Estructura atómica

  • Published on
    08-Nov-2015

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Y descripcin de los elementos

Transcript

<ul><li><p> 1 </p><p>ESTRUTURA ATMICA E CLASIFICACIN PERIDICA DOS ELEMENTOS </p><p>ndice </p><p>1.- Estrutura do tomo. Partculas atmicas. 2.- Nmero atmico e nmero msico. Istopos. 3.- Estrutura da codia. Modelo de Bohr. 4.- Estrutura da codia. Modelo mecnico-cuntico. 4.1. Nmeros cunticos e orbitais atmicos. 4.2. Configuracin electrnica. 5.- Tipos de elemento segundo a configuracin. 6.- A Tboa Peridica 6.1. Primeiras clasificacins peridicas. 6.2. Sistema peridico de Mendeleiev. 6.3. A tboa peridica actual 7.- Propiedades peridicas. 7.1. Tamao dos tomos: Radios atmico e inico. 7.2. Enerxa de ionizacin. 7.3. Afinidade electrnica. 7.4. Electronegatividade e carcter metlico. </p></li><li><p> 2 </p><p>1.- Estrutura do tomo. Partculas atmicas </p><p> A idea de que a materia est formada por tomos non actual, pois xa, na antiga Grecia, Demcrito defenda esta idea, que foi recuperada no sc. XIX por un cientfico ingls, Dalton, quen postulou: </p><p> 1. Toda a materia est formada por partculas indivisibles chamadas tomos. </p><p> 2. Os tomos dun elemento son iguais entre si e distintos dos doutros elementos. </p><p> 3. Cando os elementos se combinan entre si para formar compostos, fano nunha relacin de nmero de tomos sinxela. </p><p> Hoxe en da sabemos que o punto 1 non se cumpre, porque coecemos a existencia de partculas nos tomos, como os electrns ou os protns. Os electrns foron descubertos ao estudar os raios catdicos, pois viuse que estes estaban constitudos sempre polas mesmas partculas, anda que se cambiase o gas do tubo, polo que estas partculas que presentaban carga negativa- tian que estar en tdolos tomos da materia. Como a materia neutra, se nos tomos hai partculas negativas (electrns) tamn ten que haber partculas positivas. Estas partculas positivas foron descubertas nos raios andicos e recibiron o nome de protns. Se nos tomos hai partculas, cal a forma dos tomos?. Thomson aventurou que os tomos deban ser esferas cunha estrutura como a do pudin, cos electrns facendo o papel das froitas no pudin. </p><p> Sen embargo unha experiencia realizada por Lord Rutherford1, quen bombardeou pans de ouro con partculas alfa (), permitiu conclur das cousas: </p><p>1) Que os tomos estn formados por unha parte central, chamada ncleo, na que se concentra a sa masa e a sa carga positiva, e unha parte exterior, chamada codia, na que est a carga negativa. </p><p>2) A codia moito maior que o ncleo, pois o raio do tomo unhas cen mil veces maior que o raio do ncleo. </p><p> Lord Rutherford chegou a conclusin de que os tomos son esferas, cos protns no ncleo e os electrns na codia xirando en rbitas circulares arredor do ncleo, de xeito que a atraccin electrosttica est equilibrada pola forza centrfuga. </p><p> Posteriormente descubriuse a existencia doutra partcula atmica, o neutrn, sen carga elctrica. Actualmente cocense varias decenas de partculas atmicas 1 Na FAQ 91 desta quincena podes coecer algo mis sobre a experiencia de Lord Rutherford. </p></li><li><p> 3 </p><p>(quarks, neutrinos...) pero bastan tres para comprender o comportamento da materia. Estas tres partculas, que reciben o nome de fundamentais, son: electrn, protn e neutrn. </p><p> O protn est no ncleo, ten carga elctrica positiva de valor unidade (e= 1,610-19 C) e masa aproximadamente igual unidade de masa atmica (1 uma= 1/NA g= 1/6,021023 g= 1,6610-24 g). </p><p> O neutrn tamn est no ncleo, non ten carga elctrica e a sa masa aproximadamente igual masa do protn. </p><p> O electrn est na codia, ten carga elctrica negativa de valor unidade ( dicir, na natureza non hai corpos con carga menor que a do electrn ou protn) e a sa masa practicamente desprezable comparada coa do protn ou neutrn, pois unha 1850 veces menor. </p><p> Normalmente o nmero de protns no ncleo igual ao nmero de electrns na codia, polo que os tomos e polo tanto a materia- son neutros. Se un tomo perde electrns queda con carga positiva, recibindo o nome de catin; se un tomo gaa electrns adquire carga negativa, recibindo o nome de anin. En xeral, in todo tomo ou grupo de tomos con carga elctrica. </p><p>2.