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TEMA 1.- MATERIA-ENERGÍA Y ESTRUCTURA DEL ÁTOMO QUÍMICA I Materia y Energía Composición Enlaces químicos Nomenclatura y obtención de la materia de compuestos inorgánicos Clasificación Enlaces Compuestos de la materia Interatómicos Binarios Átomo Enlaces Compuestos . Intermoleculares Ternarios Compuestos Cuaternarios Fecha de examen: 1er. Parcial = 11 sept. 2° Parcial=23 Oct 3° Parcial= 29 Nov Ponderación de cada calificación parcial Aspectos conceptuales = 40 % Aspectos procedimentales = 45% Aspectos actitudinales = 15 % . 100 % . QFB Fco. Arturo Wong Piña

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I.- INTRODUCCIÓN A LAS CIENCIAS QUIMICAS Competencia.- Definición, divisiones, subdivisiones, y periodos de la Química 1).- Definición de Química. Es la Ciencia* que estudia la materia;

ü en su composición (tiene elementos, compuestos y mezclas) , ü en su estructura ; molecular, atómica, iónica, y subatómica , ü en sus propiedades o características físicas, ü en sus cambios que son las reacciones que experimenta como reactivos

para transformarse en productos, por efecto de la energía interna y externa.

Cambio es sinónimo de fenómeno. Diferenciar los fenómenos físicos de los químicos

*Ciencia.- Es el conjunto de conocimientos ciertos, comprobables y sistemáticamente organizados que explican algo del universo. Obtenidos mediante la metodología (“método científico”): 1°)Observación-Investigación, 2°)Hipótesis, 3°) Experimentación, 4°)Teoría y 5°) ley I.- Química General: Estudia conceptos, teorías y leyes elementales. QUÍMICA II.- Química descriptiva.- Estudia las características, propiedades , . composición y clasificación de las sustancias, sus reacciones y los . métodos industriales o de laboratorio de obtención.

Se divide en :

A) Química inorgánica.- Estudia metales y no metales y los compuestos que producen.

B) Química orgánica.- Estudia las sustancias que tienen átomos de carbono como estructura fundamental de sus moléculas .

Ambas se complementan con la Química Analítica.- Ciencia que estudia los procedimientos para identificar y cuantificar los componentes (“analitos “) de las muestras de materia, por lo que se subdivide en :

1) Química analítica cualitativa.- Identifica “cuales” son las sustancias

contenidas en las muestras de materia. Para después separarlas y purificarlas.

2) Química analítica cuantitativa.- Determina las “cantidades” de analitos contenidas en las muestras de materia; ya sea en peso (Gravimetría) o en volúmen (Volumetría).

3).- Algunas Ciencias derivadas de la relación de la Química con otras Ciencias. Ejemplos: Fisicoquímica , Termoquímica, Cinética Química, Cristaloquímica, Electroquímica, Fotoquímica, Radioquímica, etc.) Bioquímica , Química Biomolécular,

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etc., Química Enológica, etc., Química Farmaco-biológica.,Química de Superficie, Química Industrial; Química de los Plásticos, Metalúrgica , Química de los Colorantes, Química Petrolera… etc, 4.- Una de las clasificaciones de los periodos o etapas de la Química, es la siguiente: I).- EL PERIÓDO ANTIGUO DE LA QUÍMICA.- ( De AC al año aprox. 300 D C ) . Los Egipcios ya trabajaban el oro, plata, vidrio, colorantes, sustancias ebalsama-doras, etc . Los Chinos; la pólvora, tintas, lacas, la seda, porcelana, etc.. La constitución de la materia para Empódecles es de: Tierra, Agua, Aire y Fuego. Aristóteles le aumentó : Húmedo, seco, frío y caliente. Para Leucipo y Demócrito de Abdera, la materia es un conjunto de Átomos. A ( Sin ), Tomos (cortes o divisiones), que consideraban como las partículas más pequeñas de la materia imposibles de dividirse o fraccionarse más.

2).- EL PERIÓDO DE LA ALQUIMIA.- Del año 300 al 1550. De Alchemia, o “Chemia”, que significa arte y ciencia de los Egipcios. Figuró Alberto Magnus y Roger Bacon por buscar la “pierdra filosofal”, Quinta essentia o Magisterium algo que convirtiera cualquier metal común en oro. Si descubren muchos ácidos y bases, la destilación, la aleación de metales, algunos elementos y propiedades de muchos compuestos. 3) PERIODO DE LA IATROQUÍMICA.- Mas o menos del 1550 al 1650. En el que se buscó

el “ elixir de la vida “, preparación que curara todas las enfermedades y confiriera el don de la eterna juventud. PARACELSO, médico suizo, si descubrió sustancias con propiedades curativas

4) PERIÓDO DEL FLOGISTO ( 1650-1775).- Se investiga el fenómeno de la combustión. El alemán Georg Ernest Sthal creía que las sustancias tienen “flogisto” y que al arden se “desflogistan”. 5) PERIÓDO DE LA QUÍMICA MODERNA ( 1775 – 1900 ) De la generación de los

sabios que enuncian y comprueban la mayor parte de las “LEYES FUNDAMENTALES DE LA QUÍMICA” : Lavoisier, , Sceele, Priestly, Cavendish, Dalton, Prust, Gay Lussac, Berzelius, Mendeleef, Wohler, etc, etc.

6) PERIÓDO DE LA QUÍMICA CONTEMPORÁNEA. Digamos, de 1900 a la fecha.

Sobresaliendo la Era atómica y la Nanoquímica. Frederick Sanger fué dos veces laureado con el Premio Nobel de Química, cuarta persona del mundo en recibir dos premios Nobel (los tres anteriores fueron Marie Curie, Linus Pauling y John Bardeen), determinó la secuencia de los aminoácidos de la insulina en 1955, precursor del proyecto del genoma humano.( Su segundo Premio Nobel en 1980)

Actividad: Investigar 6 premios Nobel en Química y sus aportaciones, de 1900 a la fecha.

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2.- Competencia.- Materia y Energía; Definiciones, Clasificaciones, Leyes, Unidades e Inter-conversiones de la Materia y la energía . 2.1.- Concepto de materia.- Es todo aquello que posee cuatro propiedades relativistas; masa, energía, espacio y tiempo. 2.2.- Concepto de Energía .- Es la fuerza o agente del cambio o transformación de la materia. Es la cantidad de trabajo que un sistema físico es capaz de producir. 2.2.1.-Unidades de energía ü La caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura

de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados centígrados. ü 1 julio = 0.24 calorías. ü 1 vatio o watt ( W) es igual a 1 joule (julio) sobre segundo (1 J/s ü El amperio o ampere (símbolo A), es la unidad de intensidad de corriente

eléctrica ü El culombio.- Es la unidad de carga, desplazada por una corriente de un

amperio en el tiempo de un segundo. ü La Caloría grande ( Cal ) .- Unidad manejada en Alimentación y Nutrición.

