UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS C ARLOS DE GUATEMALA GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIA DE LOS MATERIALES
“INVESTIGACION UNIDAD II”
15-02-2017
LA TEORÍA ATÓMICA Y LOS ENLACES ATÓMICOS Teor! !"#$%&!: Es
una teoría de
la naturaleza de
la materia,
que
afirma
que
está
compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos La teoría atómica comenzó hace miles de años como un concepto filosófico y fue en el siglo XIX cuando logró una etensa aceptación científica gracias a los descu!rimientos en el campo de la estequiometria" Los químicos de la #poca creían que las unidades !ásicas de los elementos tam!i#n eran las partículas fundamentales de la naturaleza y las llamaron átomos $de la pala!ra griega átomos, que significa %indi&isi!le%' (racias al electromagnetismo y denominado
%átomo
la radiacti&idad, indi&isi!le%
era
los
físicos
realmente
descu!rieron un
que
conglomerado
el de
di&ersas partículas su!atómicas $principalmente electrones, protones y neutrones', que pueden eistir de manera separada" En )*+, -alton $).//0)*11' formula su teoría atómica, con la que trata!a de eplicar las leyes químicas conocidas hasta esta fecha" -icha teoría fue admitida por los hom!res de ciencia hasta principios del siglo XX, en que, como consecuencia de nue&os descu!rimientos, surgió la necesidad de desarrollar nue&as teorías"
L! "eor! !"#$%&! 'e D!("o) se resume en los siguientes puntos: •
La materia es discontinua" Está formada por partículas materiales independientes llamadas átomos, los cuales son indi&isi!les"
•
Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí tanto en masa como en propiedades físicas y químicas"
•
Los átomos de elementos diferentes son distintos en cuanto a masa y demás propiedades"
•
Los compuestos se forman por la unión de átomos de los elementos correspondientes, en una relación num#rica sencilla"
Mo'e(o !"#$%&o 'e T*o$+o) El modelo atómico de 2homson $)*3/0)41+' postula que el átomo se compone de una esfera cargada positi&amente en la que reside la mayor parte de la masa del átomo y so!re la cual se incrustan los electrones"
Mo'e(o !"#$%&o 'e R,"*eror' 5eg6n el modelo atómico de 7utherford $)*)0)4.', el átomo está formado por una esfera en la que se concentra casi toda la masa del sistema $protones y neutrones' y en torno a la cual giran unas partículas $electrones' de la misma manera que lo hacen los planetas en torno al 5ol" Los
protones
del
n6cleo
electrones negati&amente"
Mo'e(o !"#$%&o 'e .o*r
se
encuentran cargados
positi&amente y
los
8ara 9ohr $)**30)4/', el átomo está constituido de la siguiente forma: •
En el centro del mismo se u!ica el n6cleo, pequeña región del átomo donde residen la casi totalidad de su masa y la carga positi&a" El n6mero de cargas positi&as del n6cleo $protones' coincide con el n6mero atómico del elemento"
•
En torno al n6cleo giran los electrones $en n6mero igual al de protones y al n6mero
atómico',
portadores
de
la
carga
negati&a,
descri!iendo ór!itas circulares" •
Los electrones mientras giran en su ór!ita no emiten radiaciones" ;uando saltan a una ór!ita más cercana al n6cleo emiten radiación energ#tica, y cuando pasan a una ór!ita superior la a!sor!en"
E+"r,&",r! 'e( /"o$o
Los electrones tienen una carga negati&a y son las partículas su!atómicas más li&ianas que tienen los átomos" La carga de los protones es positi&a y pesan unas )"*/ &eces más que los electrones" Los 6nicos que no tienen carga el#ctrica son los neutrones que pesan aproimadamente lo mismo que los protones" Los protones
y
neutrones se
encuentran agrupados
en
el
centro
del
átomo formando el n6cleo atómico del átomo" 8or este moti&o tam!i#n se les llama nucleones" Los electrones aparecen or!itando alrededor del n6cleo del átomo"
N,$ero A"#$%&o M!+! A"#$%&! N$ero !"#$%&o se representa con la letra <, indica la cantidad de protones que presenta un átomo, que es igual a la de electrones" 2odos los átomos con un
mismo n6mero de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas
M!+! A"#$%&! es la suma de las masas de todos los protones y neutrones que lo componen"
E+"r,&",r! e(e&"r#)%&! 'e (o+ /"o$o+ E(e&"ro)e+ 'e V!(e)&%! Los electrones de &alencia son los electrones que se encuentran en la capa de mayor
ni&el
de
energía del átomo,
siendo
estos
los responsa!les de
la interacción entre átomos de distintas especies o entre los átomos de una misma" La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la u!icación de los electrones en los or!itales de los diferentes ni&eles de energía" =unque el modelo de 5chr>dinger es eacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplica!le el mismo modelo mediante aproimaciones muy !uenas" La manera de mostrar cómo se distri!uyen los electrones en un átomo, es a tra&#s de la configuración electrónica" El orden en el que se &an llenando los ni&eles de energía es: )s, s, p, s, p, 1s, d, 1p" El esquema de llenado de los or!itales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello de!es seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en )s? siguiendo la flecha podrás ir completando los or!itales con los electrones en forma correcta"
13 Eisten . ni&eles de energía o capas donde pueden situarse los electrones, numerados del ), el más interno, al ., el más eterno" 23 = su &ez, cada ni&el tiene sus electrones repartidos en distintos su!ni&eles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f" N%4e(e+ 'e e)er!
