LICEO LUIS CRUZ MARTINEZ

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MODELO DE BOHR

Bohr postul: Los electrones en los tomos se encuentran en niveles de energa bien definidos; esto equivale a decir, que en el tomo los electrones pueden tener ciertas cantidades de energa potencial y no otras. As, al electrn le estaran permitidas slo ciertas rbitas. A cada rbita le corresponde un determinado nivel de energa; mientras ms alejada del ncleo se encuentre, mayor ser su nivel de energa.

Mientras los electrones permanezcan en un mismo nivel de energa (llamados estados estacionarios por Bohr) no ganan ni pierden energa.

Un electrn puede cambiar de un nivel a otro dentro del mismo tomo ganando o perdiendo una cantidad de energa igual a la diferencia existente entre ambos estados: De este modo, todo cambio energtico del electrn corresponder a Saltos que haga entre los estados estacionarios. Cualquier cambio de un electrn a un nivel de energa superior, ms externo, al que tiene en su estado fundamental, lleva al tomo a un estado excitado o de mayor energa. De este modo, si un electrn absorbe energa accede a un estado superior, es decir a una rbita ms alejada del ncleo. VER FIGURA.

En (a) se representa el paso del estado fundamental a un estado excitado y en (b) la situacin inversa.

Bohr lleg a establecer una ecuacin que permiti calcular la energa potencial de cada nivel energtico del tomo de hidrgeno, tomando en cuenta la carga y masa del electrn. Existen 7 niveles, y por lo tanto el nivel mximo de n para esos tomos es 7.

La ecuacin establecida por Bohr es:

En = -313 ,6 kcal / mol de electronesn2Donde : En = Energa potencial de cada estado estacionario.

n = Nmero cuntico principal que le corresponde al nivel. -313,6 = Constante que Bohr estableci considerando la masa y la carga elctrica

del electrn, adems de la constante de Planck.

EJEMPLOS: 1.- Cul es la energa potencial del primer estado estacionario?.

R.- Para el primer nivel n =1 aplicando la frmula nos da:

En = -313,6 = -313,6 kcal/mol

12

2.- Determine la energa potencial del segundo nivel de energa.

R.- Para el segundo nivel n = 2, Calculamos y nos queda:

E2 = - 313,6 Kcal /mol

22 E2 = -313,6 Kcal /mol

4

E2 = -78,4 kcal/mol 3.- Calcular el paso de 1e- de n=1 a n = 2

R.- E1-2 = E2 E 1

E1-2 = -78,4 (-313,6)

E 1-2 = +235,2 Kcal/ mol

(Es la energa que se requiere absorber electrn para pasar del nivel 1 al nivel 2)

3.- Calcular el paso de 1electrn del nivel: n = 2 al n = 1

R.- E2-1 = E1 E2

E2-1 = -313,6 Kcal / mol - (- 78.4 Kcal / mol)

E2-1 = - 235,2 Kcal / mol(Lo que quiere decir que el electrn pierde - 235,2 Kcal / mol en su medio)

El signo solo indica si se absorbe energa (positivo) o si se emite (negativo)

EJERCICIOS: Resuelva los siguientes ejercicios.

1.- Determinar la energa potencial de los siguientes niveles: segundo, tercero, cuarto, quinto, sexto y sptimo. 2.- Calcular el paso de 1 electrn desde n = 4 a n = 5 3.- Calcular el paso de l electrn desde n = 3 a n = 2

4.- Qu cantidad de energa absorbe 1mol de electrones que migra entre los niveles de

energa 6 y 7 de los correspondientes tomos de hidrgeno.?

MODELO MECANO CUANTICO

El modelo de Bohr, que consider al electrn como una partcula que al cambiar de nivel absorba o emita cuantos de energa, era exacto para el espectro del hidrgeno y otras especies dotadas de un electrn como helio y litio, pero no pudo justificar otras caractersticas que se observaron en dichos espectros.En 1924 Louis de Broglie propuso que el electrn tendra propiedades ondulatorias y de partcula y se le asign una longitud de onda al electrn.

En 1926 Werner Heissenberg (1901-1976) formula el principio de Incertidumbre, el cual establece que es imposible determinar simultneamente la posicin y velocidad exactas de un electrn.

