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4.- C0NCEPCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA DEL TOMO.La electrlisis, las descargas en los gases y la radiactividad nos muestran que el tomo no es indivisible, es complejo, y evidencian adems su naturaleza elctrica. Estos hechos ponan en evidencia la necesidad de considerar a los tomos provistos de una estructura interna que pudiera dar cuenta de este comportamiento. A continuacin se exponen las primeras teoras e investigaciones en torno a la estructura del tomo. Inicialmente, la mayora de los filsofos consideraban que la materia era infinitamente divisible. Aristteles (383 322 a. C.) supuso que deba haber un tamao mnimo de materia que conserve las propiedades del cuerpo de que forma parte. A esta diminuta partcula la llam mnimo natural. Ms tarde, en el siglo V a. C., Demcrito propuso que la materia se compone de pequesimas partculas a las que llam tomo. 4.1. MODELO ATMICO DE DALTON. La propuesta de Demcrito, al no poder demostrarse, cay en el olvido; no fue sino hasta el perodo de 1803 1807 cuando el qumico ingls John Dalton precis la teora de los griegos y con las antiguas ideas logr explicar las relaciones de masa que guardan entre s todas las sustancias. La razn que impuls a Dalton a proponer una nueva teora atmica fue la bsqueda de una explicacin a las leyes qumicas que se haban deducido empricamente hasta el momento, como la ley de la conservacin y la ley de las proporciones definidas. La teora atmica de Dalton comprende los siguientes postulados: Cada elemento se compone de partculas diminutas e indivisibles llamadas tomos.

Los tomos de un elemento dado son todos idnticos y del mismo peso. Los compuestos qumicos se forman de la unin de tomos de diferentes elementos, que se combinan en proporciones fijas de nmeros enteros y sencillos. En una reaccin qumica se combinan tomos de ms de un elemento si que exista un cambio en los tomos mismos, pero si en la forma como se combinan estos. Dalton consider al tomo como una esfera maciza e indivisible.

4.2. TOMO DE J. J. THOMSON Pudn con pasas.

Joseph John Thomson, en 1904 poco despus de su descubrimiento del electrn propuso su modelo atmico. Las bases en que se apoy Thomson para elaborar su modelo fueron:

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Estructura de la materia a.- La materia neutra; lo que electrones, los materia cargada se presenta normalmente supone que junto a los tomos han de contener positivamente. a.-

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Casi todas las partculas alfa atravesaban la lmina sin sufrir desviacin alguna.

b.- Los electrones pueden ser extrados de los tomos de cualquier sustancia pero no ocurre igual con la carga positiva. Partiendo de dichas ideas, Thomson represent el tomo como una masa fluida cargada positivamente, en cuyo seno se hallaban distribuidos los electrones (como pasa en un pudn) en posiciones tales que el campo elctrico resultante exterior al tomo sea nulo. Se trata de un modelo eminentemente esttico. Con este modelo, los fenmenos elctricos relacionados con los rayos catdicos y los rayos positivos podan explicarse, al suponer que, con la diferencia de potencial, los electrones se desprenden de la superficie del tomo y se aceleran hacia el nodo. Los rayos positivos, a su vez, estaran formados por cationes, tomos o grupos de tomos que han perdido uno o vario de sus electrones y que se dirigen hacia el ctodo.

b.- Aproximadamente una partcula de cada 10,000 se desviaba ligeramente de su trayectoria. c.Un nmero extraordinariamente pequeo de las partculas que llegaba a la lmina, rebotaba en ella.

4.3.

RUTHERFORD NUCLEAR.

Y

EL

TOMO

Estos hechos llevaron a Rutherford a las siguientes conclusiones. 1.- El tomo esta prcticamente vaco, pues la mayora de las partculas alfa lo atraviesan sin dificultad. 2.- La desviacin de las partculas alfa y, sobre todo, el rebote que sufren algunas de ellas, solo se puede explicar si se admite que la casi totalidad de la masa del tomo se encuentra concentrada en un NCLEO de dimensiones muy pequeas comparado con el tamao del tomo (el dimetro del tomo sera unas 10,000 mayor que el del ncleo). 3.- En el ncleo se debe concentrar tambin toda la carga positiva del tomo.

MODELO PLANETARIO.En 1909 (1913) dos discpulos de Ernest Rutherford, H. Geiger y Marsden, observaron que al bombardear una lmina delgada de oro, con rayos alfa (partculas con carga positiva), algunas partculas rebotaban como si hubiesen chocado con un obstculo macizo. Creyeron que se trataba de un error; trataron de eliminarlo, sin embargo el fenmeno se present cada vez que realizaron el experimento. Los resultados del experimento fueron:

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Estructura de la materia Rutherford estudiando la trayectoria de las partculas alfa, pudo calcular la carga del ncleo. El ncleo de oro tiene una carga equivalente a la de 79 protones. 4.- Los electrones deben estar situados a distancias relativamente muy grandes del ncleo, constituyendo la corteza del tomo. Puesto que este es neutro, debe contener tantos electrones como protones. En 1911 Rutherford plante que el tomo deba ser semejante a un pequeo sistema planetario: un ncleo en el centro y unos electrones girando a su alrededor como lo hacen los planetas alrededor del sol. La fuerza de atraccin electroesttica desempeara en el tomo el mismo papel que la gravitatoria en el sistema planetario. Puesto que la masa del electrn es unas 1,837 veces ms pequea que la del protn, la masa de la corteza es poco importante en comparacin con la del ncleo. Por tanto, la masa nuclear es prcticamente igual a la del tomo.

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equivale a una radiacin electromagntica. Tal radiacin supone una emisin de energa que necesariamente deber proceder del tomo y, ms concretamente, del electrn que gira. De este modo el electrn deber perder energa, o sea, ir movindose cada vez ms despacio. Pero en ese caso, la fuerza de atraccin electrosttica se har mayor que la centrpeta y el electrn se ir acercando cada vez ms al ncleo hasta que, ya sin energa, se unir a l y se habr destruido este sistema planetario. 6.- NMERO ATMICO (Z) Y NMERO MSICO (A) El fsico ingls H. G. MOSELEY public en el ao de 1913 los resultados de varios experimentos en los que se haban usado diversos elementos como blancos en un tubo de rayos X. Ciertas propiedades de los rayos X generados, en particular sus longitudes de onda, variaban de acuerdo con el material empleado. Moseley pudo relacionar estas longitudes de onda mediante una ecuacin matemtica en la que se deba asignar a cada elemento un nmero entero nico. Estos nmeros enteros los denomin NMEROS ATMICOS. El resultado ms notable fue que estos coincidan con la carga nuclear descrita por Rutherford. Entonces se llama NMERO ATMICO Z, de un elemento, al nmero de protones que tiene en su ncleo. El nmero de protones varan segn la clase de tomos, siendo igual para los tomos de un mismo elemento.

El modelo atmico propuesto por Rutherford no sera estable, como vamos a ver a continuacin. Un electrn animado de un movimiento de rotacin es una partcula acelerada que, por poseer carga, equivale a una corriente elctrica variable que, de acuerdo con la teora electromagntica, crea un campo magntico variable; ste, a su vez, origina uno elctrico, tambin variable, y todo esto

En un tomo elctricamente neutro, el nmero de electrones debe ser igual al nmero atmico (Z); por lo tanto el nmero atmico (z) indica: 1.- El nmero de protones que hay en el ncleo. 2.- El nmero de electrones que existe en la envoltura.

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Estructura de la materia 3.- El lugar que le corresponde al elemento en la tabla peridica. La masa total de un tomo queda determinada por el nmero total de protones y neutrones que contiene el ncleo. Entonces se LLAMA NMERO MSICO (A), a la suma del nmero de protones (Z), ms el nmero de neutrones N. A = Z+N En forma simplificada, el nmero de masa (A) y el nmero atmico (Z) de un tomo se puede escribir con el respectivo smbolo.A

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son cantidades determinadas de energa las que se ponen de manifiesto. TEORA CUNTICA DE MAX PLANCK (1900). TEORA CUNTICA DE LA RADIACIN La luz y cualquier radiacin electromagntica no es emitida ni absorbida de manera continua sino en forma de CUANTOS o PAQUETES, porciones discontinuas denominadas FOTONES (cantidad mnima de energa de la luz u otra radiacin electromagntica). La teora cuntica establece que la radiacin est formada por CUANTOS Y FOTONES, cuya energa es proporcional a la frecuencia de la radiacin, es decir, E = h .v, donde v es la frecuencia y h una constante de proporcionalidad. Cuanto mayor sea v mayor ser la energa de cada fotn. Es importante sealar que la energa emitida o absorbida por cualquier cuerpo ha de ser siempre un mltiplo de hv, es decir, a de estar constituida por un nmero entero de fotones. El valor de la constante h, llamada constante de PLANCK, es extremadamente pequeo 6.624 X 10-27 erg/seg, por lo que los efectos de absorcin o emisin de un cuanto no son perceptibles en el mundo macroscpico. De aqu la impresin de continuidad de los procesos ordinarios de absorcin o emisin de energa.