1 Cal = 1 kcal = 1000 cal = 4184 J = 4.184kj.

2.3.- Clasificaciones de los tipos de Energía. Las formas básicas de la manifestación de la energía, son las siguientes: Energía cinética La Energía Mecánica Energía potencial La Energía Mecánica se clasifica en energía cinética y energía potencial, y de ésta se derivan todos los demás tipos o manifestaciones. Energía cinética.- Es la que posee todo cuerpo en virtud de su movimiento. Energía potencial.- Es la que posee todo cuerpo en el estado de “reposo” en virtud de su ubicación en el eje tridimensional del espacio de un campo de fuerzas. Energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica. Potencia.- Es la cantidad de trabajo realizado en un determinado tiempo. Ejemplos de manifestaciones de la Energía: Energía Química, Energía Térmica o calorífica, Energía Nuclear de Fusión y Energía Nuclear de Fisión, Energía Hidráulica, Energía Eólica, Energía Eléctrica, Energía Radiante (O por oscilación de un campo magnético y eléctrico ), solar etc.. Investigar.- Energía nuclear de fisión y energía nuclear de fusión. Producción de energía con biomasa. Fuentes alternativas de energía no contaminante, limpia,

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. 2.4.- Clasificación de la energía radiante, de mayor a menor longitud de onda λ ENERGÍA RADIANTE

Longitud de onda

(λ)

Fuente

Aplicaciones

Ondas de radio y TV

2x106 a 3x10—2 cm Válvulas electrónicas

Radio, tv, radar

Rayos Infrarrojos ( RI )

3x10-2 a 7x10—5 cm

Cuerpo emisor de calor

Casa solar

Luz Visible 7x10-5 a 4x10—5

cm Cuerpos muy

calientes Iluminación del

sol, flama, focos, gases ionizados

Luz Ultavioleta ( UV)

4x10-5 a 5x10—7

cm igual Desinfectante

Rayos X 5x10-7 a 1x10—9

cm Los rayos catódicos

Placas de RX

Rayos Gamma

1x10-9 a 1x10—12

cm Radiactividad de

isótopos Cancer

Trabajo; Investigar “ espectro de la luz visible, sus longitudes de onda y los colores correspondientes“ 2.5.- Ejemplo de la transformación de la energía de un tipo a otro tipo: Los transductores son dispositivos que transforman un tipo de energía en otros tipos. Por ejemplo: Los micrófonos y altavoces son transductores acústicos que transforman la energía acústica o sonora en energía eléctrica, y viceversa. Otro ejemplo de inter-conversión energética: La energía química de la gasolina o del etanol, puede convertirse en energía térmica en los cilindros de los pistones de una motor y ésta en la energía mecánica que mueve al automóvil

2.6.- Leyes de la materia y la energía

Ley de la conservación de la masa-energía.(De Albert Einstein) “ La cantidad de masa-energía que se manifiesta en un determinado espacio y tiempo del Universo, es constante “ . Ecuación de Einstein E=m.c2

m = masa. c = velocidad de la luz. velocidad = Espacio recorrido/tiempo

En el universo la masa se convierte en energía y la energía en masa.

Ley de la conservación de la materia. ( De Lavoisier ).- La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.

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.

Ley de la conservación de la Energía: La energía no se crea ni se destruye solo se transforma. Un tipo de energía se transforma en otro tipo de energía pero también puede convertirse en masa y visceversa. 2.6.- Clasificación de la materia: . Materia Inorgánica Elementos 1) Por su naturaleza 2) Por su composición Compuestos

. Materia Orgánica Química Mezclas

. Materia Homogénea.- Homo=igual (a la vista ) . Ej: Elementos, compuestos y mezclas homogéneas 3) Por su sistema físico ( disoluciones químicas como el agua acidulada ) Materia Heterogénea.- Hetero= diferente (a la vista) . Ej: Las mezclas heterogéneas, se le distinguen fases. 4) Por su estado de agregación molecular: Materia en estado sólido, en estado líquido y en estado gaseoso Características diferenciales de los tres estados principales de la materia

Estado de Agregación Sólido Líquido Gas 1)Volumen Definido Definido Indefinido 2)Forma Definida Indefinida Indefinida 3)Compresibilidad Incompresible Incompresible Compresible 4)Atracción entre Moléculas Intensa Moderada Despreciable

LA MATERIA PURA.- Son los elementos y los compuestos. . Ej: El Elemento sodio y el elemento Cloro al unirse forman 5).Por su pureza el compuesto cloruro de sodio(NaCl ) que conocemos como sal de . cocina

. MATERIA IMPURA.- Las mezclas homogéneas y heterogéneas. . Ejemplo; coca cola, limonada, Agua con alcohol, agua con . arena, etc..

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3.- COMPETENCIA.- CLASIFICA Y DEFINE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LA . MATERIA

3.1.- Propiedades físicas de la materia, intrínsicas y extrínsicas.

Propieda des Físicas de la Materia

Trabajo; Investigar la definición de c/u de las propiedades físicas y que instrumentos de medición se utilizan para medirlas.

Propieda-des

extensivas o

generales

Son las que varían según la cantidad de materia

Peso Volumen Longitud Inercia

Impenetrabilidad Dilatibilidad

Propieda-des

intensivas o

específicas Son independientes de la cantidad de materia. Son las características de cada sustancia. Son como las huellas dactilares, exclusivas y únicas para cada sustancia por lo que sirven para identificarlas. Básicas en la Química Analítica Cualitativa.

Punto de fusión Punto de ebullición, punto de congelación. Densidad Coeficiente de solubilidad Indice de refracción Organolépticas:Color,Olor Sabor. Opacidad/Transparencia Forma,Textura y consis-tencia. Estado de agregación molecular (sólido, líquido ó gas). Rigidéz, Dureza, Brillo metálico. Maleabilidad, Ductilidad, Elasticidad. Densidad, Solubilidad, Viscocidad, Adsorción Presión de vapor, Tensión superficial. Ïndice de refracción, Rotación específica. Calor específico. Peso atómico Peso molecular

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4.- Competencia: Conceptualiza “propiedades químicas de la materia” y . da ejemplos 3 ejemplos de reacciones tipo..

Son las reacciones químicas, que puede tener cada tipo de substancia, llamándosele reactivo de manera que se transforman en sustancias llamadas productos que se caracterizan por tener propiedades específicas diferentes a las iniciales. . ejemplos:

4.1.- HIDRÓXIDO + SAL HIDRÓXIDO + SAL

a) Si el Hidróxido de sodio reacciona con el sulfato ferroso, forma el hidróxido ferroso que se distingue por ser un precipitado verde parduzco ) más sulfato de sodio en solución 2 NaOH (aq) + FeSO4 (aq) Fe(OH)2 verde + Na2SO4(aq)

b) Pero si el hidróxido de sodio reacciona con el sulfato cúprico entonces formará Hidróxido cúprico (precipitado azul) y sulfato de sodio en solución.. 2 NaOH (aq) + CuSO4 (aq) Cu(OH)2 azul + Na2SO4(aq)

4.2.- ACIDO + HIDROXIDO SAL + AGUA A la reacción entre un ácido y una base se le llama reacción de Neutralización. Importante en el Laboratorio de Análisis, en las Titulaciones o Valoraciones ácido-base. Ejemplos: H2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O 1n de ác. sulfúrico 2n Hidróxido de sodio 1n de Sulfato de sodio 2n de agua H3PO4 + 3 Na(OH)2 Na3 PO4 + H2O 2n Ác. Fosfórico 3n Hidróxido de Sodio 1n Fosfato de sodio 6n de Agua 4.3.- SAL + SAL + AgNO3(ac) + HCl(ac) AgCl + HNO3(ac) 1n Nitrato de plata 1n Ácido Clorhídrico 1n Cloruro de plata 1n Ácido nítrico Nota: “n” significa moles. Una mol tiene el peso de su molécula expresado en gramos. Trabajo: Investigar y explicar cómo se determina el peso de una n de H2SO4 y de una n de H3PO4

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3.3.- Competencia: Mediante un diagrama describe los cambios físicos que puede tener la materia en su estado de agregación molecular, cuando cambia la energía y/o la presión de sus condiciones.

El incremento de temperatura va aumentando la energía cinética de las partículas de la materia lo que va aumentando su separación y por ende su estado de agregación.

Solidificación Licuefacción Ionización . Desionización

1.-SÓLIDO 2.- L Í Q U I D O 3.- GAS ó 4.- PLASMA

Fusión vaporización

Condensación

Sublimación 3.- VAPOR

5.- CONDENSADO . DE BOSE-EINSTEIN Contenido de energía o Entalpía

Incremento de la entalpía Disminución de la entalpía

1.- Materia en estado sólido. Se forma cuando la fuerza de atracción de las moléculas

es mayor que las de repulsión. Las moléculas se quedan “fijas” y el movimiento energético

se queda limitado a una vibración “despreciable”. Al incrementarse su temperatura, su

vibración será mayor.