En 1927 Erwin Schrodinger (1887-1961) propone una ecuacin matemtica que da al electrn el carcter de onda y de partcula simultneamente, ya que incluye la masa del electrn y una expresin que se considera la amplitud de onda de dicha partcula, la ecuacin de Schrodinger da la posicin ms probable del electrn en un tomo de hidrgeno, pero tambin establece que se le puede encontrar en otras posiciones.

A la regin espacial en que la probabilidad de encontrar al electrn es ms alta se le da el nombre de orbital.

NIVELES Y SUBNIVELES ENERGTICOS

Al perfeccionarse la espectroscopia se pudo observar que las lneas espectrales estaban constituidas por varias rayas ms finas agrupadas. Si las lneas gruesas representan la emisin hecha por los electrones al ingresar a un determinado nivel provenientes de otros de mayor energa, las rayas finas que las integran representan saltos de electrones dentro de un mismo nivel principal. Existen entonces, subniveles de energa a los que se les designa un nmero cuntico secundario (l).

NMEROS CUNTICOS

Nmero cuntico principal (n): Representa al nivel de energa (estado estacionario de Bohr) y su valor es un nmero entero positivo: 1, 2, 3, 4 etc y se le asocia a la idea del volumen del orbital o regin de probabilidad. Nmero cuntico secundario (l): Que identifica al subnivel de energa del electrn y se asocia a la forma del orbital. Sus valores dependen del nmero cuntico principal n, es decir, en cada nivel energtico principal, (l) puede tomar un mximo de n valores, que pueden ser 0, 1, 2, 3....... ( l = n 1 ) .

El valor que tome el nmero cuntico secundario (l) determina el tipo de orbital:

nValor del lTipo de orbital

10s

21p

32d

43f

Nmero cuntico magntico: ( m) describe las orientaciones espaciales permitidas, es decir el sentido magntico .Sus valores dependen de l y pueden ser nmeros enteros existentes entre: ( - l ,......... 0,....... +l ).Por ejemplo:

Valor del lTipo de orbital Valor del m

0s0

1p-1,0,+1

2d-2,-1, 0,+1,+2

3f-3, -2,- 1 ,0,+1,+2,+3

Numero cuntico spn (s): Describe el sentido del giro del electrn en torno a su propio eje, en un movimiento de rotacin este giro puede hacerlo slo en dos direcciones opuestas entre s. Este puede tener dos valores que son independientes de los otros tres nmeros cunticos del electrn que son: (-1/2, +1/2.)

Ejemplo: 1.- Dados los siguientes orbitales determine los 4 nmeros cunticos:

3p6 nmero de electrones y se obtiene m y s

Nivel de energa n

Forma del orbital la)En este caso se tiene que: -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2: s

n = 3

l = 1

m = +1

m: -1 0 +1

s = +1/2

b)En este caso se tiene que:

4d 6 =

-1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 : s

n= 4

l = 2

m: -2 -1 0 +1 +2m = -2

s = +1/2

c) En este caso se tiene que: -1/2 +1/2 : s

4 s1 =

n= 4

l= 0

m: 0

m= 0

s= -1/2

Ejercicios: Dados los 4 nmeros cunticos se determinan los orbitales por ejemplo:

1.- n= 3

-1/2 +!/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 : s

l= 1 = 3p5 = m=0 s= +1/2

m: -1 0 +1

2.- n= 4

-1/2 +1/2 1/2 +1/2 -1/2 +1/2 : s

l= 1

m=+1 = 4p3 =

s= -1/2 m: -1 0 +1

EJERCICIOS PROPUESTOS:

1) Dados los siguientes orbitales determine los 4 nmeros cunticos:

a) 4s1 = b) 3d8 = c) 2p6 = d) 5f10 = e) 1s2 =

f) 3p1 = g) 4p2 = h) 3p4= i) 4d2 = j) 4f4=

2) Dados los siguientes nmeros cunticos determine los orbitales al que corresponden:

a) n = 3 b) n = 5 c) n = 4 d) n = 3 e) n = 6l = 1 l = 3 l =1 l = 1 l = 1

m = +1 m =-3 m = +1 m = 0 m = 0s = +1/2 s = +1/2 s = -1/2 s = +1/2 s = 1/2

CONFIGURACIN ELECTRNICALa configuracin electrnica del tomo de un elemento corresponde a la ubicacin de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles energticos.