Z

X

MODELO CUNTICO DE BOHRANTECEDENTES.Rutherford fue consciente de las limitaciones de su modelo atmico, empero no pudo perfeccionarlo por falta de hechos en los que basarse para continuar; su discpulo el fsico dans NIELS BOHR, nacido en 1885 y muerto en 1962, prosigui los estudios partiendo de las conclusiones de su maestro y usando la informacin proporcionada por los experimentos de HERTZ, la teora de los cuantos de PLANCK y los espectros visibles y ultravioleta del hidrgeno. Cabe destacar que por su teora atmica, gan el premio Nbel en 1922. EXPERIENCIA DE HERTZ. EFECTO FOTOELCTRICO. EL FOTN. El fsico alemn HEINRICH R. HERTZ descubri en el ao 1878 que cuando un metal recibe una radiacin electromagntica, puede emitir electrones. El fenmeno recibe el nombre de emisin fotoelctrica o efecto fotoelctrico, y que no se produce por debajo de una frecuencia umbral, lmite para la radiacin que lo provoca. De esta experiencia se concluye que los electrones no disponen de cualquier cantidad de energa, tanto para emitir como para absorber. En la emisin y absorcin Daniel Bsquez

ESPECTROSCOPACONCEPTOS BSICOS.ESPECTROSCOPA.- En fsica y qumica fsica, es el estudio de los espectros. La espectroscopia se basa en que cada elemento qumico tiene su espectro caracterstico ESPECTRO.- Serie de colores semejante a un arco iris; por este orden: violeta, azul, verde, amarillo, anaranjado y rojo, que se produce al dividir una luz compuesta como la luz blanca en sus colores constituyentes.

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Estructura de la materia El arco iris es un espectro natural producido por fenmenos meteorolgicos.

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ESPECTROSCOPIO En 1859, los cientficos alemanes Gustav Robert Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen fueron los primeros en darse cuenta de que cada elemento emite y absorbe luz de colores caractersticos, que componen su espectro. Desarrollaron el espectroscopio de prisma en su forma moderna y lo aplicaron al anlisis qumico. Este instrumento, que es uno de los dos tipos principales de espectroscopio, est formado por una rendija, un conjunto de lentes, un prisma y un ocular. La luz que va a ser analizada pasa por una lente colimadora, que produce un haz de luz estrecho y paralelo, y a continuacin por el prisma. Con el ocular se enfoca la imagen de la rendija. De hecho, lo que se ve son una serie de imgenes de la rendija, conocidas como lneas espectrales, cada una con un color diferente, porque el prisma separa la luz en los colores que la componen. Un segundo tipo de espectroscopio usado habitualmente es el espectroscopio de red, empleado por primera vez a comienzos del siglo XIX por el fsico alemn Joseph von Fraunhofer. En estos instrumentos, la luz se dispersa mediante una red de difraccin en lugar de un prisma. Una red de difraccin es una superficie especular de metal o vidrio sobre la que se ha trazado con un diamante un elevado nmero de lneas paralelas. Una buena red tiene una gran potencia dispersiva, por lo que permite mostrar detalles mucho ms finos en los espectros. Las lneas de la red de difraccin tambin se pueden trazar sobre un espejo cncavo, de

forma que la red sirva al mismo tiempo para enfocar la luz y sea innecesario el uso de lentes. En un espectroscopio de este tipo, la luz no necesita pasar por ninguna sustancia transparente, por lo que estos instrumentos se emplean en toda la regin ultravioleta y en la regin de rayos X. De lo anterior se deduce que el espectroscopio es un instrumento usado para separar la luz proveniente de una fuente de radiacin en sus partes componentes y para mostrar las partes en orden de longitud de onda creciente. La distribucin de longitudes de onda se llama espectro. Si el espectro se presenta en forma de grfica, el instrumento que lo registra se llama espectrgrafo. El paso de la luz de una fuente emisora a travs de un prisma produce un espectro de emisin. Como muestra la figura (grafico3.10 de qui 1 ), la luz solar separada en sus componentes por un prisma produce un arco iris de colores. Si un espectroscopio es iluminado con luz proveniente de un tubo de descarga elctrica que contiene hidrgeno, o con luz de un arco de mercurio, aparecen un nmero de lneas brillantes en el espectro de emisin. Este se denomina espectro de lneas. Cada lnea registra luz de diferente longitud de onda. El grfico muestra las diferentes lneas en la porcin visible de los espectros obtenidos para el mercurio y el hidrgeno. Cada elemento produce un espectro de lneas nico y caracterstico, sin importar la forma en que se encuentre. Las mismas lneas aparecen para el sodio, ya sea la fuente emisora sodio metlico, clorato de sodio o alguna otra molcula que contenga sodio. Este hecho hace que el espectrgrafo sea un instrumento valioso para identificar los diferentes elementos. Como cada elemento tiene su propio espectro caracterstico y debido a que aquello que distingue un elemento de otro es su estructura atmica, cualquier explicacin de los espectros debe tambin explicar la estructura de los tomos.

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DE LOS EDELVIVES

AQU COPIAR REGULARIDAD ESPECTROSPAG 49-50 DE

SEGUNDO POSTULADO.Las orbitas en las que puede moverse el electrn estn cuantizadas de tal manera que su accin fsica es el cuanto elemental de accin o un mltiplo entero de l. La accin fsica es energa por tiempo y, teniendo en cuenta cuestiones elementales, podemos escribir. Accin = E.t = F.l.t F.t = m.v Accin = m.v.l Accin = cantidad de movimiento. Longitud de la orbita Accin = m.v.2 pi.r = nh, siendo n un nmero natural (1,2,3, ..) Al nmero n, que cuantiza las orbitas, se lo llam Nmero cuntico y ms tarde, al descubrirse otros nmero cuntico principal. Con estos dos principios aplicaos al tomo de hidrgeno se calculan radios, velocidades y energa del electrn en cualquier orbita posible. Como ejemplo vamos a calcular la primera orbita. Por el primer postulado:e2 r2 12 m. v1 r 1

J. RYDBERG (1890), descubri una frmula matemtica que le permita predecir exactamente las longitudes de onda a las cuales deban aparecer las lneas de un espectro. Ms tarde BOHR explic esta ecuacin en trminos de un modelo de electrones ordenados alrededor del ncleo. En el ao de 1913 BOHR formul su teora acerca de la estructura del tomo. En esencia, BOHR describe su modelo atmico a travs de tres postulados. PRIMER POSTULADO.Los tomos estn construidos segn el modelo de Rutherford, empero los electrones se mueven en rbitas circulares estables y no emiten energa mientras se mantienen en su orbita. Las rbitas (niveles de energa segn Bohr) se denominando adentro hacia fuera por las letras maysculas, K, L ,M,N,O,P y Q o por un nmero (n). GRF. P. 66 Q 10 Este postulado supone admitir la creencia de Rutherford de un ncleo macizo y positivo y de anulacin de fuerzas centrfuga y electroesttica sobre el electrn girando. En el tomo de hidrgeno se puede expresar. K . e2 /r2 = mv2/r En la que K vale la unidad si trabajamos en el sistema electroesttico de unidades. Tambin debemos admitir que no se cumple la ley electromagntica por la que toda carga acelerada emite energa radiante

=

(sistema electroesttico)

La carga y la masa del electrn son conocidas. e= 4,8080 . 10-10 u.e.e m= 9.118 . 10-28 g y resulta una relacin de v1 y r1 (1)

e2 =m v1 . 2 r 1Mundo qumico 1

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Por el segundo postulado: m.v1.2pir1 =nh relacin en la que conocemos m =9.118 . 10-28 g n =1 h =6.624 . 10-27 erg. Seg y que da una nueva relacin en v1 y r1 (2) m.v1.2pir1 = 1.h (1)y (2) forman un sistema de ecuaciones que nos da los valores de la velocidad y el radio de la orbita primera del electrn del hidrgeno; los valores que resultan son 2,2 . 108 cm/seg y 5,2 .10-9 cm. Con estos datos es muy fcil calcular la energa del electrn, por que es la suma de la energa cintica y potencial, energa =Ec +Ep = 12 m v1 + . 2 e2 r1

origen de energa; la energa depende solo de n, pues 22me4 h2 Es constante y se puede escribir energa = - R. 1/n2 TERCER POSTULADO.Un tomo emite energa cuando el electrn salta de una rbita superior activada a otra de menor activacin y la absorbe en el paso contrario. Graf pag. 68qy a1 Como la energa de las ondas emitidas viene por el producto h.vE =e e a e itid =E2 E2 = h. v n rg m a

Energa cintica.- es la que posee un cuerpo debido a su movimiento. Energa potencial.- es aquella que posee un cuerpo en virtud de su posicin o de su composicin qumica. Como la velocidad, radio y energa de las posibles orbitas del electrn son funciones del valor de n, podemos no concretar su valor y hallar estas relaciones que resultan ser: h2n2 Radio = 2e22 velocidad = 2m 4 h.n e

Siendo E2 la energa del estado inicial y E1 del final. La energa E2 depende del nmero cuntico de la rbita, n2, como E1 depende de n1. E 2 = -R(1/n22) ; E1 =

-R(1/n12)

La energa emitida ser: E = energa emitida = E 2 E1 = R(1/n21 1/n22) Las distintas orbitas fueron denominadas por las letras K, L, M, N, O, P, Q, o por sus nmeros cunticos principales 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. El nmero de electrones posibles est dado por la frmula 2n2. Entonces ser:

Energa =

La expresin de la energa se obtiene con signo negativo debido a que se ha tomado el origen de radios no coincidente con el

K

2 x 12 = 2 electrones

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Estructura de la materia L M N 0 P Q 2 x 22 = 8 electrones 2 x 32 = 18 electrones 2 x 42 = 32 electrones 2 x 52 = 50 electrones 2 x 62 = 72 electrones 2 x 72 = 98 electrones

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El antepenltimo nivel llevar el mnimo de 18 y el mximo de 32 electrones. Se aplica en los elementos localizados en las columnas I AB a la VII AB. Ejemplos.

