DIAPOSITIVAS 2 (MEDICIONES Y MODELOS ATÓMICOS)
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Curso: Química General Profesor ALEJANDRO MONCAYO-LASSO, Dr. Facultad de Ciencias E-mail: [email protected] Bogotá D.C. 2011
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Curso: Química General
Profesor
ALEJANDRO MONCAYO -LASSO, Dr. Facultad de Ciencias
E-mail: [email protected]
Bogotá D.C. 2011
QUÍMICA Se define como el estudio de la materia y
de los cambios que esta experimenta
Es básica en otras
disciplinas
Mejoramiento de la calidad
de vida
Contaminación ambiental
Física, Salud, Geologia, Biología
Electricidad, computadores,
CD
Calentamiento del planeta, hueco en la
capa de ozono
ESTUDIO DE LA QUÍMICA
MÉTODO CIENTÍFICO
OBSERVACIÓN REPRESENTACIÓN INTERPRETACIÓN
Macroscópica Microscópica
Símbolos y Ecuaciones
Explicación del fenómeno
HIPÓTESIS
MÉTODO CIENTÍFICO
OBSERVACIÓN REPRESENTACIÓN INTERPRETACIÓN
Obtención de datos
Cualitativo Cuantitativo
GENERALES MEDICIÓN
HIPÓTESIS LEY
TEORÍA
UNIFICADOR
Probadas
LA MATERIA Definición Cualquier cosa que ocupa un espacio y
tiene masa
Sustancias Mezclas
Elementos Compuestos Heterogénea Homogénea
Posee composición constante definida y propiedades que la
distinguen
Combinación de dos ó mas sustancias en
las que conservan sus propiedades
LA MATERIA
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
TRES ESTADOS
4
3
2
1
5 6
1 Fusión
2 Solidificación
3 Ebullición
4 Condensación
5 Sublimación
6 Deposición
LA MATERIA
PROPIEDADES
FÍSICAS QUÍMICAS
Se puede medir sin que haya cambio en la
composición o identidad
Para observarlas se debe efectuar un cambio químico
Extensivas Intensivas Depende de la
cantidad de materia Ej: Volumen, masa,
longitud
No depende de la cantidad de materia
Ej: Densidad, Temperatura
MEDICIONES Macroscópicas Microscópicas
Mediciones directas Mediciones Indirectas
Conferencia General de Pesas y Medidas (1960)
SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS (SI)
Masa
Peso
Cantidad de materia del objeto
Fuerza que ejerce gravedad sobre el objeto
Densidad
Masa / Volumen
Kg / m3
UNIDADES SI BASICAS CANTIDAD
BASICA
NOMBRE DE LA UNIDAD
SÍMBOLO
LONGITUD
METRO
m MASA
KILOGRAMO
kg
TIEMPO
SEGUNDO
s CORRIENTE
ELECTRICA
AMPERE
A
TEMPERATURA
KELVIN
K
CANTIDAD DE SUSTANCIA
MOL
mol
INTENSIDAD LUMINOSA
CANDELA
cd
PREFIJOS SI MULTIPLO
PREFIJO
SIMBOLO
1018
exa
E
1015
peta
P
1012
tera
T
109
giga
G
106
mega
M
103
kilo
k
102
hecto
h
10
deca
da
NOTACIÓN CIENTÍFICA
ES FRECUENTE OBTENER NUMEROS DEMASIADO GRANDES O DEMASIADO PEQUEÑOS
EJEMPLOS: Un gramo de hidrogeno contiene 602 200 000 000 000 000 000 000 átomos
Un átomo de hidrogeno posee una masa de 0.00000000000000000000000166 g
N x 10n DONDE 1≤ N < 10
n ES UN NUMERO ENTERO (+ O -)
Notación en potencias de 10
Manejo de Números
N x 10n DONDE 1≤ N < 10
n ES UN NUMERO ENTERO (+ O -)
a) Exprese 568,762 en notación científica
568,762 = 5,68762 x 102
Observe que el punto decimal se ha movido dos lugares hacia la izquierda, por lo que n = 2
