Química_ 2_Átomo - Números Cuánticos

Qumica

ITMNIII1Q2

TEMA: 2

1Integral Turno Maana Regular 2014-III /Qumica Tema 2 1

tomo- Nmeros Cunticos

I. TEORAS Y MODELOS ATMICOS

A. Teora Atmica de Dalton (1808)Su modelo atmico se basa en los postulados que se presentan a continuacin:1. Todos los elementos qumicos estn constituidos

por tomos los cuales son partculas invisibles e indivisibles.

2. Los tomos de un mismo elemento presentan igual tamao, masa y otras propiedades.

3. Los tomos diferentes poseen propiedades diferentes.

4. En una reaccin qumica los tomos se reordenan sin destruirse, lo cual ocurre en proporciones numricas simples.

Ejemplo:

+C O COEjemplo:

C O CO2

B. Identificacindelelectrn Los rayos catdicos fueron descubiertos por

Julius Plcker (1859) y fueron estudiados con ms detalle por Willian C rookes (1886). El tubo de rayos catdicos consiste en un tubo de vidrio sellado que contiene gas a presiones muy bajas,

este tubo posee dos placas, el ctodo () y el nodo (+), cuando se aplica un alto voltaje (10000 voltios), la placa con carga negativa (ctodo) emite un rayo invisible (rayo catdico) el cual se dirige a la placa con carga positiva (nodo).

En1897JosephThomsonutilizauntuboderayoscatdicos en el cual instala un campo elctrico mediante placas cargadas y observ que los rayos sedesviabanhacia laplacapositivaconlocualconcluy que el rayo catdico es una corriente de partculasconcargasnegativas,adichaspartculaslas llamo electrones, como haba sugeridoanteriormente Stoney.

+ + + +

Ctodo()

nodo(+) Ranura

en el nodo

ExperimentodeThomson

RayosCatdicos desviados

DESARROLLO DEL TEMA

2Integral Turno Maana Regular 2014-III /Qumica Tema 2

Ciencia Histrica - Hominizacin y Prehistoriatomo - Nmeros cunticos

C. Modelo Atmico de Thomson (1904)

Thomsonpartiendodesudescubrimientooplanteaque el tomo es una esfera de masa compacta y de carga positiva distribuida homogeneamente enla cual se encuentran incrustados los electrones de carganegativadetalmaneraqueneutralizalacargapositiva de la esfera.

A este modelo se le conoci como el modelo del budn con pasas.

D. Modelo Atmico de Rutherford (1911)

DespusderealizarelexperimentodelpandeoroRutherforddescubreelncleoatmicocon lo cualplantea su modelo atmico, que considera al tomo como un sistema planetario en miniatura cuya parte centralposeeunncleodiminutoypositivoalrededordel cual giran los electrones en orbitas circulares y concntricas.

E. Modelo Atmico de Niels Bohr

Niels Bohr no descarta totalmente elmodelo deRutherford, estando su modelo basado en lossiguientes postulados.

Primer PostuladoLoselectronesgiranalrededordelncleoenestadodeequilibriodebidoaquelasfuerzasqueactansobreel se anulan entre si.

Segundo PostuladoLos electrones solo pueden girar en ciertas regiones llamadas niveles de energa.

Tercer PostuladoCuando un electrn gira en un nivel u orbita permitida no emite ni absorbe energa.

Cuarto PostuladoElelectrnemiteenergacuandoseacercaalncleoy absorbe energa cuando se aleja de l.

+ +Ncleo Ncleo

e

n = 1(nivel de energa)

MAYORENERGA

EMITE ENERGA ABSORBE ENERGA

MAYORENERGA

n = 1n = 2 n = 2

F. ModeloAtmicodeBohrSommerfield(1913)

Arnold Sommerfield formul la existencia de lossubniveles de energa, sostuvo tambin que los electrones aparte de seguir orbitas circulares tambin seguan orbitas elpticas

G. Modelo Atmico Actual

Segnelmodeloatmicoactualeltomopresentadospartes:elncleoylazonaextranuclear.



1. NcleoParte central del tomo, contiene a los protones y neutrones.Es muy pequea en comparacin al tomo.

DA 10000DN

Donde: DA Dimetro del tomo

DN Dimetrodelncleo

Concentra el 99,99% de la masa total.