En la prctica ningn elemento puede llevar en el ltimo nivel ms de 8 electrones (y un mnimo de 1); en la penltima no llevar menos de 8 ni ms de 18 electrones; asi mismo ninguna de sus rbitas intermedias llevar ms de 32 electrones. Por lo tanto la distribucin electrnica general que se tomar como base de acuerdo al modelo de Bohr, ser la siguiente:

Los niveles superiores se encuentran incompletos. El nivel externo de un tomo neutro no debe tener ms de 8 electrones. A pesar de su xito la teora de Bohr result incompleta por que con espectroscopios de gran precisin se observaron rayas que no podan explicarse.

CORRECCIN DE SOMMERFELDEn 1915 el fsico alemn Arnold Sommerfeld ampli el trabajo de Bohr, aplicndolo a posibles rbitas elpticas. El hecho experimental bsico que corrobor la correccin fue el perfeccionamiento de los espectros copios, que permitieron, con su mayor poder de resolucin, descubrir que casi todas las lneas del espectro del hidrgeno eran varias muy juntas y que por ello se haba credo que eran simples. Por ejemplo, la primera lnea de Lyman es un Conjunto de dos lneas muy prximas. Si analizamos las causas de este fenmeno hemos, de concluir que lo que Bohr crey estados nicos eran estados muy prximos entre s o, dicho de otra forma, donde se pens que haba una rbita circular para el electrn, debe haber varias rbitas muy prximas. Una explicacin grfica sencilla del desdoblamiento en dos de la primera lnea de Lyman se realiza sobre un diagrama de energa en que el nivel 1 permanezca sin multiplicidad, sin embargo el n = 2 sea en realidad un conjunto de dos muy prximos.

K L M N 0 P Q

2 electrones 8 electrones 18 electrones 32 electrones 32 electrones 18 electrones 8 electrones a 18 e 8e 1e

Para efectuar la distribucin electrnica tomaremos en consideracin que: El nmero de saturacin no puede ser cambiado. Vara el nmero de saturacin del nivel ms externo: El ltimo nivel puede llevar de 1 a 8 electrones. El penltimo nivel puede llevar como mnimo 8 y el mximo 18 electrones.

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Estructura de la materia Gra. Pag. 50 cerca de la qui.

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ocasionan las ligeras variaciones de energa que desdoblan las lneas

Despus de un estudio bastante ms complejo que el de Bohr, Sommerfeld encontr otro nmero cuntico que completa el primero y determina los posibles subniveles de energa para cada valor de n. Se llam nmero cuntico azimutal y lo formul mediante la letra ele minscula, l.

Gra.pag 52 cerca de la quimica. Sabemos que existen fuerzas entre polos magnticos que, si estn en movimiento, actuarn sobre ellos frenando o aumentando su velocidad y siempre variando la energa cintica que posean. Algo parecido ocurre con los electrones dentro de un campo magntico. La forma de solucionar el problema con el efecto Zeeman, ( cuando se obtiene el espectro del hidrgeno en presencia de un campo magntico, se observa un desdoblamiento de las rayas) nombre con que se conoce al fenmeno en honor del fsico holands que lo descubri, es pensar que para algunas de las rbitas de Sommerfeld existen varias orientaciones posibles en el espacio que interaccionan de forma distinta con el campo exterior;. Conocido el hecho de la distinta orientacin posible de las rbitas de Sommerfeld, Hubo que determinar un nuevo nmero cuntico que fijase su disposicin en el espacio. Se lo llam nmero cuntico magntico y se formul con la letra m minscula, m. Los valores encontrados para m son, para cada nmero cuntico azimutal determinado. Para determinar el electrn del hidrgeno en una de sus muchas posiciones se necesitan ahora tres nmeros cunticos. Escribo los tros posibles para n = 4 en el orden (n.l.m)

Grafo pag51 cerca de la quimica.

SEGUNDA CORRECCIN DEL TOMA DE BOHR EFECTO ZEEMANCuando se realiza la obtencin del espectro del hidrgeno, mientras la muestra de gas excitada est dentro de un campo magntico, se observa un nuevo desdoblamiento de la estructura fina analizada por Sommerfeld; cada una de las rayas finas da origen a varias. Este fenmeno desaparece al hacerlo el campo magntico, por lo que no se puede pensar que correspondan a nuevos estados distintos de energa del electrn. Es un efecto provocado por la interaccin del campo magntico exterior impuesto y el campo magntico creado por el electrn al girar en su orbita, y estas interacciones

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Estructura de la materia (4,0,0) (4,1,-1);(4,1,0);(4,1,+1) (4,2,-2);(4,2,-1);(4,2,0);(4,2,+1);(4,2,+2) (4,3,-3);(4,3,-2);(4,3,-1);(4,3,0);(4,3,+1); (4,3,+2);(4,3,+3) El nmero de las posibles orbitas crece a medida que aumenta el nmero cuntico principal y para cada valor de este coincide con la suma de igual cantidad de impares (2l+1): 1, 1+3, 1+3+5, 1+3+5+7, etc. Es decir, 1, 4, 9, 16, etc., para los nmeros cunticos principales 1, 2, 3, 4, etc., respectivamente

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cuantizadas por llevar asociada una energa y para determinar estas cuntizaciones hay que establecer un cuarto nmero cuntico, el de giro o SPIN, formulado con la letra s minscula, s. Sus valores son +1/2 y -1/2, siendo independiente de los otros nmeros cunticos. Con estas aportacin se puede explicar el efecto Zeeman anmalo, ya que los dos campos magnticos distintos debidos al spin puede dar, para cada estado anterior estudiado, dos distintos. El contenido energtico de ellos es idntico (estados degenerados) pero la orientacin del campo magntico total es diferente, lo que hace que la interaccin con el exterior sea distinta y aparezcan las dos rayas, aunque tan juntas que se confundieron durante mucho tiempo. Lo anterior equivale a multiplicar por 2 a las formas estudiadas para el electrn del hidrgeno, porque en cada rbita puede girar de dos modos distintos. Si queremos expresar mediante formulacin matemtica la situacin del electrn habremos de utilizar los cuatro nmeros cunticos (n,l,m,s). Para n = 1, el electrn del hidrgeno puede estar segn (1,0,0,1/2), (1,0,0,- ). Para n= 2. (2,0,0,1/2), (2,0,0,-1/2) (2,1,-1,1/2), (2,1,-1,-1/2), (2,1,0,1/2), (2,1,0,1/2), (2,1,1,1/2) (2,1,1,-1/2) .. El nmero de estados para las rbitas K (n=1) es 2. El nmero de estado para las rbitas L (n=2) es 8. El nmero de estado para las rbitas M (n=3) es 18. En general el nmero de estado es 2n2. A pesar de estas sucesivas correcciones, el tomo de Bohr, concebido como un conjunto de partculas en sistema planetario, se ha visto incapaz de solucionar y coordinar las nuevas informaciones sobre los electrones, por lo que ha habido que buscar una concepcin nueva del tomo. Esto no quiere decir que no se puede usar

TERCERA CORRECCIN DEL TOMO DE BOHR. EFECTO ZEEMAN ANMALO.Analizando ms cuidadosamente los espectros obtenidos en efecto Zeeman, se comprob que cada lnea de ellos eran dos muy juntas, empero diferenciadas perfectamente. Este hecho recibi el nombre de EFECTO ZEEMAN ANMALO. Para explicarlo, Uhlenbeck y Goldsmith propusieron considerar al electrn como una esfera cargada que puede girar sobre si misma. Este nuevo movimiento considerado produce un campo magntico, que sumado al provocado por el de traslacin en su orbita da el campo magntico total del electrn. Pag. 54 gra. Cer. Qui.

El giro sobre si mismo puede ser de varias formas, cada una de las cuales contribuir de manera distinta al campo magntico total. Las rotaciones estarn

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Estructura de la materia para resolver muchos problemas sencillos a los que da solucin.

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MODELO ATMICO ACTUALMODELO ATMICO CUNTICA MODELO TOMO MECNICO DE LA MECNICA DEL

matrices de Heisemberg, y otro con mayor aspecto fsico, que es la mecnica ondulatoria de Schrodinger, que es la que vamos a considerar. Los principios bsicos de los que parte son: 1.- El dualismo corpsculo onda. 2.- El principio de incertidumbre, y 3.- la teora de los cuantos de Planck. CONCEPTO BSICO.

