Post on 12-Dec-2015
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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU
PROF: ING. ENCARNACION V. SANCHEZ CURIvicsancu5@yahoo.es
1Ing. Encarnación V. Sánchez Curi
índice
ESTRUCTURA ATÓMICA
TEORÍA CUÁBNTICA DE PLANCK
ATOMOS Y MOLÉCULAS
ÁTOMO
DISTRIBUCIÓN ELECTRONICA
NÚMEROS CUÁNTICOS
TABLA PERIÓDICA
MOL
NUMERO DE AVOGADRO
MASA MOLAR
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN FÍSICA
El concepto del átomo fue evolucionando hasta llegar a la teoría atómica actual, con el descubrimiento del efecto fotoeléctrico y la mecánica cuántica, que nos permite comprender la estructura atómica y la forma como interaccionan los átomos.
Principios filosóficos Modelos atómicos Modelo actual del átomo
Teorías cuántica DE PLANCK
• La energía no es absorbida ni emitida en forma continua, sino en forma discontinua en cantidades discretas denominados cuanto.
• Asocia la luz→ partículas de energía E=hn siendo h la cte de Planck
•
E=hn
Efecto fotoeléctrico• Einstein utilizó esta hipótesis para
explicar la interacción de la luz con la materia (efecto fotoeléctrico).
• Aparece por primera vez una partícula asociada a una interacción.
Teoría de la relatividad• La relatividad de Einstein
permitió explicar el comportamiento de las partículas y la energética de las reacciones nucleares
• Además concluye que la energía de una partícula, se relaciona con su masa y la velocidad de la luz c
E=mc2
C (Velocidad de la luz)= cte
Postulados de Einstein:
1º
2º
3º Las leyes de la física son las mismas para todos los sistemas inerciales.
El valor de la energía para estos electrones será: E = hu
hu = huo +1/2 mV2
Energía umbral o trabajo
Energía del electrón emitido o fotón
= El exceso (aparece como energía cinética del electrón emitido)
+
• Los electrones → giran alrededor del núcleo sin radiar energía.
• Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el momento angular del electrón es múltiplo entero de:
• Donde n, → número cuántico principal, que da nombre a las distintas órbitas del átomo.
Modelo Átomico de Bohr
Modelo atómico de bohr-sommerfeld
• Los electrones giran en órbitas circulares pero también los hacen en órbitas elípticas.
• Existencia de niveles y subniveles de energía.• Para explicar el efecto Zeeman habla de
orientaciones de las órbitas en el espacio, que están cuantizadas mediante el número cuántico ml, magnético, con valores entre –l,…,0,…+ l
• Para explicar el efecto Zeeman anómalo introduce otro
• número cuántico de spin, ms, asociado al giro del electrón, y con dos posibles valores, +1/2, -1/2
Principios fundamentales → modelo atómico actual
Heisenberg
Mecánica de matrices
Schrödinger →Mecánica ondulatoria
Hipótesis de Planck
Principio de Heisemberg
Brouglie→Principio de dualidad : onda -
partícular
Dualidad de la materia• La luz se comporta como
partículas, pero también la partículas se comportan como ondas.
• De Broglie asegura que las partículas llevan una onda asociada.
• Bohr establece ondas estacionarias para los electrones en los átomos
l=h/p
l: longitud de la onda;
p: cantidad de movimiento
• Partícula en movimiento→ asociada a una longitud de onda.
• Además se tiene por Bohr:
LOUIS DE BROGLIE
RELACIÓN DE LA MECÁNICA CUÁNTICA-RELATIVIDAD
• Las partículas se comportan como ondas y al moverse a velocidades cercanas a las de la luz, obedecen a la teoría cuántica y relativista
• Esto implica que
l=h/p y E=mc2
• Y éste será el marco adecuado para el estudio de las estructuras del microcosmos.
PRINCIPIO INCERTIDUMBRE
Es imposible determinar simultáneamente la posición y el “momento” de una partícula.