Para escribir la configuracin electrnica de un tomo es necesario:

1.- Saber el nmero de electrones que el tomo tiene; basta observar el nmero atmico del tomo en la tabla peridica.....Recuerda que: el nmero de electrones de un tomo neutro es igual al nmero atmico, es decir:

2.- Ubicar los electrones en cada uno de los niveles de energa comenzando desde el nivel ms cercano al ncleo ( n = 1).

3.- Respetar la capacidad mxima de cada subnivel.

Configuracin Electrnica : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 8s2.SUBNIVELES CON MS DE UN ORBITAL

Cuando un subnivel tiene ms de un orbital, es el caso de los subniveles: s, p, d y f, se cumplen dos principios que deben considerarse al escribir la configuracin electrnica: el principio de Pauling y la regla de Hund.

PRINCIPIO DE PAULING (O DE EXCLUSIN): Dice que cada orbital acepta como mximo dos electrones los que deben poseer espn contrario. El espn describe la direccin de giro del electrn sobre su eje.

LA REGLA DE HUND (O DE MXIMA MULTIPLICIDAD): Establece que los electrones van ocupando el subnivel ,de forma que cada electrn adicional que entra se ubica en orbitales diferentes con el mismo espn .Esta regla establece que el orden en que los electrones ocupan un subnivel es aquel que presenta el mayor nmero de electrones desapareados.

Ejemplo de Configuracin Electrnica:

1.- Determinar la configuracin electrnica para el F = Z = 9. Para ello debes saber que los exponentes de cada uno de los orbitales nos indican la cantidad de electrones que posee cada uno, por lo tanto debemos completar un total de 9 e-. Recuerde seguir siempre el mismo orden de la configuracin electrnica dado.

F = 9 = 1s2 2s2 2p5, si sumamos los exponentes nos dara: 2 + 2 + 5 = 9, es decir 9 e-.

2.- Determinar la configuracin electrnica para el C = Z = 6. Debemos completar 6 e- de

la configuracin electrnica dada.

C = 6 = 1s2 2s2 2p2, si sumamos los exponentes es: 2 + 2 + 2 = 6 e-3.- Determinar la configuracin electrnica para As = Z = 33. Debemos completar la

configuracin electrnica hasta un total de 33 electrones, es decir:

As = 33 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3, la suma da: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 10 + 3 = 334.- Si se tiene la siguiente configuracin determine el Z correspondiente:

a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6, para calcularlo sumamos todos los exponentes y esa suma correspondera al nmero atmico (Z), es decir: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 = 36. Por lo tanto Z = 36.

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1, al sumar los exponentes nos da: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 10 + 6 + 1 = 55. Por lo tanto Z = 55.

EJERCICIOS PROPUESTOS

I.- Determinar la configuracin electrnica de los siguientes nmeros atmicos:

a) Ca = Z = 20f) K = Z = 19

b) Mo = Z = 42g) Pb = Z = 82

c) Al = Z = 13h) Br = Z = 35

d) Cd = Z = 48i) Kr = Z = 36

e) Ne = Z = 10j) S = Z = 16

II.- Dada la configuracin electrnica determine el Z correspondiente:

a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d1b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 c) 1s2 2s2 2p6 3s2 d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d7f) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f10g) 1s2 2s2 h) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2i) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7TABLA PERIDICA

La importancia y uso de la tabla peridica se basa en que no es necesario la qumica de

cada uno de los elementos para tener un conocimiento elemental de esta ciencia, sino que al presentar propiedades similares entre ellos ,los elementos pueden agruparse de tal manera que las propiedades puedan recordarse.

Las propiedades de los elementos y de sus compuestos son funcin peridica del nmero atmico de los elementos. Es decir, a medida que aumenta el Z se observan propiedades similares a intervalos regulares.

PERIODOS

Son conjuntos de elementos dispuestos en lneas horizontales, con igual nmero de niveles energticos o capas electrnicas. Cada perodo se inicia con un metal activo y termina con un gas noble, haciendo un recorrido de izquierda a derecha. Tambin se considera como el nivel energtico ms alto. Adems se escriben con nmeros enteros positivos rabes: 1, 2, 3, 4, etc.