ONDULATORIO

CONCEPTO BSICO.TEORA CUNTICA. Teora cuntica.- teora fsica basada en la utilizacin del concepto de unidad cuntica para describir las propiedades dinmicas de las partculas subatmicas y las interacciones entre la materia y la radiacin. Las bases de la teora fueron sentadas por el fsico alemn Max Planck, que en 1900 postul que la materia slo puede emitir o absorber energa en pequeas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribucin fundamental al desarrollo de la teora fue el principio de incertidumbre, formulado por el fsico alemn Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultneamente la posicin y el momento lineal de una partcula subatmica.

Dualidad onda-corpsculo.Posesin de propiedades tanto ondulatorias como corpusculares por parte de los objetos subatmicos. El principio fundamental de la teora cuntica es que una entidad que estamos acostumbrados a considerar como una partcula (por ejemplo, un electrn, con un momento lineal p) puede comportarse tambin como una onda, mientras que otras entidades que solemos concebir como ondas (por ejemplo, la luz, con una longitud de onda ) tambin pueden describirse como corpsculos (en este caso, fotones). La longitud de onda y el momento lineal p de una entidad cuntica estn relacionados por la ecuacin p = h, donde h es una constante conocida como constante de Planck. DUALISMO ONDA - CORPSCULO (LOUIS VICTOR DE BROGLIE, 1924).

ANTECEDENTES.LA MECNICA CUNTICA.Para resolver los problemas que presentaba la teora atmica, los fsicos WERNER HEISENBERG, alemn, y ERWIN SCHRODINGER, austriaco, crearon en 1925 (26) de forma independiente, una doctrina que fue posteriormente ampliada y organizada por los fsicos M. BORN, alemn, P DIRAC, ingls, y JORDN alemn, y se conoce con el nombre de MECNICA CUNTICA. La Mecnica Cuntica puede estudiar la estructura atmica desde dos puntos de vista diferentes: uno puramente terico y matemtico, que constituye la mecnica de Daniel Bsquez

NEWTON enunci la naturaleza corpuscular de la luz; HUYGENS estudi su aspecto ondulatorio y a travs de l logr explicar los fenmenos de reflexin, refraccin y difraccin refractar. tr. Fs. Hacer que cambie de direccin un rayo de luz u otra radiacin electromagntica al pasar oblicuamente de un medio a otro de diferente velocidad de propagacin difraccin. (Der. de diffractus, roto, quebrado). f. pt. Desviacin del rayo luminoso al rozar el borde de un cuerpo opaco

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Estructura de la materia En 1887 se descubri el efecto foto elctrico que necesita para ser explicado del aspecto corpuscular. El efecto COMPTON (choque de electrones) asegur la necesidad de conciliar los dos aspectos ondulatorio y corpuscular para la luz.

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Es imposible conocer con exactitud y a la vez la posicin y la velocidad de una partcula. La hiptesis de Heisemberg est plenamente aceptada y el principio de incertidumbre se ha generalizado a muchos ms aspectos que los cuantitativos, y as se dice por, ejemplo, que ignoramos la realidad concreta del electrn en un tomo, es una esfera definida de masa y carga?, es una nube dispersa de masa y carga?, responde a otra realidad?... No estamos seguros de lo que es el electrn. Es considerado con una imagen u otra segn nos convenga para explicar los fenmenos. Quiz todas las descripciones sean aspectos posibles de su realidad fsica, completndose unos con otros. LA ECUACIN DE SCHRODINGER. En 1926, Edwin Schrodinger describi el comportamiento del electrn en un tomo de acuerdo con consideraciones estadsticas, en trminos probabilsticos. Schrodinger consider que la trayectoria definida del electrn, segn Bohr, debe sustituirse por la probabilidad de hallarlo en una zona del espacio perifrico al ncleo atmico. Esta probabilididad es tambin la densidad electrnica o nube de carga electrnica, de modo que las regiones donde existe una alta probabilidad de encontrar al electrn, son las zonas de alta densidad electrnica. Las ecuaciones de Schrodinger delimitan regiones en el espacio, que corresponden, ms o menos a los orbitales establecidos por Bohr, pero que designan las zonas en las cuales la probabilidad de hallar un electrn, en un momento dado, es muy alta. Es decir, no podemos decir donde estar ese electrn en un momento t, sino cual es la probabilidad de que dicha partcula se encuentre en la zona observada en ese momento. Estos orbitales se describen por medio de cuatro parmetros, llamados nmeros cunticos. POSTULADOS ONDULATORIA DE LA MECNICA

LOUIS VICTOR DE BROGLIE fsico francs en 1924 encontr la relacin entre las magnitudes asociadas a los dos aspectos:

mc2 hv

Energa asociada a la masa = Energa asociada a la onda = Mc2 = hv = h/mc

y se pregunt por qu, si el fotn o corpsculo de luz lleva una onda asociada, no puede hacerlo cualquier otra partcula. Crey que era posible y enunci su clebre postulado: Todas las partculas elementales manifiestan un dualismo onda partcula, llevando una onda asociada. Esta hiptesis ha sido confirmada en lo que respecta al electrn por Davisson y Germen en 1927, al lograr difractar un haz de electrones. Hoy se domina esta tcnica perfectamente y se usa en los microscopios electrnicos. Si los electrones sufren difraccin es por que son ondas. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE HEISEMBERG 1927. Se sabe que es imposible hacer una medida en el tomo sin interaccionar con l. Para obtener de l informacin hay que excitarle con energa, bombardendole, para que conteste. Empero esta informacin no es del sistema que exista antes de nuestra actuacin, que es el que deseamos conocer, sino de uno deformado. Siempre se observa con alguna incertidumbre todo sistema. Debido a esto Heisemberg enunci en 1927:

El desarrollo de la M. O. (Mecnica Ondulatoria) se ha hecho aplicando los anteriores principios mediante seis

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Estructura de la materia postulados. Para unos objetivos de ligera e intuitiva iniciacin bastan los dos primeros. PRIMER POSTULADO DE LA M. O. El estado de un sistema viene dado por una funcin, llamada funcin de estado, que debe ser aceptable. Si hemos admitido que cada partcula lleva asociada una onda, tiene que existir una ecuacin de onda que la describa. En fsica elemental se estudian las ecuaciones de los movimientos ondulatorios: es lgico pensar que tambin las ondas asociadas a las partculas podrn describirse mediante una relacin matemtica de variables o ecuacin de onda. La funcin de estado se simboliza por la letra griega u y depende de las coordenadas del espacio de todas las partculas que existan en el sistema, y del tiempo. En el caso del electrn del hidrgeno ser (x, y, z, t) por referirse a una sola partcula. La condicin de aceptable que aparece en la formulacin del postulado se refiere a que debe ser uniforme, continua y con cuadrado integrable. SEGUNDO POSTULADO DE LA M. 0. A cada observable del sistema corresponde un operador de la ecuacin de ondas o funcin de estado. Se llama observable en M. O. a todo aspecto del sistema susceptible de ser medido. Por ejemplo, la posicin es una observable por que se puede medir en un NMEROS CUNTICOS. El modelo Mecnico Ondulatorio del tomo describe cada electrn en trminos de cuatro nmeros cunticos que son: n, l, m y s. Estos nmeros permiten calcular la energa del electrn y predecir el rea alrededor del ncleo donde se puede encontrar el electrn. NMERO CUNTICO PRINCIPAL (n).

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sistema de ejes; el impulso, mv, porque la velocidad y la masa se pueden medir; la energa, etc. Se llama operador en matemtica al smbolo de una operacin. As el operador d/dx es el smbolo de la operacin derivada respecto a la variable x, d/dx(y=x 3) y= 3x2

dy/dx=d(x 3)/dx

y el operador lg2 es el smbolo de otra operacin. La M. O. construye de tal forma la ecuacin de ondas que, aplicando operadores adecuados a ella, se obtiene toda la informacin deseable del sistema. Existe el operador posicin que, aplicado sobre u , da la expresin de la posicin; el operador impulso, el operador energa o hamiltoniano, etc. El ms importante de los operadores es el de energa o hamiltoniano. Consta de dos partes: una opera sobre la energa cintica y otra sobre la potencial. Se simboliza con una H y su expresin es H = - h2/8pi2m(v)2 + v La lectura de la expresin es operador hamiltoniano igual a menos la constante de Planck al cuadrado dividido por ocho pi cuadrado veces la masa de la partcula, factor comn de la suma de las segundas derivadas parciales de la funcin respecto a x, y, z; y todo ello sumando de la funcin energa potencial V. El nmero cuntico principal puede tener cualquier valor entero positivo, y estos pueden ir desde n = 1 a n = 7. El nmero cuntico principal determina el nivel de energa principal o capa donde se encuentra el electrn. La capa n = 1 es la ms cercana al ncleo y tiene la menor energa. De esto se deduce que mientras mayor sea el valor de n, la distancia entre un electrn presente all y el ncleo atmico ser mayor. De la misma manera la energa que esta partcula posea ser mayor. Cada nivel cuntico se satura o lleva un determinado nmero de electrones que corresponde a la frmula 2n2, as:

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Nivel de energa (n) 1 2 3 4

Nmero de epor nivel (2n2) 2 8 18 32

Los niveles superiores son incompletos.