Δx.Δp = Δx.Δ(m.v) ≥ h/4π
Propuso la ecuación : H.Ψ = E.Ψ
Ψ (función de onda u orbital atómico) describe el comportamiento del electrón en un átomo teniendo en cuenta su interacción con el núcleo y asignándole propiedades ondulatorias
Para cada solución Ψ de la ecuación se encuentra un valor de E
Ψ2 indica la probabilidad de encontrar un electrón en un determinadoinstante en un pequeñísimo volumen (espacio).
MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER
El orbital atómico (Ψ) queda definido por tres números: n, l y m. Cada valor de energía queda definido por el valor de n.
Ψ (n, l, m) → E(n)n (número cuántico principal)n: 1, 2, 3, 4, … vinculado con el tamaño (CAPA/NIVEL)
l (número cuántico angular)l: 0, 1, 2, …, n-1 vinculado con la formaPara cada “n” hay n posibles valores de “l” (SUBCAPA/SUBNIVEL)
m (número cuántico magnético) m: -l, -l+1, …, 0, …, l-1, l vinculado con la orientación en el espacio → Para cada “l” hay 2l+1 valores de “m” (ORBITAL)
• A cada variable dinámica u observable del sistema mecanocuántico le corresponde un operador lineal.
• La amplitud de probabilidad o función de onda de un sistema mecanocuántico, Ψ= Ψ (x,y,z,t) debe satisfacer la ecuación diferencial.
• Ecuación de Schrödinger:
• Cuya resolución (realizada por Dirac) nos proporciona la función de onda Ψ cuyo producto |Ψ|2 representa la probabilidad de encontrar al electrón en una zona del espacio.
• Estas funciones nos expresan la forma, energía, tamaño y orientación de los orbitales
La materia está formada por átomos. Los átomos se unen para formar moléculas y esas moléculas forman las sustancias, como por ejemplo los cuerpos.
ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
Átomo de nitrógeno y de hidrógeno
Moléculas de amoniaco NH3Sustancia amoniaco
Partícula más pequeña de un elemento químico .
ÁTOMONÚCLEO ATÓMICO
Contiene más de 200 nucleones
importantesPROTONES (p+)
1.672x10-24 g
1.0073 (unidad de masa atómica)+1.6022x10-19
C (carga absoluta)+1 (carga relativa)
NEUTRONES (n) 1.675x10-24 g
1.0087 (unidad de masa atómica)
0 (carga absoluta)
0 (carga relativa)
ZONA EXTRANUCLEAR parte externa del núcleoElectrón (e- )
9.1095x10-28 g
0.00055 (unidad de masa atómica)-1.6022x10-19
C (carga absoluta)-1 (carga relativa)
regiones de máxima probabilidad
denominadas REEMPES u ORBITALES.
ISÓTOPOS O HÍLIDOSÁtomos de un mismo elemento
= número atómicodiferente masa atómica
Sus propiedades físicas son diferentes propiedades químicas
son similares.
Es un sistema dinámico y energético en equilibrio
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Nueva estructura para el átomo
• En la nueva estructura del átomo, los neutrones y protones están formados por los quarks up (u) y down (d), que son las nuevas partículas elementales.
Los protones contienen uud - carga = +eLos neutrones contienen udd - carga = 0
quarks electrón
23
e+
13
e- -e
carga
u
d e
Núcleo atómico
PROTONES
Formado por tres quarks
Unidos por gwons.
NEUTRONES
Formado por tres quarks.
• Es el número de protones presentes en el núcleo
• En el caso de un átomo eléctricamente neutro se cumple:
Z = Número de protones = # p+
Z = número de protones = número de electrones
NÚMERO ATÓMICO O CARGA NUCLEAR
A = número de protones + número de neutrones
A = Z + N
N = A - Z
Unidad de masa atómica: masas de los protones y neutrones en números enteros. 1 UMA 241066,1 x
NÚMERO DE MASA O PESO ATÓMICO
ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO
La zona extranuclear es la regiónque rodea la parte externa delnúcleo donde se hallan los electrones en movimiento, ubicados específicamente en las regiones de máxima probabilidad denominadas REEMPES u ORBITALES.