Ejemplo: 1s2 2s2 2p4 , en este caso se considera como nivel ms alto es: 2Otro ejemplo: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, para este caso se considera como nivel ms alto es el 4.

GRUPOS

Son conjuntos de elementos que poseen propiedades semejantes, puesto que tienen igual nmero de electrones en su nivel ms externo o capa de valencia. Corresponden a las columnas verticales. Tambin se considera a los electrones que se encuentran en el ltimo nivel energtico sumando todos los electrones de dicho nivel. Se escribe en nmeros romanos: I, II, III, etc.

Ejemplo: 1s2 2s2 2p4, para este caso se observa que el ltimo nivel energtico es el 2, siendo uno 2s2 y el otro 2p4 por lo tanto al sumar los electrones nos da: 2 + 4 = 6 e- , lo que significa que pertenece al grupo VI.

Otro ejemplo: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2, en este caso el ltimo nivel de energa es 4; siendo : 4s2 y el otro 4p2, sacando de entre los nmeros al 3d10 ya que pertenece al nivel 3 de energa. Por lo tanto nos da: 2 + 2 = 4 e-, es decir pertenece al grupo IV.

FAMILIAS

Existen diecisis familias, ocho de ellas se designan por un nmero romano seguido de una A y otras ocho con una B, colocados en el centro, estn formados por los elementos representativos o elementos activos. Los grupos B, colocados en el centro, estn formados por los elementos de transicin, que son menos activos que los representativos.

Tambin se considera el tipo de familia dependiendo al tipo de orbital en que hace su ingreso el ltimo electrn de la configuracin. Siendo familia A para orbitales s o p; y familia B en el caso de orbitales d o f. Debido al parecido que presentan los elementos de misma familia se ha asignado un nombre especial a cada una de ellas:

Grupo IA: Metales alcalinos (de lcali, cenizas)

Grupo IIA: Metales alcalinos trreos (de lcali en la tierra).

Grupo IIIA: Familia del boro.

Grupo IVA: Familia del carbono.

Grupo VA: Familia del nitrgeno.

Grupo VIA: Familia del oxigeno o anfgenos (calcgenos)

Grupo VIIA: Halgenos (formadores de sales)

Grupo O: Gases nobles o inertes (sin actividad)

CLASIFICACION DE ELEMENTOS QUMICOS

Los elementos qumicos adoptan tres actitudes bsicas para obtener o conservar su estabilidad:

l .- Los Metlicos: Se sienten llamados a ceder algunos de sus bienes;.Se ubican en la parte izquierda y central de la tabla.

2.- Los No Metales: Son aquellos que tienden a recibir, son malos conductores de la electricidad, se ubican en el sector derecho superior de la tabla.

3.-Gases Nobles: Se encuentran a gusto con su configuracin.

De acuerdo con su configuracin electrnica, los elementos qumicos se clasifican en: nobles gases, elementos representativos y elementos de transicin.

a) Gases Nobles: Son los que se ubican en el extremo derecho de la tabla peridica, en el grupo 0 (tambin 18): Helio, nen, argn, Kriptn, xenn y radn. Los tomos de estos gases con excepcin del helio, tiene 8 electrones de valencia. Esto significa que el ltimo nivel de energa tiene sus orbitales completos,8 e- distribuidos segn la configuracin ns2np6 , Donde n representa el nivel de energa ms externo.

b) Los elementos representativos: Se ubican en los grupos A de la tabla peridica .Estos elementos tienen sus electrones de valencia en los orbitales s o p y sus configuraciones externas van desde ns1 hasta ns2np5, excluyendo al 1s2 (Helio, que corresponde a un gas noble).c) Los elementos de transicin: Se sitan en los grupos B de la tabla peridica .Sus tomos presentan configuraciones ms complejas, los electrones de valencia encuentran en los orbitales d o f.

Ejemplos propuestos:

a) Para el Cl = Z 17, entonces la configuracin electrnica debe incluir 17 electrones.

Z = 17 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Entonces el Periodo es: 3, Grupo: VII y Familia: A

b) Para el Ba = 56, entonces debemos considerar una configuracin con 56 electrones.