Nmero cuntico Principal N 1 2 3 4

Nmero azimutal l l = n-1 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3

cuntico

Estado correspondiente para el electrn y frmula

rbita circular 1s rbita rbita rbita rbita rbita rbita rbita rbita rbita circular 2s elptica 2p circular 3s elptica 3p elptica 3d circular 4s elptica 4p elptica 4d elptica 4f

NUMERO CUNTICO ORBITAL O AZIMUTAL (l).

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Este nmero cuntico determina el subnivel o subcapa dentro del nivel principal de energa. Indica la forma de la nube electrnica u orbital alrededor del ncleo. Los nmeros cunticos orbitales se designan por las letras s, p, d, f. Estas letras representan las caractersticas de las lneas espectrales que sirven para identificarlas. s = Sharp o neta. p = Principal. d = Difusa. f = Fundamental. Para cada valor de n, l puede tomar todos los valores comprendidos entre 0 y (n-1). Por lo tanto estos valores se obtienen relacionando los niveles n y l con la frmula l = n-1. Veamos de donde salen estos valores.

Si Si Si Si

n n n n

= = = =

1, 2, 3, 4,

l l l l

= = = =

o, 1, 2, 3,

l = n-1, l = n-1, l = n-1, l = n-1,

l = 1-1, l = 2-1, l = 3-1, l = 4-1,

l=0 l=1 l=2 l=3

uno o ms orbitales electrnicos, y el nmero cuntico magntico describe el nmero de orbitales de determinada clase en cada nivel principal de energa. Para cada valor de l, m puede tomar todos los

NMERO CUNTICO MAGNTICO (m o ml). Define la orientacin que pueden presentar los orbitales de un mismo subnivel en relacin con un campo magntico externo. Cada subnivel consta de valores enteros comprendidos entre -l y + l. As, si l = 2, los valores posibles de m sern: -2, -1, 0, +1, +2.

Subnivel

Valore s de l = n-1 0 1 2 3

s p d f

Nmero de electrone s 2(2l+1) 2(2.0+1) =2 2(2.1+1) =6 2(2.2+1) = 10 2(2.3+1) = 14

Represen tacin

s2 p6 d10 f14

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Nmero Cuntico principal (n) 1

Nmero cuntico azimutal (l) 0 0

Nmero Cuntico Magntico (m) 0 0 -1 0 1 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2

Descripcin De la rbita Circunferencia Circunferencia elipse de eje mayor XX elipse de eje mayor ZZ elipse de eje mayor YY Circunferencia elipse de eje mayor XX elipse eje mayor ZZ elipse de eje mayor yy Elipse Elipse Elipse Lipse Elipse

Formulacin De la rbita 1s 2s 2px 2pz 2py 3s 3px 3pz 3py 3dxy 3dxz 3dz2 3dyz 3dx2- y2

2

1 0 1

3 2

NMERO CUNTICO POR ESPN (s 0 ms). Describe la orientacin del giro del electrn. Puede tener valores de +1/2 o -1/2. Ser +1/2 cuando gira en el sentido de las manecillas del reloj y -1/2 en sentido contrario. Este giro tambin se puede representar por medio de flechas contrarias.

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ORBITALES ATMICOS (OA). Cada conjunto de valores de n, l y m constituye lo que en mecnica cuntica se llama un orbital, y este es la regin del espacio prxima al ncleo del tomo, en donde existe mayor probabilidad de encontrar el electrn. FORMA DE LOS ORBITALES.Como se mencion antes, el valor del nmero cuntico azimutal, l, indica la forma de cada orbital particular o subnivel, as: Si l = 0, la regin del espacio es esfrica y se representa con la letra s; por tanto, el orbital s tiene forma esfrica y cuando hay un solo electrn se sombrea.

Si l = 1, la regin del espacio presenta dos lbulos orientados en cada uno de los tres ejes: x, y, z; por tanto, los orbitales p tienen forma parecida a dos peras unidas por la parte delgada, tambin se dice que tienen la forma de pesas de gimnasia o de corbata de lazo.

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Si l = 2, la regin del espacio tiene forma de elipsoides, con direcciones y tamaos distintos a los p. El orbital dz2 tiene una forma especial

CONFIGURACIN ELECTRNICA TOMOS (NOTACIN ESPECTRAL)

DE

Debe detenerse en cuenta ciertos principios o reglas que permiten asignar configuraciones electrnicas probablemente para los tomos de los diferentes elementos. Es un principio fundamental que la configuracin electrnica asignada debe estar de acuerdo con el comportamiento experimental

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observado, el que generalmente se refleja en datos espectroscopios electromagnticos. 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2, 5f14, 6d10, 7p6, 6f14, 7d10, 7f14. 1.- Los elementos tienden a ocupar orbitales de energa mnima. A partir de un diagrama de niveles energticos es posible establecer la secuencia con la que se llena los orbitales. Experimentalmente el esquema de energa para los orbitales en tomos se representa as:

En un tomo no pueden existir 2 electrones que posean los cuatro nmeros cunticos iguales. 1e n1 Mo ms 2e n1 ms

El mismo orden de energa de los subniveles no es necesariamente el orden de energa de los niveles. A partir del nivel 3 se representa una anteposicin de los subniveles del nivel de mayor energa en relacin con algunos de los subniveles del nivel de menor energa. En el caso concreto 4s tiene menor energa que el 3d y si el 5s tiene menor energa que los subniveles 4d y 4f. En 1925 Wolfang estableci un principio que lleva su nombre y estableci que:

El principio de la multiciplicidad mxima( regla de ), bsicamente los electrones de un tomo se distribuyen en los subniveles de menor energa o regla general, un subnivel debe llenarse por completo antes de ocupar el siguiente. Esta regla fue propuesta por Hung y se la conoce como el principio de la multiciplicidad mxima. Hung tambin aclar que los electrones se van ubicando uno a uno en los orbitales de un mismo subnivel. Solo cuando cada orbital de un mismo subnivel posee un electrn, se comienza a ubicar con ellos electrones con Espines contarios. Por tradicin cientfica existe una frmula particular de representar la distribucin de los electrones de un tomo. a).- En primer lugar los fsicos escriben el nmero cuntico principal (1, 2) a la izquierda del nmero cuntico secundario, el cual se representa con una letra. b).- El nmero de electrones presentes en cada subnivel se escribe en la parte superior derecha del nmero cuntico secundario.

2 secundario

# de electrones # Cuntico

# Cuntico principal

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TABLA PERIDICA ELEMENTOS QUMICOS.

DE

LOS

El descubrimiento de los elementos y la necesidad de su clasificacin.- el concepto actual de elemento segn la idea de Boiler desarrollado posteriormente por Laboisier condujo en primer lugar a establecer que sustancias de los entonces conocidos eran elementos en el estudio de las propiedades de los cuerpos, ha aislar estos elementos a partir de sus compuestos. La identificacin de toda la serie de elementos naturales, hoy concreta conocida, ha exigido muchsimos aos de intensa labor y en la actualidad, la investigacin en este campo est dirigida a la creacin de nuevos elementos producidos artificialmente, en una tarea que por sus medios, objetivo y alcance sobrepasan en grado zumo la gran obra de los alquimistas. El descubrimiento de un gran nmero de elementos y el estudio de sus propiedades puso enseguida de manifiesto entre algunos de ellos ciertas semejanzas tal como las existen entre el Cl, Br y I o entre el Na y el K los cuales se comportan qumicamente de manera parecida. Este indujo a los qumicos a buscar una clasificacin de los elementos no solo con el objeto de felicitar sus conocimientos y descripcin sistemtica en funcin de sus analogas y diferencias sino, ms importante para promover direcciones en las que la investigacin pudiese concluir a nuevos avances en el conocimiento de la materia. Una primera divisin de los elementos atendieron a su aspecto y propiedades fsicas fue en metales y no metales

llamados impropiamente metaloides, realizada por Laboisier. Laboisier en su tabla de las sustancias agrupa los elementos en no metlicos formadores de cidos, metlicos formadores de cidos, formadores de sales, etc. Y Dumas estableci diversas familias naturales de elementos tal como los algenos (F, Cl, Br, I, At). La de los anfgenos exceptuando el O (S, Se, Te, Po), etc. Atendiendo a su anlogo comportamiento qumico, pero estas y otras divisiones de los elementos tenan un carcter particular y en algunos casos eran completamente artificiosas. La determinacin de los pesos atmicos proporcion la base para la clasificacin general de los elementos, al ser la masa de los tomos su propiedad comn ms significativa.