- Nmero atmico e nmero msico. Istopos. </p><p> O nmero atmico (Z) indica o nmero de protns que hai no ncleo dun tomo e, polo tanto, o nmero de electrns que hai na sa codia se neutro. </p><p>Z= n p+= n e- (se neutro) </p><p> O nmero msico ou nmero de masa (A) indica o nmero de protns e neutrns que hai no ncleo dun tomo. </p><p>A= n p+ + n n </p><p> Para representar un tomo utilizaremos o smbolo do elemento qumico correspondente, antepndelle como subndice o nmero atmico e como superndice o nmero de masa: XA</p><p>Z Ex.: ,12</p><p>6C ,</p><p>16</p><p>8O .</p><p>35</p><p>17Cl </p><p> Cos datos anteriores podemos coecer que partculas forman un tomo calquera. Se consideramos o ltimo exemplo, Z= 17 e A= 35, isto significa que este tomo de cloro ten 17 protns, 17 electrns ( neutro) e entre protns e neutrns 35 partculas; como protns son 17, os neutrns sern 35-17= 18. O nmero de neutrns sempre ser: n n= A-Z. </p></li><li><p> 4 </p><p> O nmero atmico caracterstico de cada elemento (na Tboa Peridica os elementos estn ordenados segundo o seu nmero atmico), polo que habitualmente se prescinde de sinalalo e os tomos represntanse simplemente como XA . Os ins poden indicarse do mesmo xeito: ,19 F .240 +Ca As partculas que forman cada in poden calcularse de xeito anlogo, pero tendo en conta que un in ten carga negativa cando gaa electrns e positiva cando os perde. As o in fluoruro (Z= 9, como podes ver na Tboa Peridica), ter 9 protns, 10 electrns (gaou 1 electrn) e 10 neutrns (19-9). O in clcico (Z= 20), ter 20 protns, 18 electrns (perdeu 2 electrns) e 20 neutrns (40-20). </p><p> Dun elemento pode haber na natureza varios tomos distintos, por ter distinto nmero de neutrns, e reciben o nome de istopos. As do hidrxeno hai 3 istopos: protio, deuterio e tritio. </p><p>Partculas dos istopos do hidrxeno </p><p>Protio Deuterio Tritio </p><p>H1</p><p>1 H</p><p>2</p><p>1 H</p><p>3</p><p>1 </p><p>Codia: Electrns (e-) 1 1 1 </p><p>Ncleo: Protns (p+) 1 1 1 Neutrns (n= Z-A) 0 1 2 </p><p> Os istopos dun elemento teen distintas propiedades fsicas, pero as mesmas propiedades qumicas, porque, como veremos despois, estas dependen do nmero de electrns e todos teen o mesmo nmero. </p><p> A existencia de istopos obriga a calcular a masa atmica dos elementos como media das masas dos distintos istopos, segundo a sa abundancia. No caso do hidrxeno, por cada tritio hai uns 150 deuterios e un milln de protios. A masa atmica do hidrxeno ser: </p><p>008,1115010</p><p>3121501106</p><p>6</p><p>++</p><p>++HM</p><p>A uma </p><p>3.- Estrutura da codia. Modelo de Bohr. </p><p> Xa vimos en que consista a idea de Lord Rutherford sobre a estrutura do tomo e a sa codia. A validez desta teora pronto se puxo en dbida, porque se saba que as partculas cargadas ao xirar emiten enerxa en forma de radiacin electromagntica, polo tanto, os electrns deberan emitir enerxa, e esta perda de enerxa inevitablemente conducira aos electrns a "caer" sobre o ncleo. Isto a en contra da estabilidade observada dos tomos. </p></li><li><p> 5 </p><p> O coecemento do espectro do hidrxeno2 e a teora cuntica de Plank, conducen formulacin por parte de Bohr, en 1913 dunha nova teora atmica, que se basea nos seguintes Postulados: </p><p>1. Os electrns s poden xirar arredor do ncleo en certas rbitas circulares permitidas, nas que a forza electrosttica est equilibrada pola forza centrfuga, e nas que se cumpre que mvr = nh/2 onde m a masa do electrn, v a sa velocidade, r o radio da rbita, h a constante de Plank e n =1, 2, 3, 4... un nmero cuntico. </p><p>2. Os electrns ao xirar nestas