1
2
6
S,8)%4e(e+
s
sp
spd
spdf
N$ero 'e or8%"!(e+ 'e &!'! "%9o
)
)
)3
)3.
De)o$%)!&%#) 'e (o+ or8%"!(e+
)s
s p
s p d
1s 1p 1d 1f
N$ero $/:%$o 'e e(e&"ro)e+ e) (o+ or8%"!(e+ N$ero $/:%$o 'e e(e&"ro)e+ 9or )%4e(
0/
0 / 0 )+
0 /0 )+0 )1
*
)*
63 En cada su!ni&el hay un n6mero determinado de or!itales que pueden contener, como máimo, electrones cada uno" =sí, hay ) or!ital tipo s, or!itales p, 3 or!itales d y . del tipo f" -e esta forma el n6mero máimo de electrones que admite cada su!ni&el es: en el s? / en el p $ electrones or!itales'? )+ en el d $ 3'? )1 en el f $ .'" La distri!ución de or!itales y n6mero de electrones posi!les en los 1 primeros ni&eles se resume en la siguiente ta!la:
;"o$o 'e <%'roe)o El átomo de hidrógeno es el átomo más simple que eiste y el 6nico que admite una solución analítica eacta desde el punto de &ista de la mecánica cuántica" El átomo de hidrógeno, es conocido tam!i#n como átomo mono electrónico, de!ido a que está formado por un protón que se encuentra en el n6cleo del átomo y que contiene más del 44,413 @ de la masa del átomo, y un sólo electrón unas )*/ &eces menos masi&o que el protón que %or!ita% alrededor de dicho n6cleo"
N$ero+ &,/)"%&o+
N$ero &,/)"%&o 9r%)&%9!( =)>? Especifica el ni&el energ#tico del or!ital, siendo el primer ni&el el de menor energía, y se relaciona con la distancia promedio que hay del electrón al n6cleo en un determinado or!ital" = medida que n aumenta, la
pro!a!ilidad de encontrar el electrón cerca del n6cleo disminuye y la energía del or!ital aumenta" 8uede tomar los &alores enteros positi&os: nA ), , , 1, 3, /, ."
N$ero &,/)"%&o +e&,)'!r%o =@>? 2am!i#n es conocido como el n6mero cuántico del momento angular or!ital o n6mero cuántico azimutal y se sim!oliza como B $L min6scula'" -escri!e la forma geom#trica del or!ital" Los &alores de l dependen del n6mero cuántico principal" 8uede tomar los &alores desde B A + hasta B An0)" En el caso de los átomos con más de un electrón, determina tam!i#n el su!ni&el de energía en el que se encuentra un or!ital, dentro de un cierto ni&el energ#tico" El &alor de l se designa segun las letras:
N$ero &,/)"%&o $!)"%&o =$@>? Indica la orientación del or!ital en el espacio" 8uede tomar &alores entre: 0 63330333B6
N$ero &,/)"%&o e+9) =+>?
El electrón posee su propio n6mero cuántico que da a
conocer el sentido de rotación del electrón en torno a su eCe cuando se mue&e dentro de un or!ital" El electrón solo tiene dos posi!les sentidos de giro, por lo que se puede tomar &alores D) o 0) "
T!$!o !"#$%&o? es la medida del radio de un átomo E+"r,&",r! !"#$%&! re!&"%4%'!' ,$%&!3 G!+e+ )o8(e+?