TRIADAS DE DOBEREINER Y LA LEY DE LAS OCTAVAS DE NEWLANDS. Un primer paso en la clasificacin de los elementos se deben a Jhon Wofgang Dobereiner qumico alemn que en 1817 mostr que el peso atmico del (Sr) era aproximadamente igual al valor medio de los pesos del (Ca) y (Ba ) elementos qumicamente anlogos al (Sr). En 1829 demostr la estructura de otros grupos de tres elementos que se denominan triadas (Cl, Br, I) otra triada (Li, Na, K) en los que apareca la misma relacin para el peso atmico del correspondiente elemento intermedio, segn puede observarse a continuacin, con los valores actuales de los pesos atmicos. Formula:

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1er + 3er 2

marcadamente en sus propiedades fsicas y qumicas y en sus valencias, pero los 7 elementos siguientes (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl) so0n muy parecidos a los anteriores de Elemento Peso atmico Cr 35.457 Br 79.916 I 126.92

Elemento Peso atmico C 40.08 Sr 87.63 Ba 137.36

Elemento Peso Elemento Peso atmico atmico Li 6.94 S 32.066 Na 22.997 Se 78.96 K 39.096 Te 127.61 la primera octava. La tercera octava principal con el K, anlogo, Li, Na, al que sigue el Ca, parecido al Be, y Mg, pero ms all de estos dos elementos la ley de las Hacia 1850 los qumicos habrn llegado a octavas de Newlands ya no puede aplicarse, identificar unas 20 triadas lo que indicaba pues hasta llegar al Br, el elemento ms la existencia entre los elementos de una prximo parecido al Cl existen 17 elementos cierta regularidad. en vez de 7. En1862 Alexandre Emile Beguyer de La ley de las octavas marcaba las Chancourtois construy su Viss Tellurique diferencias la divisin de los elementos en en los que los elementos estaban situados familias naturales (grupos) y en periodos, por orden ascendente de pesos atmicos en pero la periocidad de 8 pareca tan una hlice arrollada sobre un cilindro arbitraria y fantasiosa que la idea de vertical cuyos puntos correspondientes Newlands fue incluso ridiculizada al diferan en 16 unidades de peso atmico. indicrsele sino se obtendran anlogos Los elementos anlogos caan prcticamente resultados o alguna armona insospechada al en la misma generatriz y, por tanto, disponer los elementos en orden alfabtico. apareca una cierta repeticin peridica de propiedades, pero su diagrama pareci muy complicado y artificial y recibi poca atencin. En 1864 el qumico ingls Johnn Newlands orden los elementos en orden crecientes de sus pesos atmicos en grupos de 8, y observ que el octavo elemento a partir de uno cualquiera podra considerarse como una repeticin del primero de manera anloga al las notas en la escala musical. Dejando a parte el H elemento de menos peso atmico los 7 elementos siguientes (Li3, Be4, B5, C6, N7, O8, F9) difieren

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CLASIFICACIN PERIDICA DE LOS ELEMENTOS DE MENDELEEV. Los elementos parciales de clasificacin de los elementos fueron superados por Dmitri Ivanovich famoso qumico ruso, el cual, al estudiar las relaciones entre las propiedades fsicas y qumicas de los elementos y en especial las valencias y los pesos atmicos hall una repeticin peridica de las propiedades de los elementos y sus correspondientes compuestos cuando los elementos se ordenan por orden creciente de sus pesos atmicos. Los periodos e intervalos no tenan siempre la misma longitud, la diferencia de los propuesto de Newlands pero en cada uno exista una anlogo variacin gradual de las propiedades de los elementos de manera que los elementos de un mismo grupo o familia se correspondan en los sucesivos periodos. Sobre esta base de las propiedades de los elementos con funcin peridica de sus pesos atmicos, Mendeleev public en 1869 su tabla peridica en la cual estaba ordenada todos los elementos entonces conocidos (63) y de modo que los elementos

de cada familia aparece situado en una misma fila horizontal y no como es costumbre en la misma columna o grupo. Convencido del carcter general de su tabla no dud en dejar vaco algunos lugares en la tabla as como el de invertir el orden del Teluro (128) y el Yodo (127) y de suponer dudosos los peso de algunos elementos. Dos aos ms tarde Mendeleev modific su tabla variando la posicin de algunos elementos como consecuencia de los nuevos valores de sus pesos atmicos. En esta nueva poca Julius Lothor Meyer insigne mdico, qumico alemn, estudio tambin la relacin entre el peso atmico de los elementos y sus propiedades fsicas, lo que lo llevo a representar grficamente los volmenes atmicos, fusibilidad, volatilidad y comportamiento electroqumico y otras propiedades de los elementos en funcin de sus pesos atmicos, mostrando todos los grficos de una variacin peridica. Lothor Meyer propuso en 1869 una tabla peridica incompleta parecida a la de Mendeleev en la que dejaba tambin lugares vacos para elementos que an no se haban descubierto, pero fue conocida con posterioridad a la de Mendeleev la cul era ms completa, ms sencilla y ms audaz. En 1871 propuso una tabla peridica con 8 columnas obtenidas por desdoblamientos de los periodos largos en dos periodos externos de 7 elementos (Grupos I al VIII, subgrupo a, b) y un grupo central formado por tres elementos anlogos (grupo VIII). Los periodos quedaron dispuestos en filas horizontales y los grupos en columnas tal como se conoce actualmente. El descubrimiento del He, caus a Mendeleev una gran contrariodidad ya que el nuevo elemento no tena lugar adecuado en la

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tabla, pero en el fondo fue una brillantsima confirmacin de su ley peridica y que el He junto con los dems gases nobles descubiertos seguidamente constituy el grupo de la tabla peridica.

Li z = 3 = 1s2, 2s1. Na z = 11= 1s2, 2s2, 2p6,3s1 Todos los elementos en el grupo VIIa tienen orbitales externos designados por n s2, n p5, lo que significa que poseen 7 electrones en el ltimo nivel de energa. F z =9 1s2, 2s2, 2p5 Cl z =17 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p5 Algunos grupos de elementos nombre de familia as: reciben

ESTRUCTURA GENERAL DE LA TABLA PERIDICA MODERNA. En la tabla peridica moderna o formacin larga del sistema peridico se ordena los elementos de acuerdo con su nmero atmico en forma creciente y est diferenciada en columnas verticales de los elementos conocidas como grupos o familias, y en las filas horizontales denominadas periodos.

GRUPOS O FAMILIAS. En la tabla se designan los grupos con nmeros romanos y letras. Los grupos ( Ia al VIIIa) se conoce como elementos representativos, los grupos(b) (-2b), junto con el ocho y las series lantnidos y actnidos, comprenden a los elementos de transicin; el grupo 0 est integrado por los llamados gases nobles o inertes. Los elementos que estn ubicados en un mismo grupo presentan propiedades qumicas semejantes; las propiedades qumicas de un elemento dependen de los electrones que presenten sus tomos en el ltimo nivel de energa, los cuales se conocen como electrones de valencia (segn Mendeleev). Todos los electrones en el grupo Ia tienen un orbital externo representando por n = s1, donde n es el nmero cuntico principal de la capa externa.

1.- Los elementos del grupo Ia se denominan metales alcalinos; est constituido por los elementos ( H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) se caracteriza por ser blandos, de puntos de fusin baja y densidades bajas, sus tomos presentan electrn en su capa ms externa. Su oxidacin es de +1 y su valencia es 1. Qumicamente son bastante reactivos; se combinan directamente con no metales para formar sales. Con el agua desprenden H y dan soluciones a cuosas de Hidrxido: (Na+H NaH). El nmero aunque pertenece al grupo Ia no se incluye como alcalino, ya que sus propiedades lo diferencian de ellos. Estos elementos tienen valenia 1 y nmero de oxidacin +1. 2.- Los elementos del grupo IIa se llaman metales alcalinos trreos y est integrado por los elementos (Be4, Mg12, Ca20, Sr38, Ba56, Ra88). Son ms duros, ms densos y con puntos de fusin ms elevados que los elementos alcalinos; no son tan reactivos como aquellos aunque reaccionan lentamente en agua fra, los tomos de cada elemento poseen 2 electrones en la capa ms externa (n s2).

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Presentan valencia 2 y nmero de oxidacin +2. 3.- Los elementos del grupo IIIa (B5, Al13, Ga31, In49, Tl81) presentan propiedades qumicas que varan de no metal (anfteros) a metal a medida que aumenta su nmero atmico. Todos son metales exceptuando el B y sus tomos tienen 3 electrones en su ltima capa (ns2; np1). Tienen valencia 3 y el nmero de oxidacin +3 y +1. 4.- Los elementos del grupo IVa o familia del C lo integran (C6, Si14, Ge32, Sn50, Pb82), cambian de carcter de no metlico a metlico as, el C y el Si se consideran no metales y se caracterizan por formar compuestos de cadenas largas tales como hidrocarburos y silicatos. El Ge, Sn y Pb poseen caractersticas metlicas. Los elementos de este grupo presentan 4 electrones en su nivel ms externo, es decir, su configuracin electrnica termina en (ns2, np2) su valencia es de 4 y su nmero de oxidacin es de +2 y +4. La electronegatividad y energa de ionizacin disminuyen al descender en el grupo. 5.- El grupo Va o familia del N la integran los elementos (N7, P15, As33, Sb51, Bi83). El nitrgeno y el P son elementos no metales; el As y el Sb son anfteros y el Bi es metal. Su configuracin electrnica indica que poseen 5 electrones en el ltimo nivel, es decir, (ns2; np3). Tienen valencia 5 y nmero de oxidacin +1, +2, +3, +4, +5 para el N +3 y +5 para los dems. La electronegatividad y energa de ionizacin disminuye al descender en el grupo.