Z = 56 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2. Entonces se puede conocer: Periodo: 6; Grupo: II y Familia: A

c) Si se conoce el Periodo: 4; Grupo: V y Familia: A. Entonces se debe comenzar a escribir la configuracin electrnica hasta que se encuentre el primer nivel energtico 4, es decir: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 , pero si observamos el grupo es V lo que significa que deben haber 5 electrones, por lo tanto se sigue escribiendo la configuracin electrnica hasta el otro nivel 4 y que se cumpla con el V , es decir : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3. Luego se considera el orbital p que corresponde a la familia A.

En este caso se tiene que Z = 33.EJERCICIOS PROPUESTOS.

I.- Determine la configuracin electrnica a los siguientes elementos, determinando: periodo, grupo, familia y adems ubique los elementos en una tabla muda que se presenta al final del mdulo.

1.- Ar = Z = 18

2.- F = Z = 9

3.- He = Z = 2

4.- Ca = Z = 20

5.- K = Z = 19

6.- I = Z = 53

7.- Al = Z = 13

II.- Determine el Z correspondiente si se tiene los siguientes datos:

1.- Periodo: 4; Grupo: V y Familia: A

2.- Periodo: 2; Grupo: I y Familia A

3.- Periodo: 3; Grupo: VII y Familia A.

4.- Periodo: 1; Grupo: VIII y Familia: A

5.- Periodo: 3; Grupo: III y Familia: A

6.- Periodo: 4; Grupo: IV y Familia: A

7.- Periodo: 2; Grupo: II y Familia: A.

Es caso excepcional: los elementos que pertenecen a la familia B, ya que se debe considerar combinacin de orbitales, es decir hay orbitales s y orbitales p. Por ejemplo:

a) Sc = Z = 21 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1, entonces se considera como:

Periodo: 4; Grupo: III (2 + 1 = 3) ; Familia: B

b) Ti = Z = 22: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2, entonces se considera como:

Periodo: 4; Grupo: IV (2 + 2 = 4); Familia: B.

c) V = Z = 23:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

d) Cr = Z = 24:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

e) Mn = Z = 25:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

f) Fe = Z = 26:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

g) Co = Z = 27:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

h) Ni = Z = 28:

Periodo: ; Grupo: ; Familia:

i) Cu = Z = 29: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9, luego se observa un ordenamiento de los electrones, por lo tanto queda 3d10 4s1, quedando completo el orbital d. Por lo tanto el Periodo: 4; Grupo: I y Familia B, ya que el ltimo electrn ingres en orbital d.

j) Zn = Z = 30: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10, se observa que orbital d est completo y el ltimo electrn ingresa en d. Periodo: 4; Grupo: II y Familia: B.

EJERCICIOS PROPUESTOSI.- Determine la configuracin electrnica a los siguientes elementos, determinando: periodo, grupo, familia y adems ubique los elementos en una tabla muda que se presenta al final del mdulo.

1.- Co = Z = 27

2.- Ag = Z = 47

3.- Zr = Z = 40

4.- Cu = Z = 29

5.- Mo = Z = 42

6.- Y = Z = 39

7.- Au = Z = 79

II.- Determine el Z correspondiente si se tiene los siguientes datos:

1.- Periodo: 4; Grupo: V y Familia B

2.- Periodo: 5; Grupo: I y Familia B

3.- Periodo: 4; Grupo: VII y Familia B.

4.- Periodo: 5; Grupo: VIII y Familia: B

5.- Periodo: 4; Grupo: III y Familia: B

6.- Periodo: 4; Grupo: IV y Familia: B

7.- Periodo: 5; Grupo: II y Familia: B.

Completacin de Tabla Peridica con los resultados obtenidos.

TABLA PERIDICA

La importancia y uso de la tabla peridica se basa en que no es necesario la qumica de cada uno de los elementos para tener un conocimiento elemental de esta ciencia, sino que al presentar propiedades similares entre ellos, los elementos pueden agruparse de tal manera que las propiedades puedan recordarse.Las propiedades de los elementos y de sus compuestos son funcin peridica del nmero atmico de los elementos. Es decir, a medida que aumenta el Z se observan propiedades similares a intervalos regulares.

CLASIFICACIN DE ELEMENTOS QUMICOSLos elementos qumicos adoptan tres "actitudes" bsicas para obtener o conservar su estabilidad:1.- Los Metlicos: Se sienten llamados a ceder algunos de sus "bienes";.Se ubican en la parte izquierda y central de la tabla.

Son buenos conductores del calor y la electricidad.