b) Exprese 0,00000772 en notación científica
0,00000772 = 7,72 x 10-6
Observe que el punto decimal se ha movido seis lugares hacia la derecha, por lo que n = -6
Manejo de Números
Manejo de Números
Adición y sustracción
Manejo de Números
Multiplicación y División
ES LA MEDIDA DE LA
CONCORDANCIA ENTRE EL VALOR MEDIDO Y SU VALOR
REAL
Precisión vs Exactitud
PRECISIÓN
SE REFIERE A LA CONCORDANCIA ENTRE LOS VALORES DE UNA
MISMA MEDICIÓN
EXACTITUD
Cifras significativas
� Número mínimo de dígitos en que se expresa un valor sin que se pierda la exactitud
� Corresponde a todos los dígitos ciertos y el primer digito incierto
Se midió 25 mL, expréselo con el numero correcto de cifras significativas si se midió en:
Bureta, probeta, pipeta graduada, pipeta volumétrica, matraz aforado
Cuantas cifras hay en cada uno de los siguientes valores:
6.023 x 1023, 99.99, 0.0200, 1 x 104
Cifras significativas
REGLAS PARA REDONDEAR
SI SE DISEA REDONDEAR UN NUMERO HASTA CIERTO
PUNTO, SIMPLEMENTE SE ELIMINAN LOS DIGITOS QUE
SIGUEN AL ÚLTIMO QUE DESEA CONSERVARSE.
MIRE EL DIGITO QUE LE SIGUE AL ULTIMO QUE SE
CONSERVA:
• SI ES MENOR QUE 5, EL DIGITO PRECEDENTE (EL ULTIMO
QUE SE CONSERVA) PERMANECE INALTERADO
• SI ES IGUAL O MAYOR QUE 5, EL DIGITO PRECEDENTE SE
INCREMENTA EN UNA UNIDAD.
Cifras significativas
REGLAS PARA REDONDEAR
a) Redondee a 3 c.s. 8,724 con 3 c.s. 8,72 b) Redondee a 3 c.s. 8,727 con 3 c.s. 8,73 c) Redondee a 3 c.s. 0,425 con 3 c.s. 0,43
En multiplicación y división el número de c.s. del producto o el cociente está determinado por el núme ro original que tiene el número mas pequeño de c.s. 2.8 x 4.5039 = 12.61092 se redondea a 13 6.85 / 112.04 = 0.0611388789 se redondea a 0,0611
LAS CONVENCIONES DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS NO APLICAN A “NUMEROS EXACTOS”: ELLOS TIENEN UN NUMERO INFINITO DE CIFRAS SIGNIFICATIVAS Ejemplos: 1 pie 12 pulg (Exactamente)
CUALQUIER NUMERO ENTERO
1 pulg 2.54 cm (Exactamente)
CIFRAS SIGNIFICATIVAS
CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN OPERACIONES ARITMETICAS
LA INCERTIDUMBRE DE UNA CANTIDAD CALCULADA ESTA LIMITADA POR LA INCERTIDUMBRE DE LAS MEDICIONES.
En otras palabras: NO SE PUEDE OBTENER UN RESULTADO PRECISO A PARTIR DE DATOS IMPRECISOS.
Es decir: UN RESULTADO NO PUEDE SER MAS PRECISO QUE LOS DATOS QUE LO ORIGINAN
ANALISIS DIMENSIONAL (METODO DEL FACTOR UNITARIO)
UNA TÉCNICA SENCILLA PERO SISTEMÁTICA ÚTIL PARA RESOLVER PROBLEMAS NUMÉRICOS
SE BASA EN LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE DIFERENTES UNIDADES QUE EXPRESAN LA MISMA CANTIDAD FÍSICA
LA CLAVE PARA EL ANÁLISIS DIMENSIONAL ES UTILIZAR CORRECTAMENTE LOS FACTORES DE EQUIVALENCIA (CONVERSIÓN) PARA CAMBIAR DE UNA UNIDAD A OTRA.
Ejemplo Cifras significativas � Un gas a 25 ºC llena un recipiente cuyo volumen es de
1.05 x 103 cm3. El recipiente lleno de gas tiene una masa de 37.600 g (masa obtenida restando la masa del recipiente). Cuál es la densidad del gas a 25 ºC ?
