ciencias de materiales. capitulo 2

Estructura de los atomos Numeros atomicos Masas atomicos Estructura electronica de los atomos Numeros cuanticos de los electrones atomicos Configuracion electronica Estructura electronica y reactividad quımica

Ciencia de Materiales:

Estructura atomica y de enlace.

Ph.D. Juan Jose Reyes Salgado




I Los orbitales representan la probabilidad estadıstica de que loselectrones ocupen diversos puntos en el espacio.

I La forma de los orbitales no son esfericas.

I Imagenes por tecnicas de rayos X y microscopıa electronica.




I Atomos:

I Protones.I Neutrones.I Electrones.

I Modelo Simple:

I Nucleo: Diametro=10−14mI Nube de electrones: Diametro=10−10mI Nucleo es la mayor parte de la masa (Protones y Neutrones).




I Atomos:I Protones.

I Neutrones.I Electrones.

I Modelo Simple:





I Atomos:I Protones.I Neutrones.

I Electrones.

I Modelo Simple:





I Atomos:I Protones.I Neutrones.I Electrones.

I Modelo Simple:






I Modelo Simple:I Nucleo: Diametro=10−14m

I Nube de electrones: Diametro=10−10mI Nucleo es la mayor parte de la masa (Protones y Neutrones).





I Modelo Simple:I Nucleo: Diametro=10−14mI Nube de electrones: Diametro=10−10m

I Nucleo es la mayor parte de la masa (Protones y Neutrones).





I Modelo Simple:I Nucleo: Diametro=10−14mI Nube de electrones: Diametro=10−10mI Nucleo es la mayor parte de la masa (Protones y Neutrones).




I Indica el numero de protones.

I Igual al numero de electrones.

I Cada elemento tiene su numero atomico.




I Masa atomica relativa: NA = 6.023 × 1023atomos/mol.

I Un mol se define como el numero de ese elemento igual alnumero que expresa su masa atomica relativa molar.

I Ejemplo: 1 mol de Aluminio tiene una masa de 26.98g ycontiene 6.023 × 1023atomos.




Tabla periodica




Problema 1

I ¿Cual es la masa en gramos de un atomo de cobre?

I ¿Cuantos atomos de cobre hay en 1g de cobre?

I Masa atomica: 63.54g/mol. Dado que en 63.64g de cobre hay6.023 × 1023atomos, el numero de gramos en un atomo decobre es de:




Problema 1



SOLUCION:





Problema 1



SOLUCION:


63.54g/mol

6.023 × 1023atomos/mol=

x

1atomo




Problema 1



SOLUCION:


63.54g/mol

6.023 × 1023atomos/mol=

x

1atomo

x =63.54g/mol

6.023 × 1023atomos/mol× 1atomo




Problema 1



SOLUCION:


63.54g/mol

6.023 × 1023atomos/mol=

x

1atomo

x =63.54g/mol

6.023 × 1023atomos/mol× 1atomo

x = 1.05 × 10−22g




Problema 1

I El numero de atomos en 1g de Cobre es:




Problema 1


6.023 × 1023atomos/mol

63.54g/mol=

x

1g




Problema 1



63.54g/mol=

x

1g

x =(6.023 × 1023atomos/mol)(1g)

63.54g/mol




Problema 1



63.54g/mol=

x

1g

x =(6.023 × 1023atomos/mol)(1g)

63.54g/mol

x = 9.47 × 1021atomos




Problema 2

I El revestimiento de una moneda esta formado por unaaleacion de 75 % en peso de cobre y 25 % en peso de niquel.¿Cuales son los porcentajes atomicos de Cu y Ni que contieneeste material?




Problema 2


SOLUCION:




Problema 2


SOLUCION:

I Tomando como base 100g de la aleacion de 75 % en peso deCu y 25 % en peso de Ni , tiene 75g de Cu y 25g de Ni. Portanto, el numero de mol de Cu y Ni sera de:




Problema 2


SOLUCION:


molCu =75g

63.53g/mol= 1.1805mol




Problema 2


SOLUCION:


molCu =75g

63.53g/mol= 1.1805mol

molNi =25g

58.69g/mol= 0.4260mol




Problema 2


SOLUCION:


molCu =75g

63.53g/mol= 1.1805mol

molNi =25g

58.69g/mol= 0.4260mol

molCu + molNi = 1.6025mol




Problema 2

I Porcentajes de Cu y Ni:




Problema 2


%Cu =1.1805mol

1.6025mol(100 %) = 73.6 %




Problema 2


%Cu =1.1805mol

1.6025mol(100 %) = 73.6 %

%Ni =0.4260mol

1.6025mol(100 %) = 26.5 %




El atomo de H

I 1 electron rodeando un nucleo de un proton.

I Orbital atomico representa el estado energetico del electron.

I Valores restringidos de la energıa (mecanica cuantica).




El atomo de H




∆E = hν




El atomo de H




∆E = hν

h = 6.62 × 10−34(J.s)




El atomo de H

I 1 electron rodeando un nucleo de un proton.I Orbital atomico representa el estado energetico del electron.I Valores restringidos de la energıa (mecanica cuantica).

∆E = hν

h = 6.62 × 10−34(J.s)

∆E =hc

λ




Problema 1

I Calcule la energıa en (J) y (eV) del foton cuya λ =123.6nm(1eV = 1.60 × 10−19J;1nm = 10−9m).




