TEMA 12. LA ESTRUCTURA

DEL ÁTOMO

1. MODELO ATÓMICO DE THOMSON THOMSON DESCUBRIÓ LOS

ELECTRONES CUANDO INVESTIGABA LA CONDUCCIÓN DE LA ELECTRICIDAD DE GASES CONTENIDOS EN TUBOS DE DESCARGA

LOS TUBOS DE DESCARGA ERAN TUBOS SOMETIDOS A UNA ELEVADA DIFERENCIA DE POTENCIAL

1. MODELO ATÓMICO DE THOMSON RESULTADOS EXPERIMENTALES:

PRODUCCIÓN DE LUMINOSIDAD EN EL ÁNODO QUE PARECÍA CAUSADA POR UNA RADIACIÓN DESCONOCIDA PROCEDENTE DEL CÁTODO RECIBIÓ EL NOMBRE DE RAYOS CATÓDICOS Partículas con masa Carga eléctrica negativa Todas las partículas son iguales (independientemente del

gas)

EXISTÍA TAMBIÉN OTRA RADIACIÓN QUE PARECÍA PROCEDER DEL ÁNODO SE LES LLAMÓ RAYOS ANÓDICOS Partículas con masa Carga eléctrica positiva Masa de las partículas depende del tipo de gas

Thomson los llamó electrones

1. MODELO ATÓMICO DE THOMSON A PARTIR DE LOS RESULTADOS

EXPERIMENTALES, THOMSON PROPONE UN MODELO ATÓMICO: ÁTOMO FORMADO POR MASA POSITIVA EN LA

QUE ESTÁN INCRUSTADOS LOS ELECTRONES NÚMERO DE ELECTRONES ES TAL QUE

NEUTRALIZA LA CARGA POSITIVA ÁTOMO EN SU CONJUNTO ES ELÉCTRICAMENTE NEUTRO

ELECTRONES SEPARABLES DEL ÁTOMO CON FACILIDAD. AL ARRANCARLOS, EL RESTO ATÓMICO QUEDA CON CARGA ELÉCTRICA POSITIVA Y CON CASI TODA LA MASA, SIENDO ESTE EL ORIGEN DE

LOS RAYOS ANÓDICOS

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD BOMBARDEÓ UNA LÁMINA DELGADA DE

ORO CON PARTÍCULAS a (núcleos de He ionizados), OBSERVANDO LOS SIGUIENTES RESULTADOS:LA MAYORÍA DE PARTÍCULAS ALFA ATRAVESABAN

LA LÁMINA SIN DESVIARSE ÁTOMO PRÁCTICAMENTE VACÍO

ALGUNAS PARTÍCULAS SE DESVIABANMUY POCAS PARTÍCULAS REBOTABAN EN LA

LÁMINA

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD TRAS ESTAS OBSERVACIONES, RUTHERFORD

ELABORÓ SU MODELO ATÓMICO: ÁTOMO POSEE DOS ZONAS DIFERENCIADAS

NÚCLEO ATÓMICO Y CORTEZA ELECTRÓNICA NÚCLEO MUY PEQUEÑO EN COMPARACIÓN CON

LA TOTALIDAD DEL ÁTOMO, PERO POSEE CASI TODA LA MASA Y TODA LA CARGA POSITIVA

EN LA CORTEZA ESTÁN LOS ELECTRONES, GIRANDO ALREDEDOR DEL NÚCLEO

Nº ELECTRONES = Nº PROTONES

ÁTOMO GLOBALMENTE NEUTRO

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD RUTHERFORD IONIZÓ EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO Y SUPUSO QUE EL

NÚCLEO DE HIDRÓGENO ERA LA PARTÍCULA DE CARGA POSITIVA MÁS PEQUEÑA QUE PODÍA EXISTIR

LA LLAMÓ PROTÓN

POSTERIORMENTE, FUERON DETERMINADAS LA MASA Y CARGA DEL PROTÓN

MASA = 1,67·10-27 kg CARGA = 1,602·10-19 C SUGIRIÓ QUE LOS NÚCLEOS ESTABAN FORMADOS POR UN NÚMERO

DE PROTONES IGUAL AL NÚMERO DE ELECTRONES QUE HABÍA EN LA CORTEZA

PERO LA MASA TOTAL DEL ÁTOMO ERA SUPERIOR A LA SUMA DE LAS MASAS DE PROTONES Y ELECTRONES SUGIRIÓ QUE EN EL NÚCLEO TAMBIÉN HABRÍA OTRAS PARTÍCULAS CON MASA PERO SIN CARGA, A LAS QUE LLAMÓ NEUTRONES Esta partícula fue descubierta posteriormente