2. Zona extranuclearParteexternadeltomoqueenvuelvealncleoycontiene los electrones.

3.Clasificacindepartculas

++ +++

+ +

Ncleoatmico

Zona extranuclear

DA DN

Nota:JhonDaltonposeaundeficientemanejodellenguajeysunicopasatiempoerajugaralosboloslosjuevespor la tarde. Probablemente la visin de esas bolas de madera le dio la idea de la teora atmica.

PARTCULAS SUB ATMICAS

LEPTONESPartculas de interaccin dbil, parecen no tener ninguna estructura

HADRONESPartculas constituidas por Quarks.

Electrn (e)BARIONES

Tiene espn fraccionario y estn formados por 3

Quark

Neutrino (N)

Mun (u)

MESONESTienen espn entero y estn formados por 2

Quark

Protn

Neutrn

Hipern

Hipern

Hipern W

Mesones p (Pin)

Mesones k (kan)

QUARK- Sonlasmnimasexpresionesdemateriahastaahoraencontradas.

- Hoy conocemos 6 tipos de Quark.

QUARK SIGNIFICADO SMBOLO SPIN CARGA

Up

Down

Charm

Strange

Top

Bottom

Arriba

Abajo

Encanto

Extrao

Cima

Profundo

u

d

c

s

t

b

1/2

1/2

1/2

1/2

1/2

1/2

+2/3

1/3

+2/3

1/3

+2/3

1/3



4.PartculasSubatmicasfundamentalesComo puedes notar el tomo posee una gran variedad de partculas (200) de las cuales 3 son las ms importantes (p+, n, e) y por eso se llaman partculas fundamentales.

Caractersticasdelaspartculassubatmicasfundamentales

PARTCULA PROTN NEUTRN ELECTRN

Smbolo p+ n e

Masag 1,672 1024 1,675 1024 9,1095 1028

uma 1,0073 1,0087 0,00055

CargaAbsoluta +1,6022 1019 C 0 +1,6022 1019 C

Relativa +1 0 1

DescubridorE.Rutherford

(1919)T.Chadwick

(1932)J.Thomson

(1897)

Nota: masa neutrn > masa protn > masa electrn

u

d

u

1/3

+2/3

(carga del protn)

Un protn est formado por 2 Quarks Up y unQuark Down

qp = + 23

+ 23

13

= + 1

EstructuradelProtn

+2/3

qp= +1

d

u

d

+2/3

1/3

(carga del neutrn)

Un neutrn est formado por 2 Quarks Down y un Quark Up.

qn = + 23

23

13

= 0

EstructuradelNeutrn

1/3

qn = 0

5.RepresentacindeunnclidoSellamanclidoauntomoconunnmerodep+yndefinido.

EAZ

Donde:A=Nmerodemasa

Z=Nmeroatmico

N=Nmerodeneutrones(#n)

Z =#p+

A = Z + N

N = A Z

Ejemplo:

K3919

A = 39

Z = 19

#P+=19

N = 20

#e=19

Si: Se tiene:

Observacin:1. En todo tomo neutro se cumple:

#p+ =#e = Z

2. Cuando un tomo no es neutro se le llama in.

In

Catin (x+), perdi electrones

Anin (x), gan electrones

Ejemplos:

Al27 +313A=27

Z = 13

#P+=13

N = 14

#e=133 = 10

Si: Se tiene:

Cl37 17A=37

Z=17

#P+=17

N = 20

#e=17+1=18

Si: Se tiene:

Nota:Sellamanmeroatmicaalnmerodeprotones.Se llamanmerodemasaalnmerodepartculasfundamentalesenelncleo.

II. CLASIFICACIN DE NCLIDOSA. Istopos(Hlidos)

Poseen igual "Z" y pertenecen al mismo elemento



qumico. Los istopos poseen propiedades qumicas iguales y propiedades fsicas diferentes.

Ejemplo:

Istoposdelhidrgeno.

H11 H21 H

31

Abundacia

Forma

Protio99,985%

Agua comn

Agua pesada

Agua super pesada

H2O D2O T2O

Deuterio0,015%

Tritio1015%

B. Isbaros

Poseen igual "A", tienen propiedades fsicas y qumicas

diferentes.