rbitas non emiten enerxa. </p><p>3. Cando un tomo recibe enerxa os electrns pasan a un nivel superior (estado excitado). Posteriormente, cando o electrn volve sa rbita, o tomo emite radiacin, de enerxa igual diferencia de enerxa entre mbolos dous niveis. </p><p> Deste xeito, Bohr foi capaz de calcular os radios das rbitas en que pode estar o electrn do hidrxeno, a enerxa que ten o electrn nesas rbitas e xustificar o valor da frecuencia das raias do espectro do hidrxeno: cando un electrn que saltou a niveis de maior enerxa (estado excitado) volve a niveis de menor enerxa emite unha radiacin dunha frecuencia determinada que aparece como unha raia concreta no espectro de emisin, de xeito que E= h onde E a diferencia de enerxa entre as das rbitas e a frecuencia da radiacin emitida; sa vez, cando se iluminan tomos de hidrxeno con luz branca (radiacin electromagntica continua) os electrns absorben radiacins deste espectro continuo para producir saltos a niveis superiores (estado excitado). Se descompoemos a radiacin electromagntica despois de pasar polos tomos de hidrxeno vemos que faltan unha serie de lias resultando o que se denomina un espectro de absorcin. Loxicamente as lias do espectro de emisin son as que faltan no de absorcin pois a enerxa que desprende ao baixar dun nivel a outro a mesma que precisa para subir: E= h. </p><p>Podes ver unha simulacin de salto electrnico en: http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Simulaci/atomphoton/index.html </p><p>4.- Estrutura da codia. Modelo mecano-cuntico. </p><p> A mellora das tcnicas espectroscpicas fixo ver que algunha das lias en realidade se desdobraban en das, ou mis prximas, o que supoa uns saltos electrnicos que o modelo de Bohr non poda explicar. Ademais das novas teoras daban e entender que a Fsica clsica non serva para explicar o comportamento das partculas atmicas: </p><p> 2 Na FAQ92 podes comprender mellor que son os espectros atmicos. </p></li><li><p> 6 </p><p> A teora da dualidade onda-corpsculo de De Broglie (1924), unificou as das teoras existentes sobre a luz, a que consideraba luz como unha onda e a corpuscular e xeneralizou: calquera partcula en movemento leva asociada unha onda de lonxitude de onda: = h/p= h/(mv) onde v a sa velocidade, m a sa masa e p, polo tanto, a sa cantidade de movemento. </p><p> As, os electrns, de masa moi pequena, teen unha onda asociada apreciable de forma que, esta dobre condicin de onda e corpsculo ocasionou un problema sobre a posicin do electrn, xa que non ten demasiado sentido falar da posicin dunha onda. Heisenberg, no seu Principio de incerteza (1927), dictaminou que imposible coecer simultaneamente a posicin e a cantidade de movemento dunha partcula. As,sendo x a incerteza na posicin e p a incerteza na cantidade de movemento, os lmites da precisin veen dados por: xp h/2 </p><p> Deste xeito, a idea de rbita perfectamente definida, debe ser substituda pola idea de orbital que ser a zona do espacio, arredor do ncleo atmico, onde existir a mxima probabilidade de encontrar un electrn. O orbital, pois, non ten lmites perfectamente definidos. </p><p> O modelo atmico actual, chamado mecano cuntico ou mecano ondulatorio, parte da idea de que o electrn se comporta como unha onda, e debe o seu desenvolvemento a Schrdinger, quen en 1926 propuxo unha ecuacin para describir sistemas cun electrn. A solucin desa ecuacin est condicionada polos valores duns nmeros, chamados nmeros cunticos, polo que os postulados bsicos desta teora seran: </p><p> Os electrns s poden existir en determinados niveis enerxticos. O cambio de nivel enerxtico prodcese por absorcin ou emisin dun fotn de </p><p>enerxa de xeito que a frecuencia do fotn est relacionada coa diferencia de enerxa entre os dous niveis por: E= h. </p><p> Os niveis enerxticos permitidos para un electrn veen determinados polos valores de catro nmeros cunticos. </p><p>4.1. Nmeros cunticos