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Estructura atmica y enlace

Los tomos constan principalmente de tres partculas subatmicas: protones, neutrones y electrones. El actual modelo simple de un tomo considera un ncleo muy pequeo de aproximadamente 1014 m de dimetro, rodeado por una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable, de tal suerte que el dimetro del tomo es del orden de 1010 m. El ncleo constituye casi toda la masa del tomo y contiene protones y neutrones.

El nmero atmico de un tomo indica el nmero de protones (partculas cargadas positivamente) que estn en su ncleo y en un tomo neutro, el nmero atmico es tambin igual al nmero de electrones de su nube de carga. Cada elemento tiene su propio nmero atmico caracterstico y, de este modo, el nmero atmico define al elemento. Los nmeros atmicos de los elementos desde el hidrgeno, que tiene un nmero atmico de 1, hasta el hahnio, cuyo nmero atmico es 105, se ubican encima de los smbolos atmicos de los elementos en la tabla peridica

Masas atmicas La masa atmica relativa de un elemento es la masa en gramos de 6.023 1023 tomos (nmero de Avogadro) de ese elemento. Las masas atmicas relativas de los elementos, desde el 1 hasta el 105, se localizan debajo de los smbolos atmicos en la tabla peridica de los elementos. El tomo de carbono, que tiene 6 protones y 6 neutrones, es el tomo de carbono 12 y su masa es la masa de referencia de las masas atmicas. Una unidad de masa atmica ( u ) se define exactamente como un doceavo de la masa de un tomo de carbono que tiene una masa de 12 u. Una masa atmica relativa molar de carbono 12 tiene una masa de 12 g en esta escala. Un mol-gramo o mol (abreviado, mol) de un elemento se define como el nmero en gramos de ese elemento igual al nmero que expresa su masa atmica relativa molar. As, por ejemplo, 1 mol-gramo de aluminio tiene una masa de 26.98 g y contiene 6.023 1023 tomos.

La teora atmica moderna seala que el nmero cuntico no es el nico elemento que caracteriza el movimiento de un electrn en torno a su ncleo y su energa, sino que tambin participan cuatro nmeros cunticos: principal n, secundario l, magntico ml y de spin ms

El nmero cuntico principal nEl nmero cuntico principal n corresponde a la n de la ecuacin de Bohr. Representa los niveles energticos principales del electrn o las rbitas. Cuanto mayor sea el valor de n, mayor ser la energa electrnica y la posibilidad de que el electrn est ms alejado del ncleo. Los valores de n son nmeros enteros positivos y varan entre 1 y 7.

El nmero cuntico secundario l

El segundo nmero cuntico es el cuntico secundario l. Este nmero cuntico especifica los subniveles de energa dentro de los niveles energticos principales (subrbita) donde la probabilidad de encontrar un electrn es alta si ese nivel energtico est ocupado. Los valores permitidos de l son l = 0, 1, 2, 3,, n 1. Las letras s, p, d y f se emplean 6 para denominar los subniveles energticos l de la siguiente manera:Nmero de denominacin l = 0 1 2 3Letra de denominacin l = s p d f

El nmero cuntico magntico mlEl tercer nmero cuntico, el ml, define la orientacin espacial de un orbital atmico y afectapoco la energa de un electrn. El nmero de las distintas orientaciones permitidas a un orbitaldepende del valor de l en un orbital determinado. El nmero cuntico ml tiene valorespermisibles entre -l y +l, incluso cero. Cuando l = 0, slo hay un valor permitido para ml, quees cero. Cuando l = 1, hay tres valores permitidos para ml, que son 1, 0, y +1. En general,hay 2l + 1 valores permitidos para ml. En trminos de la notacin de los orbitales s, p, d y f,hay un mximo de un orbital s, tres orbitales p, cinco orbitales d y siete orbitales f para cadauno de los subniveles energticos s, p, d y f permitidos.

El nmero cuntico de giro del electrn msEl cuarto nmero cuntico, el de spin ms, expresa las dos direcciones de giro permitidas parael giro del electrn en torno a su propio eje.