2.- Materia en estado líquido. Se forma cuando la temperatura “ rompe la fijación” de

las moléculas del estado sólido. Sus moléculas pueden moverse más separadas que en

la estructura sólida. Los líquidos son de forma indefinida pero al adecuarse a su

contenedor tienen la forma definida al contenedor y por lo tanto un volumen definido.

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3.- Materia en estado gaseoso.-

Es un estado de la materia en el que se le puede comprimir y al disminuirle su volumen

aumenta su densidad . Sus moléculas tienen mayor movimiento que las del estado líquido

pero es menor su fuerza atracción, por lo que se mueven a cualquier dirección

ocupando TODO el espacio disponible de su contenedor.

4.- Materia en estado plasmático.-

Los plasmas son unos gases ionizados de temperatura muy elevada. Debido a la alta

temperatura las moléculas se separan y sus átomos se convierten en un gas de iones

altamente cargados (plasma) .

La mayor parte del universo visible se encuentra en estado de plasma. Algunos ejemplos

de materia en estado de plasma son las estrellas (por ejemplo el Sol), el fuego, los tubos

fluorescentes, la aurora boreal, los rayos durante una tormenta, los producidos artificial-

mente por ejemplo para las pantallas de TV de plasma, el interior de los reactores de

fusión, etc..

A medida de que la temperatura de la materia aumente, aumenta el movimiento

(CINÉTICA) de las moléculas es mayor, y a la inversa ocurre exactamente lo mismo.

Existe un mínimo, el cero absoluto (0 Kelvin = -273,15 grados Centígrados). En ese límite llegamos a un punto dónde todo movimiento molecular de la materia se detiene. Algunos científicos han logrado llegar a enfriar materia a una temperatura muy cercana al cero absoluto, pero nunca han llegado al punto exacto. El problema es que para ver la materia se necesita luz (energía ), y la luz necesaria para visualización le transfiere energía a la materia y le aumenta la temperatura y por consiguiente le aumenta el movimiento molecular, no permitiendo el punto cero Kelvin, los -273.15°C

5.- Materia en el estado condensado de Bose-Einstein.- Este estado lleva el nombre de los que predijeron su existencia, Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1922. Fue obtenido en 1995 por los físicos Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman, logro que les valió el Premio Nobel de Física en el año 2001. El condensado de Bose-Einstein se consigue a temperaturas muy cercanas al cero absoluto, es un estado en el que los átomos se superponen entre sí, es decir, todos muy justitos o apretaditos en el mismo espacio. Se trata de un estado de coherencia cuántica macroscópico.

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4.- Competencia.- Menciona 4 de las características diferenciales que distinguen las Mezclas, Compuestos y Elementos, como materia, en lo referente a; su composición, las uniones o enlaces químicos, nomenclatura y energía de formación.

Características MEZCLA COMPUESTO ELEMENTO 1.- Composición

Materia de composición indefinida. Depende de qué y como se quiera preparar. Ejemplo: Un pastel….

Materia de composición definida. Por leyes estequiométricas: De 2 elementos= Binarios. De 3 = Ternarios….

Materia de composición definida. De una sola sustancia pura, que es la más sencilla.

2.- Uniones

De sustancias con uniones aparentes, débiles. Que se les puede separar mediante simples métodos físicos: Filtración, Destilación, Decantación.. Ej. Agua con sal sepa-rable por evapora-ción del agua.

Sus uniones son: Enlaces químicos fuertes; De elemento-elemento de tipo iónico o covalente, que forman moléculas que sólo se pueden separar por métodos químicos

De uniones átomo-átomo que son iguales en su número de electrones (e-) y de igual número de protones( p+ ). Uniones que son enlaces metálicos ó enlaces covalentes.

3.- Nomenclatura

De nombres que no se apegan a ningunas reglas o normas. Algunas son “disoluciones”, “coloides” y “suspensiones”.

Sus nombres se apegan a la nomenclatura de la UIPAC. Ejemplo: Óxidos, Hidruros, Ácidos, Hidróxidos, Sales etc.

Sus nombres son derivados del Latín o griego Actividad: Enlistado de los elementos por grupos ver Tabla Periódica.

4.- Energía

No requiere una energía definida para su formación.

Sí requiere de una energía definida para que se unan elemento-elemento.

Sí requiere de una energía definida para que se unan átomo-átomo

5.- Peso

No tiene un peso definido para su formación

Tiene un peso definido estequiométricamente cada “mol” de ésta sustancia . Actividad.- Informarse cómo se determina el valor de una mol de un compuesto, con ejemplos.

Tiene un peso definido en cuanto el peso atómico (A) de todos sus átomos, pues son iguales. A = Z+n° Z = peso d protones n° = peso neutrones

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Actividad.- Presentar información de 4 de los métodos del laboratorio de separación de los componentes de una mezcla, su fundamento y procedimiento.

5.- COMPETENCIA. Da los conceptos de mezcla, de sistemas dispersos, clasificación de las mezclas por sus fases y clasifica los sistemas dispersos (disoluciones, coloides y suspensiones ) de acuerdo a sus características y tamaño de las partículas.

Conceptos.

1. MEZCLA Es la unión de dos o más sustancias, con la característica que no requieren de alguna reacción química, solo de reacciones físicas para su unión aparente, por lo cual se facilita la separación de sus componentes por simples métodos físicos.

2. SISTEMAS DISPERSOS Podemos definir un sistema disperso o dispersión como la difusión de una o más sustancias en el seno de otra. A la o las que se difunden se le nombra fase dispersa generalmente son poca proporción. A la sustancia que recibe en su seno y dispersa se le llama fase dispersante.

3. CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS POR SUS FASES . A) La mezcla homogénea. Homo = Significa Igual. . Es la que muestra aspecto de una sola fase. En todo .. su cuerpo se le ven las mismas características físicas. . etc. Aunque tenga numerosos componentes. . Ejemplo: De Fase dispersante =Agua. . De Fase dispersa=3 sales solubles: NaCl, NaNO3 y KNO3 Tipos de mezclas La disolución del agua con estas sales es una mezcla por sus fases monofásica porque es la apariencia que da a la vista, porque las sales de este ejemplo, no reaccionan química- . mente y se mantienen dispersas en el dispersante(Agua). B) La mezcla heterogénea. . Hetero = Significa diferente. A ésta mezcla se le . ven a simple vista 2 o más fases, por ejemplo: . Las suspensiones, “Melox” son mezclas . heterogéneas

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6.- Competencia.- Describe las mezclas en TIPOS DE DISPERSIONES QUÍMICAS, sus características, y el tamaño de sus partículas

Tipo de dispersión

Características

Tamaño de las partículas

dispersas

1).-SOLUCIONES ( dispersiones homogénea )

o Sus partículas dispersas

NO sedimentan. o Pueden atravesar papeles

filtro y membranas o No se ven ni al microscopio. o Son traslúcidas aunque

sean coloridas o no

ü De 1 a 10 A de

diámetro. ü Son especies

moleculares o bien especies iónicas.

2).- COLOIDES

1)Sus partículas dispersas se sedimentan por centrifugación, 2) pasan el papel filtro, pero NO atraviesan las membranas , 3)Se ven solo algunas partículas especiales al microscopio. 4) Si les incide un rayo de luz producen el efecto de Tyndall 5) Tienen movimiento Browniano. Ejemplos de coloides de los Organismos vivos: sangre, protoplasma etc . Otros ejemplos: Aerosoles, Soles o Gelatinas, Emulsiones: Leches, Quesos, mayonesas, pinturas, jaleas, champús, etc .

De 10 a 2000 A de diámetro

Ejemplos de coloides: Pintura, Gelatina, Leche, Mayonesa ,Queso, Mantequilla , La crema batida, Espuma para afeitarse Los tejidos vivos, Lubricantes.

