES PERIÓDICAS VARÍAN DE LA SIGUIENTE MANERA

ENERGÍA DE IONIZACION

MASA ATÓMICA

masa de un átomo → determinado elemento

químico.media ponderada de las

masas de los distintos isótopos de cada

elemento →abundancia relativa de cada uno de

ellos

1 uma = 1.67 · 10-27

Kg

MOL

Cantidad de sustancia de un sistema

Contiene tantas unidades elementales como átomos hay en 12 g de Carbono 12.

Equivale al número de Avogadro (NA).

Número de avogadro

Mediante diversos experimentos científicos se ha determinado que el número de átomos que hay en 12g de 12C es 6.0221367 ·1023

Este número recibe el nombre de

número de Avogadro

HIPÓTESIS DE AVOGADRO

• 1 mol de cualquier compuesto tiene una masa lo que corresponde a su masa molecular y contiene 6,023·1023 moléculas.

• El número de avogadro ⇒ NA = 6,023·1023 átomos, iones o moléculas.

• Así, un mol de monóxido de carbono tiene una masa de 28 gramos y contiene 6,023·1023 moléculas de CO.

Continuación

– Por ejemplo:• Un mol de átomos de sodio contiene N átomos de sodio.• Un mol de iones de sodio (Na+) contiene N iones de sodio.• Un mol de moléculas de agua contiene N moléculas.• Un mol de electrones contiene N electrones.

• Tal como fue establecido previamente de que todos los átomos de sodio tenían el mismo promedio de masa, un mol de átomos de sodio tendrá siempre la misma masa, un mol de moléculas de agua tendrá siempre la misma masa.

MASA MOLAR

Masa de un mol de átomos, moléculas, iones, etc.

Se expresa en Kg/mol o g/mol.

Su valor numérico coincide con la masa atómica relativa o masa molecular relativa.

RELACIÓN ENTRE CANTIDAD DE SUSTANCIA Y MASA MOLAR

• La relación nos proporciona los números de moles:

• Es decir:

UNIDADES DE CONCENTRACIONES FÍSICAS

• Concentración de una disolución → se refiere al peso, volumen o número de partículas de soluto presentes en una determinada cantidad de disolvente.

• Unidades de concentración: Porcentaje en masa Porcentaje en volumen Porcentaje masa /volumen Partes por millón

Donde:( % P / P ) soluto = % masa soluto/ masa de solución. m soluto : masa del soluto medida en [ g ]m solución : masa de la solución medida en [ g ]

PORCENTAJE MASA/MASAm(solución) = m(soluto) + m(solvente)

Donde:( % V / V ) soluto = % volumen soluto / volumen de solución V soluto : volumen del soluto medida en [ ml ]V solución : volumen de la solución medida en [ ml ].

PORCENTAJE VOLUMEN/VOLUMEN

V(solución) = V(soluto) + V(solvente)

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2005/06/quimbach/apuntes_estructura.pdf

Donde:( % m / V) = % masa soluto/ volumen de solución. m soluto : masa del soluto medida en [ g ]V solución : volumen de la solución medida en [ ml ].

PORCENTAJE MASA/VOLUMEN

Conocer la composición porcentual

% en masa de

elementos

Suponemos que la muestra contiene 100g

Gramos de cada

elemento

Usar pesos

atómicos

Moles de cada

elemento

Calcular relación molar

Fórmula empírica

Fórmula empírica

x un número entero

Conocer la fómula empírica

Fórmula molecular