Tamao atmico. En general, a medida que aumenta el nmero cuntico principal, crece el tamao del tomo. Se dan, sin embargo, algunas excepciones en las que el tamao atmico en realidad se reduce.

Configuracin electrnica de los elementosLa configuracin electrnica de un tomo representa la distribucin de los electrones en sus orbitales. Las configuraciones electrnicas estn escritas en una notacin convencional que enumera en primer lugar al del nmero cuntico principal, seguido de una letra que indica elorbital s,

Por ejemplo, el cobre (Z = 29) tiene laconfiguracin electrnica externa 3d10 4s1. Podra esperarse que fuera 3d9 4s2, de acuerdo con el sistema especificado. No se conocen con certeza las razones de estas irregularidades

Estructura electrnica y reactividad qumica

Gases noblesLas propiedades qumicas de los tomos de los elementos dependen principalmente de la reactividad de sus electrones ms externos. Los gases nobles son los ms estables y menos reactivos de todos los elementos. Con la excepcin del helio, que tiene una configuracin electrnica 1s2, la capa exterior de los otros gases nobles (Ne, Ar, Kr, Xe y Rn) tiene una configuracin electrnica s2p6. Esta configuracin s2p6 para la capa ms externa dota de una alta estabilidad qumica, como se ha puesto de manifiesto en la relativa inactividad qumica de los gases nobles para reaccionar con otros tomos.

Elementos electropositivos y electronegativoLos elementos electropositivos son metlicos por naturaleza y ceden electrones en las reacciones qumicas para producir iones positivos o cationes. El nmero de electrones cedidos por tomo electropositivo de un elemento se indica por un nmero de oxidacin positivo. Los elementos electronegativos son no metlicos en esencia y aceptan electrones en las reacciones qumicas para producir iones negativos o aniones. El nmero de electrones aceptados por un tomo electronegativo de un elemento es indicado por un nmero de oxidacin negativo.

Algunos elementos de los grupos 4A hasta 7A de la tabla peridica pueden comportarse de manera electropositiva o electronegativa.

Nmeros de oxidacin de los elementos con respecto a sus posiciones en la tablaperidica.

Enlaces inicos. En este tipo de enlace intervienen fuerzas interatmicas elativamente grandes debidas a la transferencia de un electrn de un tomo a otro producindose iones que se mantienen unidos por fuerzas culombianas (atraccin de iones cargados positiva y negativamente). El enlace inico es un enlace no direccional relativamente fuerte.

Enlaces covalentes. Corresponden a fuerzas interatmicas relativamente grandes creadas cuando se comparten electrones para formar un enlace con una direccin localizada.

Enlaces metlicos. Implican fuerzas interatmicas relativamente grandes creadas cuando se comparten electrones en forma deslocalizada para formar un enlace fuerte no direccional entre los tomos.

Enlaces de dipolo permanente. Corresponden a enlaces intermoleculares relativamente dbiles que se forman entre molculas que tienen dipolos permanentes. El dipolo en una molcula existe debido a la asimetra en la distribucin de su densidad electrnica.

Enlaces dipolares variables. Entre los tomos puede formarse un enlace dipolar muy dbil debido a la distribucin asimtrica de las densidades electrnicas alrededor de sus ncleos. A este tipo de enlaces se les llama variables debido a que la densidad electrnicacontinuamente cambia con el tiempo

Los electrones externos (electrones de alta energa) son los electrones de valencia y su comportamiento determina la reactividad qumica de cada tomo.

Cada electrn est asociado a cuatro nmeros cunticos: el nmero cuntico principal n, el nmero cuntico secundario l, el nmero cuntico magntico ml y el nmero cuntico de giro ms. De acuerdo con el principio de exclusin de Pauli, dos electrones no pueden tener nunca los cuatro nmeros cunticos iguales. Los electrones tambin obedecen el principio de incertidumbre o indeterminacin de Heisenberg, que establece que es imposible determinar simultneamente el momento y la posicin de un electrn. As pues, la localizacin de los electrones en los tomos debe considerarse en trminos de la distribucin de las densidades electrnicas.