3).-SUSPENSIONES ( Dispersiones heterogéneas )

ü Se SEDIMENTAN con el

simple reposo, “agítese antes de usarse”

ü NO pasan el papel filtro, ni las membranas,

ü Son visibles a simple vista ü No dispersan la luz. Por

ejemplo agua con cal, melox

De más de 2000 A,

1 A = Una diez mil, millonésima parte de 1 metro. 0.1nm = 1 A = 100 pm

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II.- EL ÁTOMO.

1. Eventos y personajes sobresalientes en

el descubrimiento del átomo y sus partículas.

2. Modelos atómicos.

3. Principios que fundamentan el modelo atómico cuántico ondulatorio: 1) Principio de Louis de Bröglie. 2) Principio de incertidumbre de W. Heissenberg. 3) Principio de exclusión de W . Pauli. 4) Principio de máxima multiplicidad de Friedrich Hund. 5) Principio de edificación progresiva ó Auf Bau Prinzip.

4. Los cuatro números cuánticos, sus valores y representación

5. Formas de los orbitales en los ejes tridimensionales delespacio.

6. Las configuraciones electrónicas de los elementos, representadas por el método de notación s,p,d,f. y por el método de diagramas de cajas de orbitales.

7. Configuraciones electrónicas especiales de los elementos de Transición.

8. Configuraciones electrónicas especiales

del: CROMO, MANGANESO, FIERRO, COBALTO, NIQUEL Y COBRE.

9.- Configuraciones especiales de : Elementos: 59Gd al 63Eu, Elementos con terminación: 4fn,6s2, Elementos con terminación: 5d,6s, Elementos con terminación 4f,5d,6s,6p, Elementos con terminación 6d,7s Elementos del 71Lu al 80Hg, terminación 5f,6d,7s 10.- Paramagnetismo y Diamagnetismo

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7.-Competencia: De manera breve menciona los eventos y personajes más sobresalientes para el descubrimiento del átomo y sus partículas.

UNIDAD I.- EL ÁTOMO 1.- EVENTOS Y PERSONAJES RELACIONADOS CON EL CONOCIMIENTO DEL ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS . 01.- LEUCIPO Y DEMÓCRITO DE ABDERA 450 A.C.. Le dieron nombre de átomo “A”, que significa , “sin” y Tomo; división. A la fracción más pequeñísima de materia que supusieron ya no es fraccionable, “A”, que significa “sin” y tomo; división. I.- El descubrimiento de la electricidad condujo al descubrimiento del átomo y su divisibilidad.

02.- TALES DE MILETO (600 AC).- Descubrió el fenómeno de electrización por frotamiento, al frotar un pedazo de ámbar.

El ámbar, ( en griego = electrón ) , es la única "piedra" semipreciosa de origen vegetal , resina vegetal fosilizada proveniente de restos de coníferas y algunas angiospermas, que escurre sobre la corteza de troncos y ramas.

Electrización es el efecto de ganar o perder electrones, producido por un cuerpo cuyos átomos son eléctricamente neutros. Se produce :

1. Por contacto: Se puede cargar un cuerpo neutro con solo tocarlo con otro previamente cargado. En este caso, ambos quedan con el mismo tipo de carga, es decir, si se toca un cuerpo neutro con otro con carga positiva, el primero debe quedar con carga positiva.

2. Por frotamiento: Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones igual al número de protones del átomo , ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una acumulación de cargas eléctricas en los átomos de un objeto. Esta acumulación puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en contacto con otro.

03.-WILLIAM GILBERT (1660), experimentó la electrostática y el magnetismo” de los átomos , aplicó el término de electricidad e ideó el primer electroscopio. Para Benjamín Franklin (1750)), la electricidad es el 'fluido ' o 'fuego eléctrico' de un cuerpo a otro en la descarga, enunció el Principio de conservación de la electri- cidad. E ideó los términos de electricidad positiva(+) y negativa(-).

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04.- ALESSANDRO VOLTA (1800), ideó la 1er pila eléctrica o voltaica. La unidad de fuerza electromotriz lleva el nombre de voltio en su honor. Las pilas consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, o bien en un sólido o pasta que se llama electrolito , que es un conductor

de iones. Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, el electrodo “ ánodo” produce electrones (oxidación), y en el otro, el cátodo se produce defeciencia de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila, se produce la corriente eléctrica.

II.- El descubrimiento del electromagnetismo condujo al descubrimiento del átomo y su divisibilidad. 05. HANS CHRISTIAN ØRSTED (1820) descubrió que el fenómeno magnético estaba ligado al eléctrico. Inspirando los desarrollos posteriores de A. Ampere y Faraday. 06. JAMES CLERK MAXWELL (1861), formuló las leyes clásicas del electromagnetismo. Demostró que la electricidad, el magnetismo y hasta la luz, son manifestaciones del mismo fenómeno: del campo electromagnético. Su trabajo sobre electromagnetismo ha sido llamado la "segunda gran unificación en física", después de la primera llevada a cabo por Newton.

07.- FARADAY ( 1831 ), descubrió que un conductor eléctrico, movién- dose en un campo magnético generaba una diferencia de potencial y así una pequeña corriente continua ( generadores de electricidad ). El dínamo fue el primer generador eléctrico apto para un uso industrial

08.- HEINRICH GEISSLER (1850) inventó tubos capaces de emitir luz de diferentes colores cuando se les hace una descarga eléctrica en su interior. Son tubos al vacío, cargados de gases en condiciones de baja presión (Los famosos “Tubos de Geissler “ ).Ahora se utilizan para anuncios luminosos. Y hasta hace poco en los TV normales para producir las imágenes. 09.- THOMSON (1897), Experimentó descargas eléctricas con un de tubo mejorado, al vacío con un poco de gas a baja presión; el “Tubo de Crookes “. Descubrió que las descargas eléctricas son rayos de partículas que se proyectan en línea recta desde el cátodo o polo negativo hasta el ánodo que es el polo positivo ( que éste las atrae por su deficiencia de electrones) por lo que los llamó “rayos catódicos”.Descubrió que poseen masa y carga eléctrica negativa. Y determinó el valor de la relación entre la carga e y la masa m del electrón, que hoy día se acepta como: �����

� ��� = 1.76x108 Coulombs/g O bien 1.76

x 1011 C/Kg

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Actividad.- Obtenga imágenes o esquemas de los experimentos de Thomson de las descargas eléctricas de 20 mil a 100 mil voltios, que realizó en el tubo de Crookes ; un tubo al vacío que tiene un ánodo y dos cátodos., cargado con poco gas a baja presión. Que represente lo siguiente: 1 .Descarga que muestra que el cátodo ( Polo negativo ) produce rayos que se propagan en línea recta al Ánodo ( Polo positivo) que los recibe. Lo que comprueba que estos rayos “catódicos” son partículas de carga eléctrica negativa . Y si se impactan en una pantalla fluorescente del fondo del tubo, producen energía (luminiscencia y fluorescencia ) 2.- Que si se interpone a los rayos una figura metálica se producen su sombra en la pantalla y energía térmica: Comprueba así que las partículas negativas tienen masa 3.- Que si se interpone entre los rayos un objeto como rehilete; este se mueve ( Energía mecánica). Lo que comprueba que son partículas que poseen masa. 4.- Que si se le rodea de un campo eléctrico en un lado el positivo y en otro el negativo, entre la línea de rayos un campo eléctrico, su trayectoria se desvía hacia la región positiva: Polos iguales se rechazan polos contrarios se atraen. 5.- Que cuando se le sobrepone un campo magnético, lo rechazan desviándose según varíe la intensidad del campo, hacia el polo norte del campo magnético. (regla de la mano derecha). George Johnstone Stoney (1894), bautizó estas partículas de carga negativa como electrones; partículas elementales de la electricidad, o como cargas eléctricas elementales. Thomson descubrió los electrones, su velocidad y su relación carga/masa, en base a las 3 magnitudes que conoció: v La magnitud del ángulo de desviación de los

rayos catódicos en función de la intensidad del campo eléctrico aplicado.