Son slidos a excepcin del Mercurio, galio cesio y francio.

Son dctiles (se pueden convertir en alambres y maleables ( se pueden transformar en laminas).

Poseen alta densidad.

Son brillantes etc.

2.- Los No Metales: Son aquellos que tienden a recibir electrones.

son malos conductores de la electricidad. Se ubican en el sector derecho superior de la tabla. Son conductores pobres de electricidad y del calor. Se presentan en los tres estados de la materia Son quebradizos etc.3.-Gases Nobles: Se encuentran a gusto con su configuracin.De acuerdo con su configuracin electrnica, los elementos qumicos se clasifican en: nobles gases, elementos representativos y elementos de transicin.

a) Gases Nobles: Son los que se ubican en el extremo derecho de la tabla peridica, en el grupo O (tambin 18): Helio, nen, argn, kriptn, xenn y radn. Los tomos de estos gases con excepcin del helio, tiene 8 electrones de valencia. Esto significa que el ltimo nivel de energa tiene sus orbitales completos, 8 e" distribuidos segn la configuracin ns2np6, Donde n representa el nivel de energa ms externo.b) Los elementos representativos: Se ubican en los grupos A de la tabla peridica. Estos elementos tienen sus electrones de valencia en los orbitales s o p y sus configuraciones externas van desde ns1 hasta ns2np5, excluyendo al ls2 (Helio, que corresponde a un gas noble).c) Los elementos de transicin: Se sitan en los grupos B de la tabla peridica .Sus tomos presentan configuraciones ms complejas, los electrones de valencia encuentran en los orbtales d o f.PROPIEDADES PERIDICAS

Las propiedades peridicas de los elementos dependen de su estructura atmica, y son los electrones de sus ltimos niveles los que tienen mayor participacin en la formacin de compuestos y, por tal razn, junto a la accin del ncleo y de los electrones restantes, son los responsables de la actividad qumica de los elementos, ya que determinan propiedades que condicionan el mencionado comportamiento.

1.-CARGA NUCLEAR EFECTIVA (Zef)

Los electrones ms externos de un tomo se encuentran sometidos a la atraccin de los protones del ncleo, que tienen carga elctrica opuesta, pero esta accin del campo que nace del ncleo se ve disminuida por la repulsin que ejercen los electrones de los niveles ms externos.

Zef = Z-S donde S = efecto de pantalla y Z = Nmero Atmico

Efecto de pantalla (S): Disminucin de la accin del ncleo hacia un electrn distante, causada por los electrones internos.

El efecto pantalla que ejercen los electrones de un tomo hacia un electrn situado en las proximidades del mismo se puede determinar mediante la expresin:

S = 0.35 * Nn + 0.85 * N (n-1) + N

Donde: S = efecto pantalla

Nn = nmero de electrones del nivel ms externo.

N (n-1) = nmero de electrones del nivel subyacente.

N = nmero de electrones restantes.

Ejemplo:

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

N N (n-1) NnNa S = 0.35 * Nn + 0.85 * N (n-1) + N

S = 0.35 * 1 + 0.85 * 8 + 2

S = 9.15

Zef = 11 9.15

Zef = 1.85

EJERCICIOS

Determine el efecto pantalla y la carga nuclear efectiva de los siguientes elementos.

1.-Mg Z = 12

2.- Al Z = 13

3.- Si Z =14

4.- P Z = 15

5.- S Z = 16

6.- Cl Z =17

En los periodos conforme aumenta el numero atmico aumenta el efecto pantalla y la carga nuclear efectiva Propiedades:

la tendencia a formar iones negativos (aniones) de los ltimos elementos representativos de cada periodo.

La formacin de cationes (iones positivos) por elementos de menor numero atmico del periodo.

Tendencia a la disminucin del tamao de la nube electrnica de los tomos.

2.-VOLUMEN ATOMICOEsta referido al clculo obtenido por la densidad de un mol de un determinado elemento y la masa (peso atmico) que este volumen posee es decir:

Volumen = masa ; nos queda

Densidad

Volumen de 1 mol de tomos = 1g/mol 1g/cm3

Al avanzar en todos los grupos, con el acrecentamiento del nmero atmico, el volumen atmico molar aumenta, variacin que se justifica por que en ese mismo sentido el nmero de niveles de energa dotados de electrones tambin se incrementa.