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD EL NÚCLEO ATÓMICO

En él se encuentran: Protones: masa y carga positiva Neutrones: sólo masa (carecen de carga eléctrica)

NÚMERO ATÓMICO (Z) NÚMERO DE PROTONES DEL NÚCLEO (TAMBIÉN ES IGUAL AL NÚMERO DE ELECTRONES SI SE TRATA DE UN ÁTOMO ELÉCTRICAMENTE NEUTRO)

NÚMERO MÁSICO (A) ES LA SUMA DE LOS PROTONES (NÚMERO ATÓMICO) Y LOS NEUTRONES QUE HAY EN EL NÚCLEO

A = Z + n

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD ISÓTOPOS

SON ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO (MISMO NÚMERO ATÓMICO –Z-) CON DIFERENTE NÚMERO MÁSICO (A)

EXPLICABLE TENIENDO EN CUENTA QUE LOS ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO TIENEN MISMO NÚMERO ATÓMICO (Z), PERO NÚMERO DE NEUTRONES (n) VARIABLE.

SI n VARÍA, TAMBIÉN VARÍA EL NÚMERO MÁSICO (A)

2. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

LIMITACIONES DEL MODELO DE RUTHERFORDDISPOSICIÓN DE LOS ELECTRONES EN LA

CORTEZA ELECTRÓNICANO EXPLICABA POR QUÉ LA ÓRBITA DE LOS

ELECTRONES SE MANTENÍA ESTABLE EN LA CORTEZA ELECTRÓNICA NI POR QUÉ EXISTÍAN UNAS U OTRAS ÓRBITAS

EL CONOCIMIENTO DE LA ESTRUCTURA DE LA CORTEZA ELECTRÓNICA PROCEDE DEL ESTUDIO DE LOS ESPECTROS ATÓMICOS

3. RADIACIÓN EM LAS ONDAS EM SON ONDAS

TRANSVERSALES COMPUESTAS POR UN CAMPO ELÉCTRICO Y UN CAMPO MAGNÉTICO, PERPENDICULARES ENTRE SÍ Y PERPENDICULARES A LA DIRECCIÓN DE PROPAGACIÓN (luz del sol, rayos X, rayos UV, ondas de radio,…)

3. RADIACIÓN EM EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO ES UN

CONJUNTO ORDENADO DE LONGITUDES DE ONDA EN QUE PUEDE DESCOMPONERSE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

3. RADIACIÓN EM ONDAS EM CARACTERIZADAS POR:

FRECUENCIA (f) número de oscilaciones por unidad de tiempo (se mide en Hz (1 Hz = 1 s-1))

VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN (c) velocidad a la que se propaga la onda. En el vacío, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es un límite de la naturaleza (c = 3·108 m/s)

LONGITUD DE ONDA (l) la longitud que recorre una onda en el tiempo de una oscilación Se relaciona con las otras magnitudes:

c = l/T = l·f l =c/f

3. RADIACIÓN EM TEORÍA CUÁNTICA DE PLANCK LA ENERGÍA

EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA ENTRE LA RADIACIÓN Y LA MATERIA NO TIENE LUGAR DE FORMA CONTINUA, SINO POR MEDIO DE “CUANTOS” O “PAQUETES DE ENERGÍA” (conocidos como fotones) CUYO VALOR DEPENDE DE LA FRECUENCIA DE LA RADIACIÓN

E = h·f

DONDE h = CONSTANTE DE PLANCK = 6,626·10-

34 J·s

3. RADIACIÓN EM LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA TIENE

UNA DOBLE NATURALEZA: ONDULATORIA (SE COMPORTA COMO ONDA)

CUANDO SE PROPAGA CORPUSCULAR (SE COMPORTA COMO UNA

PARTÍCULA) CUANDO INTERACCIONA CON LA MATERIA

EXPERIMENTALMENTE, SÓLO PODEMOS COMPROBAR UNO DE ESTOS COMPORTAMIENTOS ES COMO LAS CARAS DE UNA MONEDA: EXISTEN

LAS DOS PERO NOSOTROS SÓLO PODEMOS VER UNA U OTRA (NUNCA AMBAS A LA VEZ)