Cuantas cifras significativas debe tener la densidad?
� =�
� � =
��,��
�, ������
5 c.s. 3 c.s.
� = 0,0358095238�
��� � = 3,58�10��
�
���
UNIDAD DADA X UNIDAD DESEADA = UNIDAD DESEADA UNIDAD DADA • UNO PUEDE USAR MAS DE UN FACTOR EN LA SOLUCIÓN DE UN PROBLEMA • SI EN UN CÁLCULO NO SE OBTIENEN LAS UNIDADES DESEADAS, DEBE HABER UN ERROR
ANALISIS DIMENSIONAL
Ejemplo 1: análisis dimensional �Una persona promedio tiene unos 200 mg de
colesterol por cada 100 mL de sangre. Si el volumen total de sangre de un individuo es 25.0 L ¿Cuántos gramos de colesterol contiene este individuo?
25��� !"�#��1�10��� !"�#�
1��� !"�#��
200��$%&� '�#%&
100���� !"�#��
�1�$%&� '�#%&
1�10��� !"�#�= ()*+,-./0.1,-
OJO : USO DE LA CALCULADORA
LAS CALCULADORAS GENERALMENTE MUESTRAN MAS CIFRAS DE LAS QUE SON SIGNIFICATIVAS.
EN OPERACIONES DE DOS O MAS PASOS, PARA MINIMIZAR ERRORES ORIGINADOS EN EL “REDONDEO”, RETENGA AL MENOS UN DIGITO ADICIONAL DESPUES DE CADA PASO. COMO REGLA GENERAL, ES MEJOR REDONDEAR SOLO LA RESPUESTA FINAL
Ejemplo 2: análisis dimensional : TENEMOS UNA HOJA DE PAPEL DE ALUMINIO CON UN GROSOR DE 8.0 X 10-5 cm. CUAL ES EL GROSOR EN µm ?
1- SE DA UNA DISTANCIA DE 8.0 X 10-5 cm 2- QUEREMOS µm 3- FACTORES DE CONVERSION A CONSIDERAR: cm m 102 cm = 1 m ó 1cm = 10-2m m µm 106 µm = 1 m ó 1µm = 10-6m
Ejemplo 3: análisis dimensional
LA DISTANCIA ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO EN UN DIAMANTE ES DE 154 pm CONVIERTA ESTA DISTANCIA EN mm
¿CUAL ES LA MASA EN GRAMOS DE 1.00 GALÓN DE AGUA? LA DENSIDAD DEL AGUA ES DE 1.00 g/mL Información útil: 1 gal = 4,5461 L
LA DOSIS RECOMENDADA DE ELIXOFILINA® , UNA DROGA UTILIZADA PARA TRATAR EL ASMA, ES DE 6 mg POR kg DE “PESO” (DEL PACIENTE). CALCULAR LA DOSIS EN MILI-GRAMOS PARA UNA PERSONA DE 150 lb. 1 lb = 453.59 g
Ejemplo 4: análisis dimensional
150�2�453,59�
1�2�
14�
1000��6���&6�%76&6"!
14��
� 8)9:*;..-<=,><-<?@
EL RADIO DE UN ÁTOMO DE ALUMINIO ES DE
1.43 Å. CUÁNTOS ÁTOMOS DE ALUMINIO SE
NECESITARÍAN PARA HACER UN COLLAR DE UNA
PULGADA DE LARGO? ASUMIR QUE LOS ÁTOMOS SON ESFÉRICOS 1Å= 1.0 X 10-10 m
Ejemplo 5: análisis dimensional
CUÁNTOS CENTIMETROS CÚBICOS DE UNA ALEACIÓN QUE CONTIENE 0.22 % DE ORO DEBEN PROCESARSE PARA OBTENER $100 000 EN ORO. LA DENSIDAD DE LA ALEACIÓN ES 8.0 g/cm3, Y EL PRECIO DEL ORO ES $ 418 000 POR ONZA “TROYANA”. 14.6 Oz.Troyana = 1 Lb. 1Lb = 453.59 g
Ejemplo 6: análisis dimensional
Teoría Atómica
Democrito (Siglo V a. C.)