NIVELES DE ENERGÍA (N)
• Hay dos formas de representar los niveles de energía:• Representación de los niveles con letras: K L M N O P Q• Representación de los niveles de energía con números: 1 2 3 4 5 6 7
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DISTRIBUCIÓN DE NIVELES Y SUBNIVELES DE ENERGÍA
En un mismo nivelde energía hay electrones que se diferencian ligeramente en su valor de energía;por esa razón cada nivel se encuentra constituido de uno o más subniveles, así:
Nive-les
1 2 3 4 5 6 7
K L M N O P Q
Sub-nive-les
s s s s s s s
p p p p p p
d d d d
f f
ORBITAL O REEMPE
Es la región donde hay la máxima probabilidad de encontrar un electrón. Un orbital debe tener como máximo 2 electrones y estos deben tener como característica un “Spin”.
Una solución de la Ec. de Schrödinger para un electrón debe satisfacer tres condiciones cuánticas que corresponden a las tres dimensiones espaciales. Cada condición cuántico introduce un entero → número cuántico
PRINCIPIO DE AUFBAUDescribe la forma en la cual se distribuye orbitalmente cada electrón para cada elemento subsiguiente de mayor número atómico.
• Configuración electrónica abreviada de cualquier elemento, partiendo del gas noble cuyo símbolo está cerrado en corchetes y enseguida los subniveles que completan la configuración electrónica del elemento en cuestión.
• Gas noble [He] [Ne] [Ar] [Kr] [Xe] [Rn]
REGLA DE KERNELL
• Para simplificar una configuración electrónica, se debe partir
del gas noble cuyo número de electrones o número atómico
sea inmediato inferior al átomo que se desea representar y
completar el llenado de los subniveles con los electrones
faltantes, por ejemplo:
• Para hacer la configuración electrónica del sodio 11Na, se parte
del Ne ya que es el inmediato inferior al 11 y se escriben los
subniveles faltantes que completarán la configuración, es decir:
APLICACIÓN DE LA REGLA DE KERNELL
IONES
Son los átomos dotados de carga eléctrica, debido a que han ganado o perdido electrones
CATIÓN = IÓN POSITIVO ANIÓN = IÓN NEGATIVO
Resultan cuando el átomo ha perdido electrones.
.
# p = Z # e = Z - x
Resultan cuando el átomo ha ganado electrones.
# p = Z#e = Z + y
13517
Cl24020
Ca
e = 20 – 2 = 18 e = 17 + 1 = 18
Números cuánticos
Número Cuántico
Valores permitidos
Determina para el electrón
Define para el orbital
Principal(n)
n = 1, 2, 3,...∞.
El nivel principal de energía.
tamaño o volumen efectivo
Secundario o azimutal (ℓ)
ℓ = 0, 1, 2, ...(n-1)
El subnivel donde se encuentra → dentro de un determinado nivel de energía.
La forma geométrica espacial.
Continuación
Magnético(mℓ)
mℓ = -ℓ, ..., 0, ...+ ℓ
El orbital donde se encuentra → dentro de un subnivel determinado.
La orientación espacial que adopta bajo la influencia de un campo magnético externo.
Spinmagnético(ms)
ms = +1/2, -1/2
El sentido de rotación alrededor de su eje imaginario.
No está asociado.
POSIBLES NÚMEROS CUÁNTICOS
n l m s1s 1 0 0 1/22s 2 0 0 1/22p 2 1 –1,0,1 1/23s 3 0 0 1/23p 3 1 –1,0,1 1/23d 3 2 –2, –1,0,1,2 1/24s 4 0 0 1/24p 4 1 –1,0,1 1/24d 4 2 –2, –1,0,1,2 1/24f 4 3 –3,–2, –1,0,1,2,3 1/2
DIAMAGNÉTICO Y PARAMAGNÉTICO
• Un electrón es una carga eléctrica en movimiento que induce un campo magnético.