4. ESPECTROS ATÓMICOS TODOS LOS CUERPOS EMITEN ENERGÍA A CIERTAS

TEMPERATURAS EL ESPECTRO DE EMISIÓN ES EL ESPECTRO DE

LA RADIACIÓN ENERGÉTICA EMITIDA POR UN CUERPO

LOS ESPECTROS DE EMISIÓN PUEDEN SER:CONTINUOS: NO SE APRECIAN SEPARACIONES ENTRE

LOS DIFERENTES COLORES QUE FORMAN EL ESPECTRO P.E. DESCOMPOSICIÓN DE LUZ BLANCA

DISCONTINUOS: FORMADOS SÓLO POR UNA SERIE DE LÍNEAS (UNA SERIE DE FRECUENCIAS) P.E. ESPECTRO DE UN ELEMENTO QUÍMICO (ESPECTRO

ATÓMICO) ESPECTRO ATÓMICO DEL Li

4. ESPECTROS ATÓMICOS LOS ESPECTROS DE ABSORCIÓN SE

OBTIENEN HACIENDO PASAR LUZ BLANCA A TRAVÉS DE UN RECIPIENTE CON LA SUSTANCIA EN ESTADO GASEOSO: SON EL NEGATIVO DEL ESPECTRO DE EMISIÓN ESTO DEMUESTRA QUE LA RADIACIÓN EMITIDA POR

UNA SUSTANCIA AL SER CALENTADA ES LA MISMA QUE LA QUE ABSORBE ESA SUSTANCIA A TEMPERATURA AMBIENTE

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR ESPECTRO ATÓMICO MÁS SIMPLE: EL

DEL HIDRÓGENOSÓLO TIENE UN ELECTRÓN EN SU CORTEZASU ESPECTRO MUESTRA UNA SERIE DE

LINEAS AGRUPADAS EN SERIE NO EXPLICABLE SEGÚN LAS IDEAS CLÁSICAS DE LA EMISIÓN DE RADIACIÓN

MODELO ATÓMICO DE BOHR EXPLICA EL ESPECTRO DEL ÁTOMO DE HIDRÓGENO APLICANDO LA TEORÍA CUÁNTICA DE LA ENERGÍA

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR MODELO ATÓMICO DE BOHR SE BASA

EN LA TEORÍA CUÁNTICA DE LA ENERGÍA ELECTRÓN GIRA ALREDEDOR DEL NÚCLEO

EN ÓRBITAS CIRCULARES CUYOS VALORES ESTÁN CUANTIZADOS. ESTAS ÓRBITAS SE CONOCEN COMO ESTACIONARIAS Y, EN ELLAS, EL ELECTRÓN NO ABSORBE NI EMITE ENERGÍA

BOHR DEDUJO LAS EXPRESIONES QUE DETERMINABAN EL RADIO Y LA ENERGÍA DE CADA NIVEL: rn = 5,29·10-11·n2 m En = -2,18·10-18/n2 J Donde n = número cuántico principal

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR MODELO ATÓMICO DE BOHR SE BASA

EN LA TEORÍA CUÁNTICA DE LA ENERGÍAELECTRÓN ABSORBE O EMITE ENERGÍA SI

CAMBIA DE NIVEL SI SALTA A UN NIVEL SUPERIOR DE ENERGÍA,

ABSORBE UN FOTÓN SI PASA A UN NIVEL INFERIOR, DESPRENDE UN

FOTÓN

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR MODELO ATÓMICO DE BOHR SE BASA

EN LA TEORÍA CUÁNTICA DE LA ENERGÍA

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR EXPLICACIÓN DEL ESPECTRO ATÓMICO

DEL HIDRÓGENOSI EL ELECTRÓN SITUADO EN UN NIVEL DE

ENERGÍA, PASA A UN NIVEL DE ENERGÍA SUPERIOR (ESTADO EXCITADO), AL VOLVER A SU NIVEL ORIGINAL, DESPRENDE LA ENERGÍA ABSORBIDA EN FORMA DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

ESTA RADIACIÓN TENDRÁ UNA FRECUENCIA f DETERMINADA QUE DARÁ LUGAR A UNA LÍNEA EN EL ESPECTRO ATÓMICO:

f = (Efinal – Einicial)/h

5. MODELO ATÓMICO DE BOHR CADA SALTO DESDE NIVELES SUPERIORES

A UN NIVEL INFERIOR PRODUCE UNA LÍNEA EN EL ESPECTRO.