6.- Al grupo VIa o familia de los anfgenos que estn formado (O8, S16, Se34, Te52, Po84). Presentan propiedades qumicas de no metales menos el Po que es un metal. Sus tomos presentan 6 electrones en su ltimo nivel, es decir, su configuracin electrnica es (ns2, np4). Tienen valencia 6 y nmero de oxidacin -2 para el O, y +2, +4, +6 S; Se, Te. La electronegatividad disminuye al descender en el grupo y la energa de ionizacin disminuye a lo largo del grupo. 7.- Los elementos del grupo VIIa se denominan algenos que significa formador de sal y describe una de sus propiedades caractersticas, o sea la capacidad para formar compuestos inicos o sales al combinarse en metales integran este grupo (F9, Cl17, Br35, I53, At85). Son elementos no metlicos y bastantes reactivos. Todos presentan 7 electrones en el ltimo nivel de energa, porque es decir su distribucin electrnica termina en (ns2, np5). La reactividad decrece al descender en el grupo. Su valencia es 7 y sus nmeros de oxidacin dependen del elemento por ejemplo: F-1, Cl +1, +3, +5, +7, Br -1, +3, +5, +7, I +1, +3, +5, At +5, +7. 8.- El grupo VIIIa se denominan los gases inertes, porque se crea que qumicamente eran inertes, sin embargo, recientemente se han descubierto que son capaces de formar compuestos, por los que ahora se acostumbra llamarlos gases nobles. Este grupo esta formado por (He2; Ne10; Ar18; Kr36; Xe54; Rn86). Los elementos de este grupo presentan distribucin electrnica en el ltimo nivel

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(ns2, np6), exceptuando el Helio que nicamente tiene 2 electrones en total. Tienen valencia 8 y nmero de oxidacin 0. No tienen electronegatividad y la energa de ionizacin es alta y decrece a lo largo del grupo de arriba hacia abajo.

o de las tierras raras. Se inicia con el Cesio y termina con el Lutencio. El sptimo y ltimo periodo se encuentra incompleto; una serie de 14 miembros extrado y colocado fuera de la tabla se conoce con el nombre de Actnidos. Este grupo al principio contena al menos 32 elementos y finalizara con otro gas noble de nmero atmico 118. La tabla peridica permite tambin clasificar los elementos en metales, no metales y gases nobles. Una lnea diagonal quebrada al lado izquierdo indica los metales y al lado derecho los no metales. Aquellos que se encuentran cerca de la diagonal presentan propiedades de metales de y no metales. ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIDICA Periodo # de Comienza Termina elementos con: con: 1 2 H He 2 8 Li Ne 3 8 Na Ar 4 18 K Kr 5 18 Rb Xe 6 32 Cs Rn 7 32 Fr Vu Suma 118 total

PERIODOS Los periodos se rigen de arriba hacia abajo. Son 7 y estn marcados con nmero arbicos (n1 a n7), que representan los nmeros cunticos principales (n). El lugar que ocupa cada elemento dentro de su grupo esta determinado, adems del nmero de electrones ene el ltimo nivel, por los nmeros de niveles de energa ubicada en la misma fila horizontal o periodo. El primer periodo solo lo componen dos elementos (muy corto) H; He. Sigue el segundo periodo (2 y 3) de ocho elementos de cada uno (corto) que comprenden: Perio2= (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne) Perio3= (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar,) Los periodos 4 y 5 contienen 18 elementos cada uno; ocho de ellos pertenecen a los grupos a y 10 elementos denominados de transicin desde el potasio el criptn, rubidio al xenn. Periodo4= (K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Kr) Periodo5= (Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Xe) Siguen un sexto periodo con 32 elementos, 14 de ellos se han colocado fuera de la tabla y reciben el nombre de serie lantnida

METALES MONOVALENTES(1) Litio Sodio Potasio Rubidio BIVALENTES(2)

Cesio Francio Argn NH4

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Berilio Magnesio Calcio Estroncio

Bario Radio Zinc Cadmio

Rodio

Rutenio

TRIVALENTES(3) Aluminio Itrio Disproncio Iterbio Erbio Lantanio Escandio Lutencio Europio Holmio Galio Samario Gadolinio Terbio Indio Tulio Grupo Elemento # de Valencia oxidacin + VIIa F 1 7 Cl 1, 3, 5, 7 1 7 Br 1, 3, 5, 7 1 7 I 1, 3, 5, 7 1 7 At 1, 3, 5, 7 1 7 VIa O 2, 4, 6 1, 6 S 2, 4, 6 2 6 Se 2, 4, 6 2 6 Te 2, 4, 6 2 6 2 Va N 1, 2, 3, 4, 1, 5 P 5 3 5 As 1, 2, 3, 5 3 5 Sb 1, 2, 3, 5 3 5 1, 2, 3, 5 3 IVa C 2, 4 4 4 Si 2, 4 4 4 IIIa B 3 3 3 TETRAVALENTES(3) Germanio Paladio Osmio Iridio Torio

MONOVALENTES Y BIBALENTES(1, 2) Cobre Mercurio MONOVALENTES T RIVALENTES(1, 3) Cobre Mercurio

BIVALENTES Y TRIVANLENTES(2, 3) Hierro Cobalto Nquel Manganecio Cromo BIVALENTES Y TETRAVALENTES(2, 4) Plomo Estao Europio TRIVALENTES Y TETRAVALENTES(3, 4) Cesio Praseodimio TRIVALENTES Y PENTAVALENTES(3, 5) Niobio Tantalio Vanadio Bismuto

Platino Renio Hafnio Circonio Titanio

Elementos de transicin.- Se caracteriza porque en la distribucin electrnica terminan en d, s. Los elementos de transicin se representan con la letra b y el nmero romano que resulta de la suma de los electrones de los orbitales d y s, es decir penltima y ltimo nivel. Cuando la

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suma de los valores da 3, 4, 5, 6, 7 corresponden a los grupos IIIb, IVb, Vb, VIb y VIIb respectivamente. Si la suma nos da como respuesta 8, 9 o 10 corresponden al grupo VIIIb de la primera segunda columna respectivamente. Si la suma da 11 y 12 corresponden a los grupos Ib y IIb respectivamente. Elementos de transicin interna.-se llaman tierras raras y se caracteriza porque en la distribucin electrnica terminan en 4f y 5f. Los elementos de transicin interna se encuentran formando dos filas de elementos fuera de la tabla peridica. La primera fila de elementos se inicia con lantno por esta razn se la conoce como serie lantnida pertenece al sexto periodo y terminan en: 4f y 6f La= 57 1s2,2s2, 2p6,3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d20, 5p6, 6s2, 4f1. La segunda fila de elementos se inicia con (Ac89) por esta razn se conoce con el nombre de la serie Actnida y termina en 5f y 7s y corresponden al sptimo nivel. Z= 99 1s2,2s2, 2p6,3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d20, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2, 5f11. Grupo IVa, periodo 7. Elementos ultra urnicos (Transurnicos).Estos elementos tiene el nmero atmico mayor de 92. (U92). Se llaman as porque son sintetizados artificialmente por radiaciones de bombardeos nucleares. Hasta la fecha se reconocen 103 elementos, y este, corresponde al (Lw, Laurencio).

Los elementos 104 y 105 no han sido reconocidos definitivamente, debido a que los pases inventores no definen su procedencia y su smbolo, por ejemplo al elemento 104 los rusos lo llaman Kurchatovio (Ku), y los norteamericanos lo denominan Ruterforio(Rf). El elemento 105 se llama Hamniun (Ha).

EL NMERO PERIDICA

ATMICO

Y

LA

LEY

Una ves distribuida los elementos en la tabla de acuerdo con su peso atmico se pens asignar a cada uno un nmero que indicara solamente su posicin en la serie. Inicialmente este nmero no tubo ningn significado fsico, hasta que Rutherford propuso su modelo atmico semejante al sistema solar, observ que la carga del ncleo tena un valor aproximado a la mitad del peso atmico. En efecto para muchos elementos la mitad de su peso atmico da el lugar que se ocupa en la tabla peridica. De acuerdo con esto se puede escribir: Z =a la carga del ncleo Z = PA Ejemplo: H2= 4.003/2= 2.0015= 2

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De esta manera Rutherford pudo deducir que la carga del ncleo es igual al nmero atmico (z), La hiptesis de Rutherford fue verificada ms tarde por Moseley quien dedujo a partir de sus trabajos con rayos x, que al ordenar los elementos en forma creciente del recin establecido nmero atmico, los elementos de propiedades semejantes aparecan en forma peridica. Una vez establecido el concepto de nmero atmico, se formul la ley peridica prcticamente en los trminos que se conocen en la actualidad; las propiedades fsicas y qumicas de los elementos son funciones peridicas de los nmeros atmicos o, tambin, al ordenar los elementos segn sus nmeros atmicos de menor a mayor, aquellos con semejanzas en sus propiedades fsicas y qumicas aparecen en forma peridica.