• ÁTOMO O ION DIAMAGNÉTICO →todos los electrones están apareados y los efectos magnéticos individuales se cancelan.
• ÁTOMO O ION PARAMAGNÉTICO → tiene electrones desapareados y los efectos magnéticos individuales no se cancelan.
TABLA PERIÓDICA
Elementos
Número atómico
Periodos
Clasificación Elementos
Propiedades
Grupos
Masa atómica
Electronegatividad
Caracter metálico
Bloques
Por sus propiedades
Energía de ionización
Reactividad
Afinidad electrónica
MetalesNo metalesMetaloides
MASA ATÓMICA
masa de un átomo → determinado elemento
químico.media ponderada de las
masas de los distintos isótopos de cada
elemento →abundancia relativa de cada uno de
ellos
1 uma = 1.67 · 10-27
Kg
MOL
Cantidad de sustancia de un sistema
Contiene tantas unidades elementales como átomos hay en 12 g de Carbono 12.
Equivale al número de Avogadro (NA).
Número de avogadro
Mediante diversos experimentos científicos se ha determinado que el número de átomos que hay en 12g de 12C es 6.0221367 ·1023
Este número recibe el nombre de
número de Avogadro
HIPÓTESIS DE AVOGADRO
• 1 mol de cualquier compuesto tiene una masa lo que corresponde a su masa molecular y contiene 6,023·1023 moléculas.
• El número de avogadro ⇒ NA = 6,023·1023 átomos, iones o moléculas.
• Así, un mol de monóxido de carbono tiene una masa de 28 gramos y contiene 6,023·1023 moléculas de CO.
Continuación
– Por ejemplo:• Un mol de átomos de sodio contiene N átomos de sodio.• Un mol de iones de sodio (Na+) contiene N iones de sodio.• Un mol de moléculas de agua contiene N moléculas.• Un mol de electrones contiene N electrones.
• Tal como fue establecido previamente de que todos los átomos de sodio tenían el mismo promedio de masa, un mol de átomos de sodio tendrá siempre la misma masa, un mol de moléculas de agua tendrá siempre la misma masa.
MASA MOLAR
Masa de un mol de átomos, moléculas, iones, etc.
Se expresa en Kg/mol o g/mol.
Su valor numérico coincide con la masa atómica relativa o masa molecular relativa.
RELACIÓN ENTRE CANTIDAD DE SUSTANCIA Y MASA MOLAR
• La relación nos proporciona los números de moles:
• Es decir:
UNIDADES DE CONCENTRACIONES FÍSICAS
• Concentración de una disolución → se refiere al peso, volumen o número de partículas de soluto presentes en una determinada cantidad de disolvente.
• Unidades de concentración: Porcentaje en masa Porcentaje en volumen Porcentaje masa /volumen Partes por millón
Donde:( % P / P ) soluto = % masa soluto/ masa de solución. m soluto : masa del soluto medida en [ g ]m solución : masa de la solución medida en [ g ]
PORCENTAJE MASA/MASAm(solución) = m(soluto) + m(solvente)
Donde:( % V / V ) soluto = % volumen soluto / volumen de solución V soluto : volumen del soluto medida en [ ml ]V solución : volumen de la solución medida en [ ml ].
PORCENTAJE VOLUMEN/VOLUMEN
V(solución) = V(soluto) + V(solvente)
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2005/06/quimbach/apuntes_estructura.pdf
Donde:( % m / V) = % masa soluto/ volumen de solución. m soluto : masa del soluto medida en [ g ]V solución : volumen de la solución medida en [ ml ].
PORCENTAJE MASA/VOLUMEN