e orbitais atmicos. </p><p> Cada electrn vn determinado por catro nmeros cunticos: n, l, m (ou ml) e s (ou ms): os tres primeiros determinan un orbital, e o cuarto "ms" serve para identificar a cada un dos dous electrns que poden entrar neste. </p><p>Determinan un orbital Nmero cuntico principal, n: Indica a capa ou nivel enerxtico no que est o electrn ou, polo tanto, a distancia ncleo. Pode valer: 1, 2, 3, 4,..., </p><p> Nmero cuntico secundario ou azimutal, l: Indica a subcapa ou subnivel enerxtico no que est o electrn, determinando o contorno xeomtrico xeral do orbital. Nunha capa dada, a enerxa das distintas subcapas aumenta lixeiramente co </p></li><li><p> 7 </p><p>valor de l. En funcin do nmero cuntico principal, pode valer: 0, 1, 2, 3, 4,..., (n-1), se ben a cada valor asgnaselle unha letra, respectivamente: s, p, d, f, g ... </p><p> Nmero cuntico magntico, ml: D as orientacins dos orbitais. En funcin do nmero cuntico secundario, pode valer: 0, 1, 2, 3,..., (l-2), (l-1), l </p><p>Determinan un electrn Xunto cos tres anteriores o Nmero cuntico de spn, ms: Describe o comportamento dun electrn en movemento nun orbital, pois exposto a un campo magntico o electrn pode aliarse co campo ou contra deste, polo que toma dous valores: + ou - </p><p>Orbitais posibles Dando valores aos nmeros cunticos atopmonos cos posibles orbitais dun tomo e co nmero mximo de electrns que poden entrar neles: </p><p> Os orbitais atmicos teen distintas formas; as, os orbitais "s" son esfricos; </p><p>non obstante o resto dos tipos de orbitais posen direccins concretas no espazo; por exemplo cada un dos orbitais "p" alase sobre cada un dos tres eixes de coordenadas. </p><p>Unha visin en tres dimensins dos distintos orbitais atmicos pode verse en: http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/atomicorbitals/ </p><p>n l m Nome orbital N electrns* Representacin 1 0 0 1s 2 1s2 </p><p>2 0 0 2s 2 2s2 </p><p> 1 -1 2px 2 0 2pz 2 +1 2py 2 2p6 3 0 0 3s 2 3s2 </p><p> 1 -1 3px 2 0 3pz 2 +1 3py 2 3p6 2 -2 3dxy 2 -1 3dyz 2 0 3dz2 2 +1 3dxz 2 +2 3dx2-y2 2 3d10 </p><p>*Segundo o Principio de Exclusin de Pauli, que veremos despois. </p></li><li><p> 8 </p><p>4.2. Configuracin electrnica. </p><p> a distribucin dos electrns dun tomo polos orbitais do mesmo. Os electrns vanse situando nos distintos orbitais seguindo os seguintes principios: </p><p> 1) Principio de mnima enerxa (aufbau): "Os electrns colcanse seguindo o criterio de mnima enerxa, dicir, nchense primeiro os niveis con menor enerxa e non se enchen niveis superiores ata que non estean completos os niveis inferiores". A orde enerxtica dos orbitais depende do valor dos nmeros cunticos n e l, sendo menor canto menor sexa o valor de (n+l) e se hai dous orbitais en que a suma (n+l) d o mesmo, ten menos enerxa o orbital que ten menor n. Todo isto queda representado na figura da marxe. Seguindo as frechas tes a orde en que se enchen os orbitais: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d... </p><p> 2) Principio de mxima multiplicidade (Regra de Hund): "Cando un nivel electrnico tea varios orbitais coa mesma enerxa, os electrns vanse colocando desapareados nese nivel electrnico". Non se coloca un segundo electrn nun dos devanditos orbitais ata que todos os orbitais da mesma enerxa estn semiocupados. </p><p>Supoamos un elemento con 6 electrns, a sa configuracin ser 1s2, 2s2, 2p2. Os dous ltimos electrns, os p, podern colocarse apareados na mesma orientacin -px na figura da dereita arriba- ou desapareados, un en px e outro en py como se mostra abaixo na mesma figura. Segundo esta Regra, colocaranse como se indica abaixo. Se tivese un electrn mis, este colocarase en pz, e se houbese outro mis, este xa estara apareado. </p><p> 3) Principio de exclusin de Pauli: "Non pode haber dous electrns cos catro nmeros cunticos iguais". Este principio xustifica que non haxa mis de 2 electrns...</p></li></ul>