TODAS LAS LÍNEAS DE LOS SALTOS A UN DETERMINADO NIVEL FORMAN UN GRUPO O SERIE

Serie de la región visible del espectro del hidrógeno

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO BOHR FUE EL PRIMERO EN APLICAR LA

TEORÍA CUÁNTICA AL ÁTOMO: LIMITACIONES:

NO PODÍA EXPLICAR ESPECTROS ATÓMICOS DE ÁTOMOS DE MÁS DE UN ELECTRÓN

EXISTÍAN ESPECTROS QUE MOSTRABAN QUE LÍNEAS TOMADAS COMO SIMPLES ERAN REALIMENTE VARIAS LÍNEAS MUY JUNTAS EXISTENCIA DE SUBNIVELES

PARA EXPLICAR ESTOS HECHOS, DE BROGLIE, HEISENBERG Y SCHRÖDINGER DESARROLLARON EL MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO HEISENBERG DEMOSTRÓ QUE NO ES

POSIBLE CONOCER DE FORMA EXACTA POSICIÓN Y VELOCIDAD DE UN ELECTRÓN EN UN INSTANTE DETERMINADO

SÓLO PODEMOS CONOCER LA PROBABILIDAD DE QUE EL ELECTRÓN SE ENCUENTRE EN UNA REGIÓN DEL ESPACIO

POR ESTO SE CAMBIÓ EL CONCEPTO ÓRBITA DEL ELECTRÓN POR ORBITAL ATÓMICO, QUE SE DEFINIÓ COMO LA “REGIÓN DEL ESPACIO EN LA QUE EXISTE UNA GRAN PROBABILIDAD DE ENCONTRAR AL ELECTRÓN”

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

ORBITALES ATÓMICOS

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

NÚMEROS CUÁNTICOS: PERMITEN DESCRIBIR LOS ORBITALES ATÓMICOS. SE CLASIFICAN EN:

NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n) Determina el tamaño y la mayor parte de la energía del orbital Puede tomar cualquier valor entero positivo (1,

2, 3, …) Los orbitales con el mismo valor de n

pertenecen al mismo nivel o capa

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

NÚMEROS CUÁNTICOS: PERMITEN DESCRIBIR LOS ORBITALES ATÓMICOS. SE CLASIFICAN EN:

NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l) Determina la forma del orbital Su valor viene condicionado por el valor de n

(toma valores enteros entre 0 y n-1) Los orbitales con mismos valores de n y l

pertenecen a un mismo subnivell = 0 orbital sl = 1 orbital pl = 2 orbital dl = 3 orbital f

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

NÚMEROS CUÁNTICOS: PERMITEN DESCRIBIR LOS ORBITALES ATÓMICOS. SE CLASIFICAN EN:

NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO (ml) Determina la orientación del orbital en el espacio Puede tomar cualquier valor entero entre l y –l Determina el número de orbitales de un mismo

tipo que hay en un determinado subnivel

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA: REPRESENTACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES DE UNÁTOMO EN LOS DIFERENTES ORBITALES ATÓMICOS

SE ESTABLECE SIGUIENDO LAS SIGUIENTES REGLAS: PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN O AUFBAU PRINCIPIO DE MÁXIMO DESAPAREAMIENTO

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI INDICA QUE CADA ORBITAL SÓLO PUEDE CONTENER DOS ELECTRONES COMO MÁXIMO

ESTO LIMITA EL NÚMERO DE ELECTRONES QUE CABEN EN CADA SUBNIVEL Y, POR TANTO, EN CADA NIVEL En el subnivel s caben 2 electrones, en el p 6, en el d

10 y en el f 14 electrones Para cada nivel se cumple 2n2

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

PRINCIPIO DE CONSTRUCCIÓN DE AUFBAU INDICA QUE LOS ELECTRONES VAN LLENANDO SUBNIVELES DE MENOR A MAYOR ENERGÍAEL SUBNIVEL DE MENOR ENERGÍA ES EL QUE

TIENE MENOR LA SUMA n + l. EN CASO DE IGUALDAD, EL QUE TIENE MENOR n 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d <

5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p

6. MODELO MECANICOCUÁNTICO DEL ÁTOMO

PRINCIPIO DE MÁXIMO DESAPAREAMIENTO INDICA QUE LOS ELECTRONES QUE LLENAN UN SUBNIVEL DONDE EXISTE MÁS DE UN ORBITAL SE DISTRIBUYEN DE FORMA QUE OCUPEN EL MÁXIMO NÚMERO DE ORBITALES, MINIMIZANDO ASÍ REPULSIONES ENTRE ELLOS

7. TABLA PERIÓDICA MODERNA

7. TABLA PERIÓDICA MODERNA ELEMENTOS ORGANIZADOS POR

NÚMERO ATÓMICO CRECIENTE 7 PERÍODOS (FILAS) 18 GRUPOS (COLUMNAS)

AGRUPADOS POR LA PERIODICIDAD DE SUS PROPIEDADES REFLEJO DE LA REGULARIDAD DE SU CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ELEMENTOS DE UN MISMO PERÍODO TIENEN