v La magnitud del campo eléctrico que desvía los rayos catódicos en un ángulo determinado

v La magnitud del campo magnético que se requiere para anular el ángulo de la desviación de los rayos catódicos. Joseph John Thomson

ü Descubrió las partículas de carga eléctrica negativa del átomo; los electrones. ü La Velocidad de los electrones = 3 x 107 m/seg 30 000 000 metros por segundo ü y su relación Carga/Masa; Q/M = 1.76 x 108 Coulombs/g

Actividad.- Exponer la Biografía de Joseph John Thomson

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10.- ROBERT A. MILLIKAN (1909 y 1913) con su experimento de la gota de aceite descubrió la carga(Q) eléctrica del electrón, que Q =1,6x10-19 Coulombs. RELACIÓN MILLIKAN/THOMSON.- La masa del electrón se determina dividiendo el valor de la carga eléctrica descubierta por Millikan entre el valor de la relación carga/masa descubierta por Thomson. ������ ���

= 1.76x108 Coulombs/g Masa = �����

�.����������/�

Masa del electrón = 1.6x10-19 Coulombs. Masa del electrón = 9.11 x 1011 g . 1.76 x108 Coulombs/g 11.- EUGEN GOLDSTEIN .- Descubrió los protones en un tubo de Crookes con el cátodo perforado en canales y conteniendo gas Hidrógeno: Observó que el Ánodo ( electrodo positivo) emite rayos anódicos que viajan desde el ánodo, hasta atravesar las perforaciones o canales del cátodo, dando lugar a una luminiscencia en la zona posterior de este. Por lo que se dedujo que son partículas positivas (+) que son cationes (H+) del gas hidrógeno, denominando a su flujo “rayos canales” y a sus partículas; protones

. 12.- WILHELM WIEN (1898). Descubrió la relación carga/masa de los protones, tiene el valor de Q/M = 9.58 x 10 4 Coulombs/gramo, a partir del cual calculó que :

La masa del protón es = 1.67 x 10 -24 gramos Wilhelm Wien, demostró que los rayos anódicos (flujo de iones positivos) pueden ser desviados por campos magnéticos, y que la cantidad desviada es proporcional a la relación carga/masa. Este descubrimiento conduciría luego a la técnica analítica conocida como espectrometría de masas.

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III.- El descubrimiento de la radiactividad, condujo al descubrimiento del átomo y su divisibilidad. 12.- BEQUEREL, ( 1896), descubrió la radiactividad. Que es la desintegración del átomo en: ü Rayos Alfa, que son partículas con masa de 4 umas y carga de +2 (como

nucleos de helio 24He ) que penetran en cuerpos sólidos pero luego pierden sus propiedades.

ü Rayos Beta. Es la emisión de partículas de carga eléctrica negativa ( son electrones), que penetran 100 veces más que los rayos alfa.

ü Rayos Gamma .- Son ondas electromagnéticas de alta energía, que no tiene masa ni carga.. y son más penetrantes que los alfa y beta. En la desintegración del átomo, cada neutrón se convierte en un protón y un electrón.

13.- James Chadwick (1891-1974) descubrió los neutrones (n ), como las partículas neutras del átomo. Experimentó el comportamiento de los átomos del berilio al ser bombardeados por partículas alfa procedentes del Polonio. Este bombardeo provocaba la emisión de partículas de masa aproximadamente igual a la del protón pero de carga eléctrica nula, ya que no era desviada por los campos eléctricos y por NO tener carga eléctrica, se les llama NEUTRONES.

En el experimento de James Chadwick :

1. Empleó polonio que emite radiación alfa, consistente en átomos de helio desprovistos de sus electrones.

2. Los átomos de helio se adentran en un disco de berilio y algunos de ellos chocan con un núcleo de berilio. El choque provoca una reacción que transforma el núcleo de berilio en carbono y desprende un neutrón “n”. La letra K indica energía cinética:

Be9 + He4 + K α = C12+ n1 + K de C12 + K de n1

Descubrimientos relevantes que condujeron al conocimiento del átomo, su

divisibilidad y sus partículas; electrones, protones y neutrones: ü El descubrimiento de la electricidad ü El descubrimiento del electromagnetismo ü El descubrimiento de la Radiactividad

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8.-Competencia: Describe las características de los modelos atómicos en el orden cronológico.

MODELOS ATÓMICOS

1.-Modelo atómico de Dalton(1808) . Dalton propuso la 1er Teoría Atómica , “que los átomos son pequeñísimas esferas, sólidas de peso fijo, iguales entre sí, diferentes para cada elemento y que se combinan en proporciones definidas de números enteros “. 2.- Modelo atómico de Thomson (1897 ). Su modelo de átomos, son esferas que contienen partículas de cargas positivas y cargas negativas, como “budines”

3.- Modelo atómico de Jean-Baptiste Perrin (1870 – 1942) Su modelo de átomos. Son esferas con partículas postivas en su interior con las cargas negativas o electrones sobre su superficie. 4.- Modelo atómico de Rutherford (1911). Semejante al sistema solar, con un núcleo pequeñísimo en el centro que condensa casi el 100 % del peso total del átomo y a distancias mucho muy lejanas los electrones moviéndose alrededor de él. NO describe Niveles ni subniveles o espacios energético para los movimientos de los electrones. Descubrió al bombardear los átomos de una lámina delgada con partículas cargadas

positivamente, que algunas rebotan en un pequeño núcleo situado en el centro del átomo 5.- Modelo atómico de Bohr .1913 Es un sistema de partículas, formado por un núcleo que encierra protones y neu-trones, fuera del cual en 7 posibles órbitas o capas de energía ( “n” ) muy distantes se mueven y distribuyen los electrones; Encerrados en capas de menor energía 1 ó K hasta la de mayor energía 7 ó K, que son espacios de acomodo según su contenido energético, pero que pueden “saltar” a niveles

superiores, según los “cuantos” de ener-gía que absorban mismos que se emiten o salen como fotones de energía para que los electrones excitados regresen a sus niveles basales. Actividad.- Describa; estado basal, excitado y estacionario del átomo y los

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Espectros que genera el átomo, de los saltos cuánticos de sus electrones. 6.- Modelo atómico de Sommerfeld (1916). Característica “l” Es el modelo que asigna el segundo parámetro cuántico: el “ l” ( ele ), el de las formas angulares de los REEMPES. (la Región Espacio Energética de Manifestación más Probable donde se muevan Electrónes, también se llama función de onda o nube electrónica. Son 4 las formas de éstos espacios (REEMPES), para el movimiento de los electrones y cada una tiene su valor energético. Son las siguientes: forma s = 0, forma p = 1, forma d = 2, y la forma f = 3. Éste modelo incluye en los modelos de Bohr y de Sommerfeld y se apoya en la teoría de la relatividad de Einstein, agrega el concepto de subniveles energéticos para especificar, el volumen de movimiento de los electrones. Cuadro que indical: Formas l ( ele ), Nombre, Valor energético y Electrones ( e- ) máximos albergados en cada forma energética

Formas angulares “l” ( ele ) de las

REEMPES

Nombre Valor energético

Electrones ( e- ) máximos alber-gados en cada forma energética

s esféricas sharp S = 0 2 e- p ovoideas en . 2 mancuernas . (dumbbells)

principal P = 1 6 e-

d son ovoides . y anillo en 4 mancuernas

difuso d = 2 10 e-

f complejas . 8 mancuernas

fundamental f = 3 14 e-

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REEMPES d dxy, dxz, dyz, dz2, dx2-y2

Cuatro de ellos tienen forma de 4 lóbulos en dos planos nodales, en diferentes orientaciones del espacio, y el último es un doble lóbulo rodeado por un anillo (un doble cono nodal). Siguiendo la misma tendencia, presentan n-3 nodos radiales. l = d, valor energético = 2

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Las REEMPES f, tienen un valor energético = 3 Presentan n-4 nodos radiales. Éstas formas son las 7 siguientes :

1) fz3 2) fxz2 3) fyz2 4) fx(x2-3y2) 5) fy(y2-3x2) 6) fxyz 7) fz(x2-3y2)

Un REEMPE es una función de onda, espacial e independiente del tiempo a la ecuación de Schrödinger Cuando se dice que el electrón esta en cierto orbital o reempe, se quiere decir que la distribución de la densidad electrónica o la probabilidad de localizar al electrón en el espacio esta descrita por el cuadrado de la función de onda asociada con ese orbital. Cada reempe u orbital atómico en consecuencia tiene una energía característica y cuantizada. Así por ejemplo, la densidad electrónica en el núcleo atómico es cero (ψ2 = 0), significa que no existe ninguna probabilidad que un electrón se encuentre en el núcleo atómico

El REEMPE es la descripción ondulatoria del tamaño, forma y orientación de una región del espacio disponible para un electrón.