A partir del volumen de un mol de tomos de elemento, se puede establecer el volumen de un tomo, dividiendo el volumen atmico molar por el numero de unidades que contiene un mol; 1mol = 6.02 x1023 tomos, molculas etc.

Volumen de 1 tomo = volumen de 1 mol de tomos 6x1023

Ejercicios

Calcular el volumen de 1 mol de tomos y luego el volumen de un tomo.

a) H = d = 0.0709g/cc ; masa : 1.008 g/mol

b) B = d = 2.31g/cc ; masa : 10.811 g/mol

c) Mg = d = 1.74 g/cc ; masa : 24.312 g/mol

Se puede concluir que a medida que avanza en un grupo aumenta el radio atmico ya que estos se ven afectados por el incremento de los niveles nuevos de los distintos elementos.

3.-RADIO ATMICOComo sabemos los tomos son partculas tan diminutas que es posible medirlos directamente. No obstante, los qumicos han desarrollado tcnicas que permiten estimarla distancia que hay entre los ncleos de dos tomos. Si suponemos que el tomo tiene forma esfrica, el radio atmico corresponde a la mitad de la distancia entre los ncleos de dos tomos adyacentes del mismo elemento. La variacin del radio atmico en la tabla peridica es la siguiente:

En un periodo, el Radio Atmico disminuye de izquierda a derecha, al aumentar Z . En un grupo, en cambio, el Radio Atmico aumenta de arriba hacia bajo (crece cuando Z aumenta)

Radios atmicos y radios inicos (A)

El espacio ocupado por un tomo no est delimitado, su nube electrnica es la zona donde es ms probable encontrar sus electrones, los que estn en continuo movimiento. Por tal razn, el radio del tomo slo se puede determinar a partir de la distancia que existe entre los ncleos de tomos vecinos, lo que se establece por difraccin de rayos X y otros medios.

Se obtendrn valores diferentes si los tomos prximos, cuya distancia internuclear se mide, se encuentran enlazados o no lo estn.

Si los tomos del elemento, por ello iguales, no se encuentran enlazados, la distancia que existe entre sus ncleos (Dx-x) se considera igual al doble de los radios atmicos.

Si los tomos contiguos, cuya distancia internuclear se quiere establecer, estn enlazados, se encontraran compartiendo electrones, en lo que se llama un enlace covalente. La existencia de electrones compartidos y, por ello, que se encuentran tanto en la estructura de un tomo como en la de su vecino, causa la aproximacin de las nubes electrnicas. De este modo, la distancia ncleo-ncleo establecida en este caso es un poco menor que la suma de los radios atmicos y se le da el nombre de longitud de enlace. Por ello, el radio determinado a partir de esta informacin es menor que el radio atmico y se llama: radio covalente (Rcov)

EJERCICIOS PROPUESTOS:

1.-La longitud de enlace covalente entre los dos tomos H de la molcula H2 es 0,64 A. Cul es el radio covalente del H?

DH-H = 0,64 A

DH-H = 2 * RcovHA

2 * Rcov = 0,64 A

RcovH = 0,64 A

2

RcovH = 0,32 A

2.-El radio covalente del Br es 1,14. Cules son las longitudes de enlace?

a) Br Br en el Br2b) H Br en el HBr

4.- RADIO IONICO

Cuando los tomos neutros pierden o ganan electrones, se transforman en iones: son CATIONES si pierden sus electrones de valencia y quedan con carga positiva, o ANIONES, si ganan electrones y quedan con carga negativa. El tamao de un catin es menor que el del correspondiente tomo neutro; sin embargo el tamao de un anin es mayor que el del tomo neutro de procedencia.

En un grupo los RADIOS IONICOS aumentan de arriba abajo (al aumentar Z).

En un periodo es difcil de analizar, ya que depende de la cantidad de cargas de los iones.

Un ejemplo, el 11Na, cuya estructura atmica se representa como: 1s2 2s2 2p6 3s1, tiende a perder su electrn del orbital 3s, para alcanzar la configuracin electrnica del 10Ne, se convierte, con en ello, en el catin 11Na+, quedando con 10 electrones distribuidos de igual forma que en el tomo neutro 10Ne.