Materia formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles llamadas Átomos
No aceptada por Platón y Aristoteles John Dalton (1808)
�Todos los elementos formados por átomos, los átomos de un elemento difieren a los átomos de otro elemento
� Los compuestos están formados por átomos de varios elementos, la relación entre los elementos presentes son números enteros pequeños
�Una reacción química no conlleva a la creación o destrucción de los átomos
Teoría Atómica
Ley de las proporciones definidas: (Proust 1799)
Muestras diferentes de un mismo compuesto siempre contienen los mismos elementos y en la misma proporción de masa
Ley de las proporciones múltiples:
Si dos elementos forman un compuesto, la masa de un o de los elementos que se combina con una masa fija d e otro mantiene una relación de números enteros pequeños
Ley de la conservación de la masa:
La materia no se crea ni se destruye
Estructura Atómica
Átomo Unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química
Dalton El átomo es una partícula indivisible
Se demostró que el átomo lo conforman partículas aun mas pequeñas Partículas subatómicas
Partículas subatómicas
Electrones Protones Neutrones
Estructura Atómica
Tubo de rayos catódicos Electrón (J.J. Thomson)
Stoney 1891 sugiere el nombre de electrón a las unidades discretas de la electricidad
1895
J.J. Thomson e/m =-1.76 x 108 C/g
R. Millikan (1911) Carga de e =-1.6022 x 10 -19C
Masa del electrón = 9.10x 10 -28g
Átomos neutros Partículas (+) que neutralicen
Protones
Estructura Atómica
Radiactividad Antoine Becquerel Accidentalmente descubre radiactividad con Uranio. Marie Curie sugiere el nombre de radiactividad para emisión espontánea de partículas y/o radiación.
Desintegración de sustancias radiactivas producen tres tipos de rayos:
Rayos αααα Rayos γγγγ Rayos ββββ
Partículas positivas
Electrones Sin carga
Estructura Atómica
J.J. Thomson El átomo es como una esfera uniforme cargada +, y dentro se encuentran los electrones
Protones Poseen igual carga que el electrón pero 1840 veces su masa
Modelos Atómicos
E. Rutherford Las cargas (+) concentradas en un conglomerado central en el atomo, llamado NÚCLEO (1910)
Masa del núcleo es la mayor parte de la masa del átomo pero solo 1/10 13 volumen total
Radio atómico ≈ 100 pm Radio núcleo ≈ 5 x 10-3pm
Estructura Atómica
El neutrón
Modelo Rutherford no explicaba la masa atómica debe existir otra partícula subatómica
James Chadwick (1932)
Probó la existencia de partículas neutras con masa ligeramente mayor a la del protón
Partícula Masa (g) Carga (C)
Electrón 9.10939 x 10-28 -1.6022 x 10-19
Protón 1.67262 x 10-24 +1.6022 x 10-19
Neutrón 1.67493 x 10-24 0
EL NÚMERO DE PROTONES EN EL NÚCLEO DE UN ÁTOMO DETERMINA SU IDENTIDAD. ESTE NÚMERO SE CONOCE COMO NÚMERO ATÓMICO ( Z )
Estructura Atómica
EL NÚMERO TOTAL DE PROTONES Y NEUTRONES EN EL NÚCLEO SE DEFINE NÚMERO DE MASA ( A )
A = Z + neutrones
Átomos de un mismo elemento con diferente número de masa
Isotopos
OJO: SOLO LOS ELECTRONES DE UN ÁTOMO ESTÁN INVOLUCRADOS EN UNA REACCIÓN QUÍMICA
EAZ
Estructura Atómica
Isóbaros Isótopos de diferente elemento con igual número de masa
26Fe 57 18Ar 40
20Ca 40 27Co 57
A LA MASA DEL ISOTOPO “CARBONO 12“ SE LE
ASIGNÓ (ARBITRARIAMENTE (POR ACUERDO
INTERNACIONAL) 12 “ UNIDADES DE MASA ATOMICA ”
(uma)
UNA uma ES EXACTAMENTE 1/12 DE LA MASA DE UN ATOMO DE CARBONO 12
EL ÁTOMO DE CARBONO 12 SIRVE COMO ESTÁNDARD (REFERENCIA)
LA ESCALA DE LOS PESOS ATÓMICOS
BASADA EN LA MASA DEL ISÓTOPO “CARBONO 12“ AL CUAL SE LE ASIGNO (ARBITRARIAMENTE – POR ACUERDO
INTERNACIONAL –) 12 “UNIDADES DE MASA ATÓMICA”
(umas) En otras palabras ...