7.- Modelo atómico de Schrodinger. Es el que describe al tercer parámetro, el número cuántico “m”, el del campo magnético, el cual limita los espacios permitidos para el movimiento de los electrones .Los valores de “m” cuya fórmula es: m = - l 0 + l Son los valores que empiezan desde el valor negativo “l”, los que siguen incluyendo el cero , hasta anotar el valor positivo de + “l”

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NÚMERO CUÁNTICO “ m ”

Los valores del número cuántico magnético m, nos da el número de reempes que tiene el subnivel, en función limitada por el magnetismo. Los valores magnéticos “m”, van desde el valor negativo de “l” pasando por cero, hasta el valor positivo de “l”. m = -l 0 +1 s = 0 sharp Recuerde que los valores energéticos del parámetro cuántico “l” son: l = p = 1 principal El nombre de los orbitales atómicos se debe a sus líneas espectros- d = 2 diffuse cópicas (en inglés s sharp, p principal, d diffuse y f (fundamental) f = 3 fundam. REPRESENTACIÓN DE LOS REEMPES MEDIANTE DIAGRAMAS DE CAJA VALORES DE “m” para el orbital Sharp (s =0 ) Como el reempe “ s “ tiene valor de “l” = 0 Al aplicar la fórmula de m = -l 0 +1 Substituyendo el valor “l” tenemos que: m = -0 0 +0 Al no existir el -0 ni el +0, por lo tanto, solamente tenemos un solo valor, el cero: m = 0. Que es un reempe que no se subdivide. m = 0 Diagrama de cajas Reempes para s: s Uno solo. En cada reempe solamente puede . haber dos electrones máximos con movimientos contrarios VALORES DE “m” para el orbital principal (p =1 ) Para conocer el N° de reempes en los que se subdivide éste orbital, aplicar: m = -l 0 +1 Substituyendo el valor de p = 1, tenemos que si: m = -1, 0, +1 Entonces “p” se subdivide en tres reempes cuyos valores “m” son m= -1 , m= 0 y m= +3 Son tres valores magnéticos localizables en el espacio tridimensional de los ejes x, y, z , que se representan mediante diagramas de cajas de la siguiente manera: Valores m = -1 0 +1 magnéticos “m” 3 reempes p con 2 electrones máximos px = -1 = 3 x 2 = 6 electrones máximos en p py = 0 Reempes px py pz p se subdivide en 3 reempes, pz = +1 VALORES DE “m” para el orbital diffuse (d =2 ) El reempe d=2, se subdivide en 5 reempes, conocidos con la fórmula m = -l 0 +1 Desde el negativo de 2 hasta el positivo de 2 m = -2, -1, 0, +1, +2 m = -2, -1, 0, +1, +2 Cada reempe acepta solamente a 2 electrones(e-) máximos, con movimientos opuestos, d = 5 reempes x 2e- máximos = 10e- máximos. d d d d d

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VALORES DE “m” para el orbital fundamental (f =3 ) El reempe f=3, se subdivide en 7 reempes cuyos valores “m”. Van desde -3 hasta +3 de acuerdo a m = -l 0 +1 m = -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 c/reempe acepta máximo 2 e- entonces en 7f x 2e- = 14 e- máximos f f f f f f f f = 14 e- máximos Nota: El Modelo de Dirac-Jordan propuesto en el año 1928. Aporta el conocimiento del Spín ó ms que tiene cada electrón según su giro y puede tener sólo 2 valores: +1/2 ó representado con una flecha hacia arriba . O bien -1/2 ó Características del Modelo Atómico de Schrödinger ü El modelo atómico de Schrödinger predice adecuadamente las líneas de emisión

espectrales, tanto de átomos neutros como de átomos ionizados.

ü Predice la modificación de los niveles energéticos cuando existe un campo magnético o eléctrico (efecto Zeeman y efecto Stark respectivamente).

ü Además, con ciertas modificaciones semiheurísticas el modelo explica el enlace

químico y la estabilidad de las moléculas. ü Cuando se necesita una alta precisión en los niveles energéticos puede emplearse

un modelo similar al de Schrödinger, pero donde el electrón es descrito mediante la ecuación relativista de Dirac en lugar de mediante la ecuación de Schrödinger. El átomo reside en su propio eje.

ü Sin embargo, el nombre de "modelo atómico" de Schrödinger puede llevar a una

confusión ya que no explica la estructura completa del átomo. ü El modelo de Schrödinger explica sólo la estructura electrónica del átomo y su

interacción con la estructura electrónica de otros átomos, pero no explica como es el núcleo atómico ni su estabilidad.

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8.- Modelo atómico de Dirac-Jordan. 1928.- Es el modelo atómico que además de los parámetros cuánticos ya mencionados ( n, l, m,) postula el cuarto parámetro cuántico; el del spin “ ms”, Según sea el giro del electrón, tiene dos valores: +1/2 ó o bien -1/2 ó . Aplica los principios de la mecánica cuántica y de la teoría de la relatividad especial y en una ecuación predice las antipartículas.

La ecuación de Dirac fue originalmente formulada para describir el electrón, aunque actualmente la ecuación se aplica a otros tipos de partículas elementales de espín ½, como los quarks. Una ecuación modificada de Dirac describe de forma aproximada los protones y los neutrones, estos últimos formados por partículas más pequeñas llamadas quarks, que no son partículas elementales.

La ecuación de Dirac se explica mediante matemáticas complejas, de niveles superiores al nivel Bachillerato: Dirac predice, en la teoría de los agujeros, la existencia de electrones cargados positivamente. Que se verificó con el descubrimiento del positrón, en el año 1932, por Carl Anderson.

A pesar de este éxito, la teoría fue descartada porque implicaba la creación y destrucción de partículas, enfrentándose así a una de las consecuencias básicas de la relatividad. Esta dificultad fue resuelta mediante su reformulación como una teoría cuántica de campos. Añadir un campo electromagnético cuantificado en esta teoría conduce a la moderna teoría de la electrodinámica cuántica (Quantum Electrodynamics, QED). 2py2 2s2

El protón y el neutrón no son partículas elementales, ya que están compuestos de partículas más pequeñas llamadas quarks. 1s2

MODELO ATÓMICO DE DIRAC-JORDAN . 2px2 Eje X .

2pz2 EJE Z EJE Y

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9.- Competencia: Enuncia los Principios que fundamentan el modelo cuántico del átomo.

Configuración electrónica del átomo.- Es el sistema que indica cómo se distribuyen los electrones en los distintos espacios energéticos en los que se divide el átomo.

La configuración electrónica de un átomo se basa en los siguientes 4 principios que fundamentan el modelo atómico de la mecánica Cuántica Ondulatoria: 1.- Principio de la dualidad del electrón, de Louis Victor de Broglie. 1924 Dice que los electrones tienen un comportamiento dual, que se comportan como partículas y a la vez como ondas. Se basa en la ecuación de Einstein, que relaciona masa - energía y en la ecuación de Planck que relaciona la energía de una radiación con su frecuencia.