Tambin el elemento 9F tiene estructura atmica semejante a la del gas noble 10Ne (9F: 1s2 2s2 2p5 y 10Ne: 1s2 2s2 2p6), por ello logra alcanzar dicha distribucin, ganando un electrn, convirtindose en el anin 9F-.

Cabe enfatizar que el tomo neutro 10Ne, el catin 11Na+ y el anin 9F- son especies qumicas de elementos diferentes (nen, sodio y flor) que coinciden en su configuracin electrnica, por lo que se les llama especies qumicas isoelectrnicas.

Son isoelectrnicos: 7N-3 8O-2 9F- 10Ne 11Na+ 12Mg+2 13Al+3.

Este conjunto de especies qumicas isoelectrnicas entre s conforman una serie isoelectrnica.

EJERCICIOS: Cules son el efecto pantalla y la carga nuclear efectiva de las especies que integran la serie isoelectrnica del 10Ne?

5.- POTENCIAL DE IONIZACIN Es la cantidad de energa necesaria para remover el electrn retenido con menor intensidad de un tomo gaseoso, neutro y en estado fundamental. El tomo se convierte en un ion. Esta magnitud puede medirse en Kilocaloras por mol (Kcal/mol) y se puede representar de este modo:

M(g) + EI M+ (g) + e-

En los tomos de los que se puede extraer ms de un electrn, el proceso de ionizacin se describe en etapas, por ejemplo, los tres PI del Litio son:

Li(g) Li+(g) + e- PI = 124 Kca/mol

Li+(g) Li2+(g) + e- PI = 1.745 Kca/mol

Li2+(g) Li3+(g) + e- PI = 2.822 Kca/mol

Los potenciales de ionizacin varan en forma inversa a los radios atmicos. Si es menor el radio atmico mayor ser la atraccin existente entre el ncleo y el electrn, por lo tanto se requerir una mayor cantidad de energa para remover el electrn. Al contrario cuando mayor sea el radio atmico, menor ser la fuerza con que se atraen el ncleo y el electrn y, por lo tanto, menor ser la energa necesaria para extraer dicho electrn.

La variacin del potencial de ionizacin en la tabla peridica es as:

En un periodo, el Potencial de Ionizacin aumenta de izquierda a derecha.

En un grupo, el Potencial de Ionizacin aumenta de abajo hacia arriba.

6.-ELECTRO AFINIDADLa electro afinidad es la energa que se libera cuando un tomo de una muestra gaseosa capta un electrn, es decir: X(g) + e X- + energa donde X es el elemento no metlico

Por ejemplo la energa liberada (EA) en el proceso de formacin de iones de cloro a partir de tomos de cloro es:

Cl(g) + e- Cl-

EA = -83.36 K ca/mol

Cuanto ms negativa sea la magnitud de la electro afinidad, tanto mayor ser la tendencia del elemento a ganar un electrn.

La variacin de la Electro afinidad en la tabla peridica es:

En un periodo, la Electro afinidad aumenta de izquierda a derecha al aumentar Z.

En un grupo, la Electro afinidad disminuye de arriba hacia abajo al aumentar Z.

EN RESUMEN

GRUPOS

PERIODOS

EMBED Word.Picture.8

EMBED Word.Picture.8

Z = Nmero de p+ = Nmero de e-

I

N

C

R

E

M

E

N

T

O

D

E

E

NE

R

G

A

n=3

n=4

4d

5s

4p

3d

4s

3p

3s

2p

2s

1s

Subnivel

Nivel principal de energa

n=1

n=2

I-AVIII-AII-AIII-AIV-AV-AVI-AVII-AVIII-BIII-BIV-BV-BVI-BVII-BI-BII-B

Radio atmico: Corresponde a la mitad de la distancia entre los ncleos de dos tomos vecinos de un mismo elemento que no se encuentran enlazados:

R at = Dx-x , donde: Dx-x: distancia interatmica

2

Si los tomos enlazados son iguales (molculas homonucleares)

Dx-x = 2 * Rcov

Si los tomos enlazados son diferentes (molculas heteronucleares)

Dx-y = Rcovx + Rcovy

Radio covalente (Rcov): Corresponde a la mitad de la distancia entre los ncleos de dos tomos iguales unidos por enlace covalente.

Rcov = Dx-x

2

Fundamentos de QumicaCarolina Martnez Contreras

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