EL MISMO NÚMERO DE NIVELES (CORRESPONDE AL NÚMERO n)

ELEMENTOS DE UN MISMO GRUPO TIENEN LA MISMA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DEL NIVEL MÁS EXTERNO (excepto He)

7. TABLA PERIÓDICA MODERNASEGÚN LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

DE LA CAPA DE VALENCIA (LA MÁS EXTERNA), LOS ELEMENTOS DE LA TABLA SE CLASIFICAN EN 4 BLOQUES:

BLOQUE s ELEMENTOS DEL GRUPO 1 Y 2 Y EL He (DEL GRUPO 18)

BLOQUE p ELEMENTOS DE LOS GRUPOS 13 AL 18

BLOQUE d ELEMENTOS DE TRANSICIÓN

BLOQUE f ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA

8. PROPIEDADES PERIÓDICASTAMAÑO DE LOS ÁTOMOS Es el volumen

de la corteza electrónica. Podemos distinguir entre: RADIO ATÓMICO

GRUPO: el radio atómico aumenta al descender por el grupo, puesto que aumenta el número de niveles electrónicos

PERÍODO: el radio atómico disminuye al avanzar hacia la derecha, puesto que el núcleo ejerce una fuerza de atracción mayor, por lo que el radio disminuye

RADIO IÓNICOCATIONES: han perdido electrones son más

pequeños que el átomo neutroANIONES: han ganado electrones son más

grandes que el átomo neutro

8. PROPIEDADES PERIÓDICASENERGÍA DE IONIZACIÓN (EI) ES LA

ENERGÍA MÍNIMA QUE HAY QUE APORTAR PARA ARRANCAR UN ELECTRÓN A UN ÁTOMO AISLADO INDICA LA FUERZA DE LA UNIÓN DEL ELECTRÓN

AL ÁTOMO SE EXPRESA EN KJ/mol VARIACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA:

GRUPO: EI disminuye al descender por el grupo porque el tamaño aumenta electrones externos cada vez más alejados del núcleo (fuerza de atracción más débil)

PERÍODO: EI aumenta al avanzar hacia la derecha porque disminuye el radio atómico (los electrones están más cercanos al núcleo y, por tanto, más fuertemente atraídos)

8. PROPIEDADES PERIÓDICASAFINIDAD ELECTRÓNICA (AE) ES LA

ENERGÍA DESPRENDIDA (O A VECES ABSORBIDA) CUANDO UN ÁTOMO AISLADO GANA UN ELECTRÓN SE EXPRESA EN KJ/mol VARIACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA:

GRUPO: AE disminuye al descender por el grupo porque el tamaño aumenta electrones externos cada vez más alejados del núcleo (desprendimiento de energía más débil)

PERÍODO: AE aumenta al avanzar hacia la derecha porque disminuye el radio atómico (los electrones están más cercanos al núcleo y, por tanto, más fuertemente atraídos)

8. PROPIEDADES PERIÓDICASELECTRONEGATIVIDAD (EN) CAPACIDAD

DE UN ÁTOMO DE ATRAER HACIA SÍ PARES DE ELECTRONES COMPARTIDOS ESCALA DE ELECTRONEGATIVIDAD DE PAULING

ASIGNA UN VALOR 4 AL ELEMENTO MÁS ELECTRONEGATIVO (EL FLÚOR). LA EN DEL RESTO DE ELEMENTOS SE CALCULA TOMANDO COMO REFERENCIA LA DEL FLÚOR

VARIACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA:GRUPO: EN disminuye al descender por el

grupo porque el tamaño aumenta mayor distancia al núcleo

PERÍODO: EN aumenta al avanzar hacia la derecha porque disminuye el radio atómico (los electrones están más cercanos al núcleo y, por tanto, más fuertemente atraídos)

8. PROPIEDADES PERIÓDICAS CARÁCTER METÁLICO RELACIONADO CON LAS

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS METALES (brillo, conductividad eléctrica y térmica, maleabilidad, …) EL CARÁCTER METÁLICO ESTÁ RELACIONADO CON

LA ELECTRONEGATIVIDAD:

ELEMENTOS METÁLICOS TIENEN TENDENCIA A PERDER ELECTRONES CON FACILIDAD (SON ELECTROPOSITIVOS)

ELEMENTOS NO METÁLICOS TIENEN TENDENCIA A GANAR ELECTRONES (SON ELECTRONEGATIVOS)

ELEMENTOS SEMIMETÁLICOS TIENEN PROPIEDADES INTERMEDIAS ENTRE METALES Y NO METALES