1869, junto con su sistema peridico. El volumen atmico analizado por este cientfico corresponde a los cc. Ocupados por un tomo gramo, es decir, por 6.02.1023 tomo; se puede hallar dividiendo el tomo gramo por la densidad. d = m/v. En un grupo el volumen crece con el nmero atmico de sus elementos porque Cada uno tiene una capa ms de electrones. En un perodo la variacin es ms compleja. Al empezar el perodo hay un volumen alto (empieza una capa de electrones nueva); despus, hay una contraccin del volumen, debido al aumento de carga positiva que experimenta el ncleo y a los pocos electrones que en el nuevo nivel hay, que con mucho espacio para ellos apenas se repelen; al final aumenta de nuevo debido debido a que la presencia de muchos electrones en el ltimo nivel provoca una fuerte repulsin entre ellos no compensada por la atraccin nuclear.

PROPIEDADES PERIDICAS Dentro de las propiedades peridicas se encuentran la configuracin electrnica, el radio atmico, el volumen atmico, la energa de ionizacin, la afinidad electrnica, la electronegatividad, el carcter metlico y el carcter bsico y carcter cido. 1.- VOLMEN ATMICO. El primer estudio serio sobre la variacin peridica de los volmenes atmicos fue publicado por Meyer en

de los alcalinos.

Volmenes atmicos

Elemento Volumen atmico, en cc Li 12.5 Na 22.8 K 43.4 Rb 53.1 Cs 66.9

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Volumen atmico de los elementos del tercer perodo.

Elem ento Volu men atm ico en cc

N a 22 .8

M g 13 .8

A l 9 , 9

Si 12 .0

P 13 .0

S 15 .0

Cl 16 .3

Ar 23 .4

1.- RADIO ATMICO El radio atmico es una medida del tamao de un tomo, es necesario anotar que, dada la imposibilidad de ubicar exactamente la posicin de un electrn alrededor del ncleo, sera utpico definir el radio de un tomo con la distancia del centro del ncleo al electrn externo. En cambio, lo que se hace es tomar la distancia entre dos tomos idnticos comprometidos en un enlace qumico, dividirla por 2 y asumir este valor como el radio atmico.

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En el sistema peridico el radio atmico disminuye de izquierda a derecha en los periodos y aumenta de arriba hacia abajo en los grupos.

LA ENERGA IONIZACIN.

O

POTENCIAL

DE

En general el potencial de ionizacin aumenta de izquierda a derecha en los perodos y disminuye al descender en los grupos. La energa de Ionizacin influye en la formacin del enlace qumico y en las propiedades reductoras de los elementos.

Si un tomo N cualquiera, elctricamente neutro, se le suministra suficiente energa, se desprenden 1 o varios electrones de valencia y queda el tomo cargado positivamente: N + Energa N+ + e

La energa necesaria para que un tomo neutro en estado gaseoso pierda uno de sus electrones de la ltima capa o de valencia se llama potencial de ionizacin o energa de ionizacin. La energa que se necesita para separar el primer electrn de un tomo se denomina primera energa de ionizacin. La energa requerida para separar el segundo electrn se denomina segunda energa de ionizacin y as sucesivamente. 1.- La primera energa de ionizacin vara segn la posicin de los elementos en la tabla peridica. Los metales alcalinos poseen baja la primera energa de ionizacin, mientras los gases nobles poseen los valores ms altos. Lo anterior confirma que la estructura atmica ms estables es de los gases nobles ya que la energa necesaria para remover un electrn es elevada. Por otro lado, el electrn del ltimo nivel de los metales alcalinos es arrancado fcilmente.

AFINIDAD ELECTRNICA. Se llama afinidad electrnica a la energa que libera un tomo cuando capta un electrn. El tomo queda con una carga negativa. N + 1e N-

Energa

+

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Si un tomo tiene bajo potencial de ionizacin, cede fcilmente sus electrones y no tender a ganarlo, siendo su afinidad electrnica baja; si el potencial es alto, el tomo no tiene tendencia a perder electrones y si a ganarlos, por lo que su afinidad es alta. La variacin de la afinidad electrnica en el sistema peridico es igual a la del potencial de ionizacin; sin embargo existe muchos elementos que carecen de valores para esta magnitud porque no aceptan en sus estructuras un electrn ms: alcalinos, gases nobles, etc.; para ellos se conviene el valor cero.

ELECTRONEGATIVIDAD Cuando los valores del potencial de ionizacin y la afinidad electrnica son altos para un mismo elemento, se dice que el elemento es muy electronegativo. Una ligera comparacin de los anlisis para la variacin del potencial de ionizacin y la afinidad electrnica en los grupos y perodos permite ver que varan en el mismo sentido, es decir, aumentan de izquierda a derecha en los perodos y disminuyen de arriba hacia abajo en los grupos. Dentro de lo puramente conceptual, la electronegatividad est dada por la suma del potencial de ionizacin y la afinidad electrnica, en razn de que ambos conceptos se refuerzan al estar apuntando a la misma direccin. Basado en esto, Pauling estableci la llamada escala de electronegatividad que lleva su nombre. En ella, los valores varan desde 4.0, para el flor, que es el elemento ms electronegativo hasta ahora conocido, hasta 0.7 para el francio, el menos electronegativo. As, los elementos ms electronegativos estn a la derecha y arriba de la tabla, y los menos electronegativos a la izquierda y abajo. La electronegatividad es una medida de la tendencia que tienen los tomos a atraer los electrones comprometidos en un enlace.

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Pauling defini la electronegatividad como La capacidad que tiene los tomos de atraerse y atraer los electrones que participan en un enlace qumico.

Los gases inertes forman un grupo aparte que no participa de los caracteres de metal de metal, ni de los de no metal. Los elementos metlicos tienen generalmente sus estructuras electrnicas externas con muy pocos electrones, que pierden para formar iones positivos X = Xn+1 + ne-

Todos los tomos con envuelta de frmula s1 y s2 son metales (H y He, no). Los de estructura electrnica externa s2p1 tambin son metales, pero los muy pequeos como el boro y aluminio, pierden los electrones con dificultad, porque son tres cargas a perder y estn muy cercas del ncleo. Los tomos con s2p2 de estructura externa no pierden electrones a no ser que sean muy voluminosos como el plomo y estao. Con estructura s2p3 solamente el bismuto puede considerarse como metal que forma iones positivos. Con ms de cinco electrones en su ltima capa no hay ningn metal, porque la cercana del octeto les hace tender a completar s2p6 por captura de electrones. CARCTER METLICO. Las anteriores propiedades peridicas se ligan ntimamente con el carcter metlico de un elemento. Es metal, desde el punto de vista electrnico, un elemento cuyos tomos ceden fcilmente electrones y no los aceptan. Es decir, un metal es muy poco electronegativo. Es no metal el que difcilmente cede electrones y s, algunas veces, los capta, es decir, muy electronegativo.

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CARCTER CIDO.

BSICO

Y

CARCTER

Como se dijo antes, hacia la derecha de la lnea quebrada que va del boro al astato se encuentran los elementos no metlicos y, hacia la izquierda, los metales. Los metales reaccionan con el oxgeno para dar xidos que, al disolverlos en agua, forman soluciones bsicas. Este comportamiento de los metales se puede representar as: metal + oxgeno = xido de metal xido de metal + agua = solucin bsica Ejemplo. Bi3 + O2= Bi2O3 xido de bismuto. Bi2O2 + H2O= Bi(OH)3 Los elementos del grupo IA tambin producen una solucin bsica por reaccin directa con el agua. En este caso, la reaccin es violenta y se produce con explosin. Adems, de la base producida se desprende hidrgeno. Na + H2O = Na(OH)+H2 Las caractersticas bsicas de los elementos estn ntimamente relacionadas con su carcter metlico y, por tanto, en la tabla peridica varan en el mismo sentido. El carcter bsico en los periodos disminuye de izquierda a derecha y en los grupos aumenta de arriba abajo. Los elementos no metlicos reaccionan con el oxgeno para dar xidos que, al disolverlos en agua, forman soluciones cidas. Una solucin es cida cuando, al

agregarle un indicador como la fenolftalena, no se produce ninguna coloracin. Al igual que una solucin bsica, tambin se puede identificar una solucin cida con el papel tornasol: El papel tornasol rojo permanece rojo y el azul se vuelve rojo. El comportamiento de los no metales con el oxgeno se puede describir as: No metal + oxgeno = xido del no metal. xido del no metal + agua = solucin cida. En particular, los elementos del grupo VIIA reaccionan con el hidrgeno para formar cidos. Cl2 + H2 = HCl Las caractersticas cidas de los elementos se relacionan ntimamente con su carcter no metlico y, por tanto, varan en el mismo sentido en la tabla peridica. El carcter cido en los perodos aumenta de izquierda a derecha y, en los grupos, de abajo hacia arriba.

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