Problema 1


SOLUCION:




Problema 1


SOLUCION:

∆E =hc

λ




Problema 1


SOLUCION:

∆E =hc

λ

∆E =(6.62 × 10−34(J.s))(3 × 108(m/s))

(123.6nm)(10−9m/nm)




Problema 1


SOLUCION:

∆E =hc

λ

∆E =(6.62 × 10−34(J.s))(3 × 108(m/s))

(123.6nm)(10−9m/nm)

= 1.63 × 10−18J




Problema 1


SOLUCION:

∆E =hc

λ

∆E =(6.62 × 10−34(J.s))(3 × 108(m/s))

(123.6nm)(10−9m/nm)

= 1.63 × 10−18J

= 1.63 × 10−18J × 1eV

1.60 × 10−19J= 10.2eV




Atomo de H de Bohr




Atomo de H de Bohr

E =2π2me4

n2h2=

13.6

n2eV




Atomo de H de Bohr

E =2π2me4

n2h2=

13.6

n2eV

e=carga del electron




Atomo de H de Bohr

E =2π2me4

n2h2=

13.6

n2eV

e=carga del electronm=masa del electron




Atomo de H de Bohr

E =2π2me4

n2h2=

13.6

n2eV

e=carga del electronm=masa del electronn=numero cuantico principal




Problema 2

I Un atomo de H existe con su electron en el estado n=3. Elelectron pasa a un estado n=2. Calcule: a) la energıa delfoton emitido, b) su frecuencia y c) su longitud de onda.




Problema 2


SOLUCION:




Problema 2


SOLUCION:a) La energıa del foton emitido es:




Problema 2



E =−13.6eV

n2




Problema 2



E =−13.6eV

n2

∆E = E3 − E2




Problema 2



E =−13.6eV

n2

∆E = E3 − E2

∆E =−13.6eV

32− −13.6eV

22= 1.89eV




Problema 2



E =−13.6eV

n2

∆E = E3 − E2

∆E =−13.6eV

32− −13.6eV

22= 1.89eV

1.89eV = 3.02 × 10−19J




Problema 2

b) La frecuencia del foton es:




Problema 2


∆E = hν




Problema 2


∆E = hν

ν =∆E

h=

3.02 × 10−19J

6.63 × 10−34Js




Problema 2


∆E = hν

ν =∆E

h=

3.02 × 10−19J

6.63 × 10−34Js

ν = 4.55 × 1014s−1 = 4.55 × 1014Hz




Problema 2

c) La longitud de onda es:




Problema 2


∆E =hc

λ




Problema 2


∆E =hc

λ

λ =hc

∆E=

(6.63 × 10−34Js)(3.00 × 108m/s)

3.02 × 10−19J




Problema 2


∆E =hc

λ

λ =hc

∆E=

(6.63 × 10−34Js)(3.00 × 108m/s)

3.02 × 10−19J

λ = 6.59 × 10−7m




Problema 2


∆E =hc

λ

λ =hc

∆E=

(6.63 × 10−34Js)(3.00 × 108m/s)

3.02 × 10−19J

λ = 6.59 × 10−7m

λ = 6.59 × 10−7m × 1nm

10−9m= 659nm




Espectro de H




I Numeros cuanticos.

I Cuantico principal n.I Cuantico secundario l .I Cuantico magnetico ml .I Spin ms .




I Numeros cuanticos.I Cuantico principal n.

I Cuantico secundario l .I Cuantico magnetico ml .I Spin ms .




I Numeros cuanticos.I Cuantico principal n.I Cuantico secundario l .

I Cuantico magnetico ml .I Spin ms .




I Numeros cuanticos.I Cuantico principal n.I Cuantico secundario l .I Cuantico magnetico ml .

I Spin ms .




I Numeros cuanticos.I Cuantico principal n.I Cuantico secundario l .I Cuantico magnetico ml .I Spin ms .




Numero cuantico principal n

I Representa los niveles energeticos principales del electron o lasorbitas.

I Cuanto mayor sea n, mayor sera la energıa electronica.

I Mayor la posibilidad de que el electron este mas alejado delnucleo.

I Valores posibles n = 1, 2, 3, ..., 7.




Numero cuantico secundario l

I Representa los subniveles de energıa dentro de los nivelesprincipales.

I Alta probabilidad de encontrar un electron si ese nivelenergetico se encuentra ocupado.

I Valores posibles l = 0, 1, 2, ..., n − 1.

I Se pueden nombrar con letras s, p, d, f.

I Se denominan orbitales.




Numero cuantico magnetico ml

I Define la orientacion especial de un orbital atomico.

I El numero de posibles orientaciones permitidos a un orbitaldepende del valor de l .

I Valores permitidos ml es 2l + 1.

I Si l = 1 ml =+1 0 -1.




Spin ms

I Expresa las dos direcciones de giro del electron.

I Valores permitidos 12 y −1

2 .

I Si dos electrones ocupan el mismo orbital deben tenerdirecciones contrarias.

I Principio de exclusion de Pauli: Dos electrones no puedentener los cuatro numeros cuanticos iguales.




Spin ms




Gases nobles

I Los gases nobles son los mas estables y menos reactivos.

I Helio 1s2 y Ne, Ar, Kr, Xe y Rn s2p6.

I Alta estabilidad quımica.




Elementos electropositivos y electronegativos

I Elementos electropositivos: son metalicos y ceden electronesen las reacciones quımicas para producir cationes (iones +).

I El numero de electrones cedidos por atomo electropositivo deun elemento se indica por un numero de oxidacion positivo.

I Elementos electronegativos: son no metalicos y aceptanelectrones en las reacciones quımicas para producir aniones(iones -).

I El numero de electrones aceptados por atomo electronegativode un elemento se indica por un numero de oxidacion positivo.




Elementos electropositivos y electronegativos



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