Ejemplo:

Ca4020 Ar

4018

A = 40 A = 40

C. IstonosPoseen igual "N", tienen propiedades fsicas y qumicas diferentes.

Ejemplo:

Na2311 Mg

2412

N = 12 N = 12

III. ESPECIES ISOELECTRNICAS Son aquellas especies qumicas que poseen igual cantidad

de electrones.

Ejemplo:

N 37 Na+1

11

#e=7+3=10 #e = 11 1 = 10

Nota:

#e = Z (Carga del in)

NMERO CUNTICO PRINCIPAL (N)

Determina el nivel principal de energa para un electrn y el tamao del orbital.Define el tamao del orbital, porque amayor "n"mayortamao".

1 s1 s

n = 2n = 1

K

n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7

Capas

Ncleo

Niveles

+

L M N O P Q

AUMENTA ESTABILIDAD

AUMENTA ENERGA

Se cumple:

#maxe = 2n2

nivel

Si: n = 3

#maxe = 2(3)2 = 18

I. NMERO CUNTICO SECUNDARIO (l) Tambinsedenominanmerocunticoazimutalodel

momento angular, designa para el electrn el subnivel de energa donde este debe encontrarse dentro de un nivel "n"ydefineparaelorbitallaformageomtrica.

l = 0, 1, 2, 3, ..., (n 1)

Relacin de subniveles para cada valor de L.

l Subnivel Nombre

0

1

2

3

s

p

d

f

Sharp

Principal

Difuso

Fundamental

Ejemplos:

n=1 n=3

l = 0 l = 0, 1, 2 s s p d

n=2 n=4

l = 0, 1 l = 0, 1, 2, 3 s p s p d f



FORMAS DE LOS ORBITALES

Orbital"s" Orbital"p" Orbital"d" Orbital"f"

y

x

z

x

z

y

x

II. NMERO CUNTICO MAGNTICO (ml) Determina para el electrn el orbital donde se encuentra dentro de un cierto subnivel de energa, determina para el orbital,

la orientacin espacial que adopta cuando es sometido un campo magntico externo.

ml = l1, ... , 1, 0, +1, ..., + l

Valores para "ml":

l Subnivel OrbitalesNmero de

orbitales(2l + 1)Nmero de mximo

de e(4l + 2)

0 s PSs

ml 01 2

1 p PSPx

PSPy

PSPz

ml 1 0 +13 6

2 d PSdxy

PSdxz

PS

dz2 PSdyz

PS

dx2y2

ml 2 1 0 +1 +25 10

3 f ml PS3

PS2

PS1

PS0

PS+1

PS+2

PS+3

7 14

Grficasdelos principales orbitales atmicos a) Orbital"s"

x

z

y

b) Orbitalesp(formadilobular)

x

x

Px

Py

Pz

x

z

z

z

y

y

y

Grficasdelosorbitales"p":

c) Orbitalesd(formatetralobular)

dyz dxz

dxy

dz2dx2 y2



III. NMERO CUNTICO DEL ESPN MAGNTICO (ms) Defineelsentidoderotacindeunelectrnalrededordesuejeimaginario.

Giro Antihorario Giro Horario

P S

Eje imaginario

ms = + 1/2 ms = 1/2

Problema1Determina el nmero de nucleonesfundamentales (A), si: A + Z + N = 100

NIVEL FCIL

A) 10 B) 20 C) 30D) 40 E) 50

Resolucin: A + Z + N = 100 14243 A + A = 100 2A = 100 \ A = 50

Respuesta:50

Problema2Sea el tomo: E

33 1x+1 x+2

Halla la carga nuclear (Z).

A) 14 B) 15 C) 16D) 17 E) 18

NIVEL INTERMEDIO

Resolucin:A = Z + N33 = x + 1 + x + 233 = 2x + 3x = 15

Se cumple p+ = e = Z = x + 1\ Z = 16

Respuesta:16

Problema3Halla el N de masa (A) de un tomo que posee38neutronesysuconfiguracines [Kr]5s1.