2.- Principio de exclusión de Wolgang Ernest Pauli (1925)

"Dos electrones de un átomo no pueden tener al mismo tiempo los mismos 4 números cuánticos". No pueden existir dos fermiones (electrones) con sus cuatro números cuánticos iguales.

3.- Principio de Máxima Multiplicidad ó regla de Aka Hermann Friedrich Hund. 1925

El llenado con electrones de los reempes de un subnivel se inicia con un electrón spin de +1/2 o en cada uno de todos sus reempes y cuando ya todos tengan uno, se reinicia a partir de su primer reempe con un electrón de spin contrario de -1/2 o . Así se van formando parejas de electrones en cada reempe , pero con spines opuestos.

4.- Principio de Incertidumbre o de indeterminación de Werner K. Heissenberg. 1927 “No hay certeza para predecir simultáneamente , la posición y la velocidad del electrón en un momento dado., ya que la energía radiante (fotones) que posibilita las mediciones le perturba movimiento y posición.”

5.- Principio de Edificación Progresiva ó Aufbauprinzip, formulado por Niels Bohr.

Si los reempes de un subnivel ya se acompletaron de electrones , el siguiente electrón que se acomode (llamado electrón diferencial), lo hace en el primer reempe del siguiente subnivel, que sea de menor energía n+l

CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

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10.- Competencia:

Explica el procedimiento de los dos métodos de notación, mediante ejercicios, para examinar las configuraciones electrónicas de los átomos de los elementos:

a) La notación, spdf b) La notación, diagrama de cajas de orbitales ms = +1/2 ó y - 1/2 ó

Los Números cuánticos son: n, l, m y ms m = - l 0 + l

Diagrama de Moeller

Nivel subniveles nl

Es= 1 2 3 4 5 6 7 8 Valores energéticos de los “l”

n = 1 1s n = 2 2s 2p n = 3 3s 3p 3d n = 4 4s 4p 4d 4f n = 5 5s 5p 5d 5f n = 6 6s 6p 6d n = 7 7s 7p

El Valor energético de cada subnivel( Es) se conoce sumando los valores de n + l

Es = n + l

ü Orden progresivo de los subniveles por su valor energético:

ORDEN 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s n+ l 1+0 2+0 2+1 3+0 3+1 4+0 3+2 4+1 5+0 4+2 5+1 6+0 Es 1 2 3 3 4 4 5 5 5 6 6 6 …continuación

Orden progresivo de los 19 subniveles 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

De menor Energía Orden Energético De mayor Energía

Momentos angulares

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

4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 4+3 5+2 6+1 7+0 5+3 6+2 7+1 7 7 7 7 8 8 8

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CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS DE LOS ÁTOMOS DE LOS ELEMENTOS

Nota: Los Gases nobles: 2He, 10Ne , 18Ar, 36Kr, 54Xe, 86Rn …son anotados entre corchetes con su número atómico y su símbolo para simplificar la representación de las configuraciones electrónicas= lo que se conoce como utilización del “KERNEL”

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6

2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn

Método: Notación spdf Método: Diagrama de cajas de los orbitales y los 4

N° cuánticos

N° atómico 1 = HIDRÓGENO

1H = 1 s1 Con un electrón

m = 0

1H = 1 s Sus 4 N° Cuánticos son: n= 1 l=s ó 0 m= 0 ms = +1/2 ó

N° atómico 2 = HELIO

2He = 1 s2 Dos electrones

m = 0 e- diferencial

el último electrón acomodado

2He = 1 s hace la diferencia Sus 4 N° Cuánticos: n= 1 l=s ó 0 m= 0 ms = -1/2 ó

N° atómico 3 = LITIO 3Li = 2He , 2s1

m = 0 e- diferencial (el último . electrón acomodado )

3Li = 2He , 2s

Sus 4 N° Cuánticos: . n= 2 l =S ó 0 m = 0 ms = +1/2 ó

N° atómico 4 = BERILIO 4Be = 2He , 2s2

m = 0 e- diferencial

4Be = 2He , 2s

Sus 4 N° Cuánticos: . n= 2 l =S ó 0 m= 0 ms = -1/2 ó

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N° atómico 5 = BORO

5B = 2He , 2s2 , 2p1

e- diferencial m = -1 0 +1

5B = 2He , 2s2 , 2px 2py 2pz Sus 4 N° Cuánticos: n = 2 l = 1 ó p m = -1 ms = +1/2 ó .

N° atómico 6 = CARBONO

6C = 2He , 2s2 , 2p2

e- diferencial m = -1 0 +1

6C = 2He , 2s2 , 2px 2py 2pz Sus 4 N° Cuánticos: n = 2 l = 1 ó p m = 0 ms = +1/2 ó .

N° atómico 7 = NITRÓGENO

7N = 2He , 2s2 , 2p3

e- diferencial m = -1 0 +1

7N = 2He , 2s2, 2px 2py 2pz Sus 4 N° Cuánticos: n = 2 l = 1 ó p m = +1 ms = +1/2 ó .

Principio de Máxima Multiplicidad ó regla de Friedrich Hund

Si ya todos los reempes del subnivel poseen un electrón con valor del spin de +1/2 ( ó bien ) , hasta entonces los demás electrones empiezan a colocarse con spin de -1/2 ( ó bien ), para formar pares de electrones o apareamientos en los reempes, hasta saturar así, la totalidad del subnivel energético.

N° atómico 8 = OXÍGENO

8O = 2He , 2s2 , 2p4

e- diferencial m = -1 0 +1

8O = 2He 2s2, 2px 2py 2pz Sus 4 N° Cuánticos: n = 2 l = 1 ó p m = -1 ms = - 1/2 ó .

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Método: Notación spdf

Método: Diagrama de cajas de los orbitales y los 4

N° cuánticos N° Atómico 9 = FLUOR

9F = 2He , 2s2 , 2p5

e- diferencial m = -1 0 +1

9 F = 2He , 2s2, 2px 2py 2pz Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n = 2 l = 1 ó p m = 0 ms = - 1/2 ó .

N° Atómico 10 = NEON 10Ne = 2He , 2s2 , 2p6

e- diferencial m = -1 0 +1

10Ne = 2He , 2s2 , 2px, 2py, 2pz Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n = 2 l = 1 ó p m = +1 ms = - 1/2 ó .

N° Atómico 11 = SODIO

11Na = 10Ne , 3s1

e- diferencial m = 0

10Ne = 10Ne , 3s Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n = 3 l = 0 m = 0 ms = +1/2 ó

N° Atómico 12 = MAGNESIO 12Mg = 10Ne , 3s2

m = 0 e- diferencial

12Mg = 10Ne , 3s Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = 0 m = 0 ms = -1/2 ó

N° Atómico 13 = ALUMINIO 13 Al = 10Ne , 3s2, 3p1 Nota: Ver llenado de 8O, 9F y 10Ne. Y aplique la regla de Hund para continuar con el 14 Si , 15 P, 16S, 17Cl hasta el 18 Ar.

e- diferencial m = -1 0 +1

13 Al = 10Ne , 3s2, 3px, 3py, 3pz Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = 1 ó p m = -1 ms = +1/2 ó

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N° Atómico 19 = ALUMINIO 19 K = 18Ar , 4s1

m= 0 13 Al = 18Ar , 4s Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 4 l = 0 ó s m = 0 ms = -1/2 ó

N° Atómico 19 = ALUMINIO 20 K = 18Ar , 4s2

m= 0 13 Al = 18Ar , 4s Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 4 l = 0 ó s m = 0 ms = -1/2 ó

CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS DE Los de clase “d ”se denominan; “elementos de transición ”, ellos intercambian de posición, dos de sus subniveles (anomalías): Antisarrus (Antiserruchos).