Los gases no!les se u!ican en el grupo FIII= en la ta!la periódica de los elementos químicos" Los gases no!les se caracterizan ya que presentan propiedades químicas muy similares" =lgunas características de los gases no!les a condiciones normales son:
5on gases con un solo átomo $monoatómicos'
5on incoloros
8resentan reacti&idad química !aCa
Eisten / gases no!les que se encuentran en la naturaleza: Gelio $he', Heón $He', =rgón $=r', riptón $r', Xenón $Xe', 7adón $7n'"
E(e$e)"o+ e(e&"ro9o+%"%4o+ e(e&"ro)e!"%4o+ Lo+ e(e$e)"o+ e(e&"ro9o+%"%4o+? son metálicos por naturaleza y ceden electrones en las reacciones químicas para dar iones positi&os o cationes" El n6mero de electrones cedido por un átomo de un elemento electropositi&o se conoce como n6mero de oidación positi&o" =lgunos elementos tienen más de un n6mero de oidación" Los elementos más electropositi&os están en los grupos I= y = de la ta!la periódica"
Lo+ e(e$e)"o+ e(e&"ro)e!"%4o+? son no metálicos por naturaleza y aceptan electrones en las reacciones químicas para producir iones negati&os o aniones" El n6mero de electrones aceptados por un átomo de un elemento electronegati&o se cono ce como n6mero de oidación negati&o" Los elementos más electronegati&os están en los grupos /= y .= de la ta!la periódica"=lgunos elementos
de
los
grupos 1= a .= pueden
comportarse
de
una
forma
electronegati&a o de forma electropositi&a" Este do!le comportamiento se da en elementos como car!ono, silicio, germanio, ars#nico, antimonio y fósforo"
E(e&"ro)e!"%4%'!'
La electronegati&idad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente com!inado con otro átomo" ;uanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos"
T%9o+ 'e e)(!&e+ !"#$%&o+ e)(!&e+ $o(e&,(!re+ E)(!&e+ !"#$%&o+ 9r%$!r%o+ I#)%&o? act6an fuerzas intermoleculares relati&amente grandes, electrostáticas" Es un enlace no direccional"
Co4!(e)"e: co&alente act6an fuerzas intermoleculares relati&amente grandes por compartir electrones, es un enlace direccional
Me"/(%&o? act6an fuerzas interatómicas relati&amente grandes por compartir electrones deslocalizados, es un enlace no direccional entre átomos" •
E)(!&e+ !"#$%&o+ +e&,)'!r%o+ $o(e&,(!re+
De '%9o(o 9er$!)e)"e? Enlaces intermoleculares relati&amente d#!iles, se presenta de!ido a una asimetría en la distri!ución de densidad electrónica"
De '%9o(o o+&%(!)"e: Enlaces muy d#!iles de dipolo el#ctrico producido por la distri!ución asim#trica de densidades electrónicas en un átomo en torno a su propio n6cleo Es oscilante porque la densidad electrónica cam!ia constantemente en el tiempo"
E)(!&e %#)%&o: Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos $especialmente los situados más a la izquierda en la ta!la periódica 0períodos ), y ' se encuentran con átomos no metálicos $los elementos situados a la derecha en la ta!la periódica, especialmente los períodos )/ y ).'"
E)(!&e &o4!(e)"e? Los enlaces co&alentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos $los elementos situados a la derecha en la ta!la periódica 0;, J, K, ;l'"
E)(!&e $e"/(%&o? n enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos $unión entre n6cleos atómicos y los electrones de &alencia , que se Cuntan alrededor de #stos como una nu!e' de los metales entre sí"
E)(!&e+ +e&,)'!r%o+? son fuerzas de atracción d#!iles entre iones y mol#culas o entre mol#culas" 5e caracterizan por su alcance limitado, lo cual requiere de mayor cercanía entre los átomos in&olucrados"
E)(!&e+ M%:"o+? Estos enlaces unen a los átomos en los cristales $metálico, iónico y co&alente' o !ien dentro de las mol#culas $siempre con predominio del enlace co&alente'"
;omplementariamente,
hay
los enlaces secundarios? ellos unen a las mol#culas entre sí"
que
considerar