A) 70 B) 75 C) 80D) 85 E) 90

NIVEL FCIL

Resolucin:

Datos: N n = 38 C.E.: [Kr]5s1

Sabemos:

Z(Kr) = 36

Ztomo = N p+ = 36 + 1 = 37

A = p+ + n A = 38 +37=75

\Elnmerodemasaes75

Respuesta:75

NIVEL I

1. Respecto a los tomos, segn laTeora Actual, es falso: I. El neutrn es la partcula ms

pesada en el tomo.II. El ncleo concentra la casi

totalidad de la masa del tomo.III. Loa electrones poseen una

carga negativaIV. Todos los tomos de un mismo

elemento son idnticos.V. Los electrones se encuentran

fueradelncleo,desplazndoseen reg iones de mx ima probabilidad.

A) Solo I B) II y IIIC) III y V D) Solo IVE) IV y V

2. Un catin divalente presenta 43 neutrones y un nmero demasaque excede en una unidad al doble desunmeroatmico.

Indique el valor de la carga nuclear.A) 40 B) 42 C) 44D) 46 E) 48

3. En el ncleo de un tomo existeneutrones equivalentes al doble de losprotones,silasumadelnmero

de masa, el nmero atmico yel nmero de neutrones es 108.Cuntos neutrones posee el tomo?A) 36 B) 34 C) 38D) 32 E) 18

NIVEL II

4. Si un catin (+2) tiene 30 electrones y34neutronesensuncleo.Hallarsunmeromsico.A) 60 B) 62 C) 64D) 66 E) 58

PROBLEMAS RESUELTOS

PROBLEMAS DE CLASE



5. Si la suma de protones de los iones A+2 y B3 es 38. Determinar la suma de los nmeros atmicos de losiones A2 y B+5.A) 35 B) 36 C) 37D) 38 E) 34

6. Lasumadelosnmerosatmicosde dos isbaros es 100 y la suma de sus nmeros de neutrones es120.Hallarelnmerodemasadelos isbaros.A) 100 B) 105 C) 110D) 115 E) 120

7. SetienelostomosJ,LyQ,los cules tienen carga nuclear consecutiva y dichos tomosson isbaros. Si la suma de sus nucleones neutros es 69 y sus nucleones fundamentales suman 132. Determine el valor de su carga nuclear del tomo con mas neutrones.A) 21 B) 20 C) 22D) 23 E) 24

8. Cul de los siguientes subniveles tiene ms energa?A) 4f B) 3d C) 4sD) 5s E) 5p

9. Qusignificalanotacin5d5?A) Cinco orbital d incompletos

cuyosnmeroscunticosn=5y l = 2.

B) Cinco electrones que consti-tuyen 3 orbtales d cuando n = 4

C) Cuatroorbtalesdcompletosorientadossegncincovaloresdem

D) Cuatro electrones en los orbta-lesdcuandonesiguala4

E) N.A.

10. Cul de las siguientes combinaciones no representa un orbital permitido?I. 3 0 1 1/2II. 2 2 0 + 1/2III. 4 3 4 1/2IV. 2 2 2 1/2V. 5 2 2 + 3/2A) Slo III B) IV y VC) III, IV y V D) II, IV y VE) todos

11. Determine la combinacin de nmeroscunticosparaelltimoelectrn distribuido para un tomo quepresenta127nucleonesdeloscuales74sonneutrones.A) 5; 1; 0; 1/2 B) 5; 1; 0; +1/2C) 5; 1; +1; 1/2 D) 5; 1; 1; +1/2E) 5; 1; 1; 1/2

12. Cada uno de los siguientes grupos denmeroscunticosdescribeunelectrn en un tomo. Seale el de menor energa?.

A) 3; 2; 1; 1/2B) 5, 1; 1; +1/2C) 2; 0; 0; +1/2D) 4; 2; 1; +1/2E) (1; 0; 0; 1/2)

13. Lasumadelosnmerosdemasade dos istopos es 64 y la suma de sus neutrones es 22. Calcular la cantidad de protones.

A) 20 B) 21 C) 15

D) 28 E) 40

NIVEL III

14. La relacin entre los nmerosmsicos de dos istonos es 9/7.Si estos difieren en 20 protones.Determine la suma de los nucleones fundamentales de los istonos.

A) 10 B) 70 C) 90

D) 135 E) 160

15. Una especie qumica presenta la siguiente relacin:

A2 + Z2 + n2 = 384 y la relacin entreelnmerodemasaysucarganuclear es como 4 es a 2. Calcular A + n.

A) 16 B) 20 C) 24

D) 28 E) 32

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