UNA uma ES EXACTAMENTE 1/12 DE LA MASA DE UN ATOMO DE CARBONO 12 Es decir, EL ATOMO DE CARBONO 12 SIRVE COMO STANDARD (REFERENCIA)
C126
ESCALA DE PESOS ATÓMICOS (cont.)
�LA MASA ATÓMICA DE UN ISOTOPO ES SU MASA EN umas.
�LA MASA ATÓMICA DE UN ELEMENTO SE ENCUENTRA TABULADA COMO EL PROMEDIO PONDERADO DE SU MEZCLA NATURAL DE ISOTOPOS
Ejemplo: LA MASA ATOMICA DEL CARBONO NO ES 12 SINO 12.011 umas
ISOTOPO % ABUNDANCIA MASA(uma)
C 12
6
C 13
6
98.89 12
1.11 13.00335
11 . 1 89 . 98 00335 . 13 11 . 1 12 89 . 98
++++ ×××× ++++ ×××× ==== MASA ATÓMICA DEL
CARBONO NATURAL
EL NÚMERO DE AVOGADRO
El número de Avogadro es un número de cosas o partes, llamado un mol. Es semejante a una docena que representa 12 unidades de algo o a un millón que representa 106 unidades; un mol es 6,023 x 1023 unidades. Así, se puede hablar de un mol de gente, un mol de manzanas, un mol de átomos. Esto significa que un mol de cualquier elemento son 6,023 x 1023 átomos de ese elemento
EL PESO MOLECULAR -GRAMO, EL MOL Y EL PESO FORMULA -GRAMO
El peso molecular de un compuesto, expresado en gramos, se denomina peso molecular-gramo, y corresponde al peso de un conjunto de 6,023 x 1023 moléculas (un mol de moleculas); por consiguiente: un peso molecular-gramo de un compuesto contiene un mol de moléculas
ESTRUCTURA ELECTRONICA DE LOS ATOMOS
� QUEREMOS ENTENDER LOS PROCESOS INVOLUCRADOS EN LAS REACCIONES QUIMICAS. � DEBEMOS APRENDER SOBRE LA DISPOSI- CION DE LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS (LAS CONFIGURACIONES ELECTRONICAS). � TEORIA CUANTICA. BASADA EN SU MAYORIA EN EL ESTUDIO DE LA LUZ EMITIDA Y ABSORBIDA POR LOS ATOMOS. PRIMERO... NATURALEZA DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA.
TERMINOLOGIA DE LAS ONDAS
� UNA ONDA SE CARACTERIZA POR SU LONGITUD DE ONDA O SU FRECUENCIA
� ALGO FAMILIAR: LAS ONDAS DEL AGUA UNA CARACTERISTICA IMPORTANTE ES SU NATURALEZA REPETITIVA LA LONGITUD DE ONDA, λλλλ, ES LA DISTANCIA ENTRE DOS PUNTOS IDENTICOS Y ADYACENTES DE LA ONDA, POR EJEMPLO ENTRE DOS “CRESTAS“ ADYACENTES.
LA FRECUENCIA, νννν, ES EL NUMERO DE CRESTAS QUE PASAN POR UN PUNTO DADO EN LA UNIDAD DE TIEMPO. UNIDAD ciclos/s, 1/s ó s -1 ó Hz.
Propiedades de ondas
Wavelength (λ) is the distance between identical points on successive waves.
Amplitude is the vertical distance from the midline of a wave to the peak or trough.