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN ( A los de clase“ f ” se les llama elementos de transición interna ).

N° Atómico 21 = ESCANDIO

. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, cambia por

. 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d , 4s 21 Sc = [18Ar], 4s2, 3d1

21 Sc = [18Ar], 3d1, 4s2

m = -2 -1 0 +1 +2 21 Sc = [18Ar], 4s2, 3d, 3d, 3d, 3d, 3d,

Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = d ó 2 m = -2 ms = +1/2 = . m = -2 -1 0 +1 +2 21 Sc = [18Ar] , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s2

N° Atómico 22 = TITANIO 22 Ti = [18Ar], 4s2, 3d2

22 Ti = [18Ar], 3d2, 4s2.

Trabajo: Continuar las configuraciones del 21 Sc al 30 Zn. Como las anteriores que se te han dado. Aplicando la regla de Hund

m = -2 -1 0 +1 +2 22 Ti = [18Ar], 4s2, 3d, 3d, 3d, 3d, 3d,

Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = d ó 2 m = -2 ms = +1/2 = . m = -2 -1 0 +1 +2 22 Ti = [18Ar] , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s2

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N° Atómico 23 = VANADIO

23 V = [18Ar], 4s2, 3d3

ü LA CONFIGURACIÓN ESPECIAL CORRECTA:

23 V = [18Ar], 3d3, 4s2

m = -2 -1 0 +1 +2 23 V = [18Ar], 4s2 , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d

Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = d ó 2 m = 0 ms = +1/2 = . m = -2 -1 0 +1 +2 23 V = [18Ar], 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s2

N° Atómico 24 = CROMO 24 Cr = [18Ar] , 4s2, 3d4 LA CONFIGURACIÓN ESPECIAL CORRECTA:

ü 24 Cr = [18Ar] , 3d5 , 4s1

m = -2 -1 0 +1 +2 24 Cr = [18Ar], 4s2 , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d

Los 4 N° Cuánticos del electrón diferencial: n= 3 l = d ó 2 m = +1 ms = +1/2 = m = -2 -1 0 +1 +2 24 Cr = [18Ar], 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s1

N° Atómico 25 = MANGANESO

25 Mn = [18Ar] , 4s2 , 3d5

LA CONFIGURACIÓN ESPECIAL CORRECTA:

ü 25 Mn = [18Ar] , 3d5 , 4s2

m = -2 -1 0 +1 +2 25 Mn = [18Ar] , 4s2 , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d n= 3 l = d ó 2 m = +2 ms = +1/2 = m = -2 -1 0 +1 +2 25 Mn = [18Ar], 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s2

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N° Atómico 26 = HIERRO

26 Mn = [18Ar] , 4s2 , 3d6

LA CONFIGURACIÓN ESPECIAL CORRECTA:

ü 26 Mn = [18Ar] , 3d6 , 4s2

m = -2 -1 0 +1 +2 26 Mn = [18Ar] , 4s2 , 3d, 3d, 3d, 3d, 3d n= 3 l = d ó 2 m = -2 ms = -1/2 = m = -2 -1 0 +1 +2 26 Mn = [18Ar], 3d, 3d, 3d, 3d, 3d, 4s2

ELEM. DE TRANSICIÓN INTERNA Lantánidos (57 a 71) y Actínidos ( 89 a 103)

ELEM. DE TRANSICIÓN INTERNA Lantánidos(57 a 71) y Actínidos( 89 a 103)

N° Atómico 57 = LANTANO 57 La = [54Xe], 6s2, 5f 1 La configuración correcta es: 57 La = [54 Xe] 4f 2 6s2

m = -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 57 La = [54Xe], 6s2, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f n= 5 l = f ó 3 m = -3 ms = + 1/2 = m = -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 57 La = [54Xe], 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f 6s

N° Atómico 58 = CERIO

58Ce = [54Xe] 6s2 4f 2 La configuración correcta es: 58Ce = [54Xe] 4f 2 6s2

m = -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 58 Ce = [54Xe], 6s2, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f n= 5 l = f ó 3 m = -2 ms = + 1/2 = Configuración correcta: m = -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 58 Ce = [54Xe], 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f, 5f , 6s

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d1 d2 d3 d4 d5 d6

21 ESCANDIO

[18Ar] 3d1 4s2

22 TITANIO

[Ar] 3d2 4s2

23 VANADIO

[Ar] 3d3 4s2

24 CROMO

[Ar] 3d5 4s1

25 MANGANESO[Ar] 3d5 4s2

26 HIERRO

[Ar] 3d6 4s2

39 ITRIO

[36Kr] 4d1 5s2

40 CIRCONIO [Kr] 4d2 5s2

41 NIOBIO

[Kr] 4d4 5s1

42 MOLIBDENO [Kr] 4d5 5s1

43 TECNECIO [Kr] 4d5 5s2

44 RUTENIO

[Kr] 4d7 5s1

57 a 71 Lantánidos

72 HAFNIO

[Xe] 4f 14 5d2 6s2

73 TANTALIO

[Xe] 4f 14 5d3 6s2

74 VOLFRAMIO

[Xe] 4f14 5d4 6s2

75 RENIO

[Xe] 4f 14 5d5 6s2

76 OSMIO

[Xe] 4f 14 5d6 6s2

. d7 d8 d9 d10

27 COBALTO

[18Ar] 3d7 4s2

28 NIQUEL

[18Ar] 3d8 4s2

29 COBRE

[18Ar] 3d10 4s1

30 ZINC

[18Ar] 3d10 4s2

45 RODIO

[36 Kr] 4d8 5s1

46 PALADIO

[36 Kr] 4d10

47 PLATA

[36 Kr] 4d10 5s1

48 CADMIO

[36 Kr] 4d10 5s2

77 IRIDIO

[Xe] 4f 14 5d7 6s2

78 PLATINO

[Xe] 4f14 5d6 6s1

79 ORO

[Xe] 4f 14 5d10 6s1

80 MERCURIO

[Xe] 4f 14 5d10 6s2

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LANTÁNIDOS

CERIO

58 3,4 1,12

6,77 Ce

1071

3715 140,11 5,47

[54Xe] 4f 2 6s2

PRASEODIMIO

59 3,4 1,13

6,77 Pr

1204

3785 140,90 5,42

[Xe] 4f 3 6s2

NEODIMIO

60 3 1,14

6,77 Nd

1294

3347 144,24 5,49

[Xe] 4f 4 6s2

PROMECIO

61 3 1,13

7,2 Pm

1315

3273

(144,91) 5,55[Xe] 4f 5 6s2

SAMARIO

62 3,2 1,17

7,52 Sm

1347

2067 150,36 5,63

[Xe] 4f 6 6s2

EUROPIO

63 3,2 1,2

5,24 Eu

1095

1800 151,96 5,67

[Xe] 4f 7 6s2

GADOLINIO

64 3 1,20

7,90 Gd

1585

3545 157,25 6,15 [Xe] 4f 7 5d1 6s2

TERBIO

65 3,4 1,1

8,23 Tb

1629

3500

158,92 5,86[Xe] 4f 9 6s2

DISPROSIO

66 3 1,22

8,55 Dy

1685

2840 162,500 5,93

[Xe] 4f 10 6s2

HOLMIO

67 3 1,23

8,80 Ho

2968

2968 164,930 6,02

[Xe] 4f 11 6s2

ERBIO

68 3 1,24

9,07 Er

1802

3140 167,259 6,101

[Xe] 4f 12 6s2

TULIO

69 3,2 1,25

9,32 Tm

1818

2223 168,93 6,18

[Xe] 4f 13 6s2

ITERBIO

70 3,2 1,1

6,97 Yb

1092

1469 173,04 6,254

[Xe] 4f 14 6s2

LUTECIO

71 3 1,27

9,84 Lu

1936

3668 174,96 5,43[Xe] 4f 14 5d1 6s2

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