7.1
Longitud de onda
Amplitud Dirección de propagación de la onda
TERMINOLOGIA DE LAS ONDAS
PARA UNA ONDA QUE VIAJA A UNA VELOCIDAD c, LA LONGITUD DE ONDA Y LA FRECUENCIA ESTAN RELACIONADAS ASI:
OJO:λλλλ Y νννν SON INVERSAMENTE PROPORCIONALES
LA RADIACION ELECTROMAGNETICA (EM) CONSISTE EN VARIACIONES REPETITIVAS Y REGULARES DE CAMPOS ELECTRICO Y MAGNETICO.
c = λν
LA RADIACION ELECTROMAGNETICA
LOS CAMPOS ELECTRICO Y MAGNETICO QUE COMPONEN UNA ONDA ELECTROMAGNETICA VIBRAN EN DOS PLANOS MUTUAMENTE PERPENDICULARES
TERMINOLOGIA DE LAS ONDAS
� LA MAS OBVIA: LA LUZ VISIBLE (DETECTABLE POR EL OJO HUMANO)
λλλλ : ∼∼∼∼ 4 x 10-7m (VIOLETA) ∼∼∼∼ 7 x 10-7m (ROJO)
νννν : 7.5 x 1014 Hz 4.3 x 1014 Hz
TERMINOLOGIA DE LAS ONDAS
EN EL VACIO LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES LA MISMA PARA TODAS LAS LONGITUDES DE ONDA
LA LUZ VISIBLE REPRESENTA SOLO UN PEQUEÑO SEGMENTO DEL “ESPECTRO ELECTROMAGNETICO”
Estructura Electrónica del Átomo Teoria Clásica La energía contenida y transportada por una onda electromagnética es proporcional al cuadrado de las amplitudes máximas
La energía de una onda depende solo de la amplitud y no de λλλλ ni la νννν
T1
T3
T2 T2 T1 T3 > >
λλλλ
Inte
nsid
ad
Planck (1900)
Un sistema mecánico solo puede tener ciertos valores
de energía
Cuantos E = nh νννν h = 6.6262 x 10-34 J·s
νννν h E ==== Estructura Electrónica del Átomo
Cuanto Fotón
Efecto Fotoeléctrico
νννν0
Frecuencia del fotón
Ene
rgía
del
el
ectr
ón
Efotón = Eescape + Ecinética
E = E0 + Ec
hνννν = hνννν0 + ½ mv 2
νννν0 = Frecuencia Umbral
>Efotón = > Ecinética
Intensidad αααα n fotones
> Intensidad > número de electrones Detectores fotónicos
Efecto Fotoeléctrico
CUANDO LA RADIACION
ELECTROMAGNETICA
ILUMINA LA
SUPERFICIE DEL METAL
SE PUEDEN EMITIR
ELECTRONES
Ejemplo: El Cesio (Cs) es un metal que se usa a menudo en “oj os eléctricos” para puertas automáticas que se abren po r si solas. La cantidad de energía requerida para ionizar (arran car un electrón de) un átomo de Cesio es de 3.89 eV. (electrón voltios; 1eV= 1.60 x 10 -19 J.) Mediante cálculos, examine la posibilidad de que un rayo de luz amarilla con λλλλ = 5230 Å ionice un átomo de Cesio. Si no, cual debería ser la λλλλ (en nm) de la luz con la energía justa para ionizar un átomo de Cesio
Efecto fotoeléctrico
Estructura Electrónica del Átomo
Átomo de Hidrógeno (Teoría de Bohr – 1913)
Explicación de la emisión de la luz Espectro
Postulados:
�Los electrones tienen únicamente ciertos estados de energía permitidos Niveles energéticos
�Los electrones en un estado de energía no irradian, su mínima
energía es cuando n = 1 (Cerca al núcleo) �La única manera de que un electrón cambie de energí a es
pasando de un nivel de energía a otro (Salto brusco)
�Para que el electrón varíe de energía es necesario excitarlo ya que el se hallará en un estado de menor energía (Estado basal)
�En cualquier nivel de energía el electrón se mueve en orbita �Los estados de movimiento del electrón permitidos s on
aquellos en los que el momento angular está cuantiz ado en múltiplos de h/2 ππππ
Teoría de Bohr
n =1
n = 2 Fotón
∆∆∆∆E = Ef - Ei
En = - RH (1/n2)
∆∆∆∆E = RH (1/n i2 – 1/nf
2) = hνννν
RH: constante de Rydberg = 2.18 x 10 -18 J
Espectro continuo y discontinuo
Espectro continuo
400 nm
700
600
500
V
Huella dactilar del
átomo
Espectro de líneas
Espectro de emisión E
nerg
ía
n = 1
n = 4
n = 3
n = 2
Serie de Lyman
Serie de Paschen
Serie de Balmer
Serie de Brackett
UV IR IR Vis-UV Ejemplo
Calcular la longitud de onda de la radiación emitida cuando un electrón cae del nivel 4 al nivel 2
Teoría de Bohr exitosa para interpretar el espectro de H
E = hν
E = hν
Naturaleza dual del electrón Louis Broglie (1924) Un electrón enlazado al núcleo se
comporta como una onda estacionaria
λλλλ = h / mv Partícula
E = hνννν = mc 2
Fotón
mc = h/ λλλλ = p
Momento del fotón
Comparar el momento y λλλλ de un rayo X con λλλλ= 10-8 cm, de un electrón en movimiento a una v= 10 8 cm/s y de un automovil de m = 1000 kg que viaja 60 km/h
Dualidad onda – Partícula es evidente únicamente en sistemas de dimensiones atómicas
2ππππr = nλλλλ
Principio de incertidumbre de Heisenberg
� ES UNA CONSECUENCIA DE LA NATURALEZA DUAL (ONDA / PARTICULA) DE LA MATERIA.
� EL PRINCIPIO ESTABLECE QUE ES IMPOSIBLE CONOCER EXACTAMENTE EL MOMENTO* Y LA POSICION DE UNA PARTICULA SIMULTANEAMENTE . MOMENTO (O CANTIDAD DE MOVIMIENTO ) p DEFINIDO COMO EL PRODUCTO DE LA MASA POR LA VELOCID AD:
p = mv
� En forma de ecuación: ����x����p ≥≥≥≥
ππππ 4 h
El tratamiento mecánico-cuántico de los átomos requ iere matemáticas avanzadas.
La ecuación incorpora el comportamiento de partícul a, en términos de masa, m, y de onda en términos de la función de onda, ψψψψ (psi ), que depende de la localización espacial del sistema ( e.g.:un electrón en un átomo)
(((( )))) 0 8
2
2
2
2
2
2
2
2
==== −−−− ++++ ∂∂∂∂ ∂∂∂∂ ++++
∂∂∂∂ ∂∂∂∂ ++++
∂∂∂∂ ∂∂∂∂ ψψψψ
ππππ ψψψψ ψψψψ ψψψψ V E
h m
z y x
Mecánica cuántica Erwin Schrödinger (1926)
Ecuación que describe comportamiento y energía de l as partículas subatómicas
Mecánica cuántica � Los estados de energía permitidos en átomos y moléc ulas
se describen con un grupo de números llamados númer os cuánticos
� Átomos y moléculas poseen varias formas de energía - nos enfocaremos en sus energías electrónicas.
Cada solución a la ecuación de Schrödinger describe un posible estado de energía para el sístema y esta descrita en términos de los números cuánticos
ψψψψ2 Intensidad
ψψψψ2(x,y,z)
Probabilidad de encontrar al electrón en un punto x, y, z
ORBITAL
Orbital atómico � Las distribuciones de probabilidad se denominan
orbitales atómicos y están directamente relacionado s con los números cuánticos
� Debido a que un electrón no tiene una posición defi nida en el átomo, se utilizan términos como: densidad electrónica, nube de carga electrónica ó simplement e nube electrónica para representar el concepto de probabilidad
Ecuación Schrödinger resuelve exactamente átomo de hidrógeno
Para describir la distribución electrónica la mecánica cuántica precisa tres números cuánticos
Números cuánticos
n: NUMERO CUANTICO PRINCIPAL
� DESCRIBE EL NIVEL ENERGETICO PRINCIPAL QUE OCUPA UN ELECTRON TAMBIEN SE RELACIONA CON LA DISTANCIA PRO - MEDIO DEL ELECTRON AL NUCLEO. � TOMA VALORES ENTEROS POSITIVOS:
n = 1, 2, 3, 4, .......... también letras K, L, M, N ..........
Caracteriza la energia y la distancia promedio de la órbita con respecto al núcleo CAPAS
Números cuánticos Corrección de
Somerfield: No se observa una linea sino varias, las órbitas pueden ser elípticas
Nuevo número cuántico azimutal ( l)
Puede tener valores de: 0, 1, 2,......(n-1)
NOMBRE DEL
ORBITAL
l 0 1 2 3 4 5 ............
s p d f g h ...........
Subcapa o subnivel
Números cuánticos
n: NUMERO CUÁNTICO PRINCIPAL
� DESCRIBE EL NIVEL ENERGETICO PRINCIPAL QUE OCUPA UN ELECTRON TAMBIEN SE RELACIONA CON LA DISTANCIA PRO - MEDIO DEL ELECTRON AL NUCLEO. � TOMA VALORES ENTEROS POSITIVOS:
n = 1, 2, 3, 4, .......... también letras K, L, M, N ..........
Caracteriza la energía y la distancia promedio de la órbita con respecto al núcleo CAPAS
Números cuánticos Corrección de
Somerfield: No se observa una linea sino varias, las órbitas pueden ser elípticas
Nuevo número cuántico azimutal ( l)
Puede tener valores de: 0, 1, 2,......(n-1)
NOMBRE DEL
ORBITAL
l 0 1 2 3 4 5 ............
s p d f g h ...........
Subcapa o subnivel
Números cuánticos
Efecto Zeeman Cada línea se desdobla en varias en presencia de un campo magnético
Toma valores de: -l,...,-1,0,1,...,+l
Se debe a la interacción del campo magnético del electrón con el campo magnético externo
Varias orientaciones espaciales para cada valor de l
Número cuántico magnético (m l)
Así, para:
llll = 0 mllll = 0 1 ORBITAL
llll = 1 mllll = -1,0,1 3 ORBITALES
llll= 2 mllll = -2,-1,0,1,2 5 ORBITALES
Números cuánticos Número cuántico magnético de SPIN (m s)
El electrón gira sobre su propio eje
Otto Stern y Walther Gerlach (1924)
Demostraron spín del electrón
+ ½ - ½
Orbitales atómicos
Orbital p (l = 1)
r(Ǻ)
Pro
babi
lidad
P
roba
bilid
ad
Pro
babi
lidad
1s
2s
3s Tres orbitales
r(Ǻ)
r(Ǻ)
m l =-1, 0, 1 px, py, pz
Orbitales atómicos
l = 1 (Orbitales p)
Orbitales d (l = 2) 5 orbitales, m l = -2, -1, 0, 1, 2
Configuración electrónica Proceso de Aufbau
Construcción de la estructura electrónica de los e lementos en función del llenado de los orbitales con los ele ctrones
Tres principios Principio de
exclusión de Pauli Los electrones entran primero al subnivel de
menor energía
Regla de Hund
Energía de los orbitales
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s
Configuración electrónica Principio de exclusión de Pauli
Dos electrones de un átomo no pueden tener los mism os cuatro números cuánticos (n, l, m l, ms)
Cada nivel posee un número máximo de electrones
2 n2
Regla de Hund La distribución electrónica mas estable en los subniveles es la que tiene el mayor numero de spines paralelos
Los electrones en un subnivel se designan como:
nx y
Configuración electrónica
He 1s2 Li 1s 22s1 Be 1s 22s2 H 1s1
B 1s 22s22p1 C 1s22s22p2
N 1s22s22p3 O 1s22s22p4
F 1s22s22p5 Ne 1s22s22p6
Li [He] 2s 1 Be [He] 2s2 B [He] 2s22p1 Forma abreviada
Ejemplos:
Escribir la configuración electrónica para 24Cr y 29Cu
Diamagnetismo - Paramagnetismo
Electrones desapareados, los dos campos magnéticos
se refuerzan
Electrones apareados, los dos campos magnéticos se
cancelan
Atraídos por un imán No atraído por un imán ó ligeramente repelido
Distribución en la tabla periódica
Lantánidos
Actínidos
De transición
interna
De transición
Gases nobles
Elementos representativos llenado de s y p
