estructura del atomo y configuración electronica

ESTRUCTURA DEL ATOMO y configuración electroóica

By indirats torres UPIITA-IPN QUIMICA INORGANICA ING. ENERGÍA

​PARTÍCULAS ELEMENTALES

​Nuestras ideas actuales acerca de los elementos básicos que forman todas las cosas que hay en el Universo están expresadas en el llamado modelo estándar de las partículas elementales.

Según el modelo estándar hay 12 diferentes partículas que forman todas las cosas.

Estas partículas se dividen en dos grupos llamados QUARKS y LEPTONES.

Hay 6 quarks y 6 leptones.
los seis tipos de quarks (up, down, charm, strange, top, bottom) y
los seis tipos de leptones (electrón, muón, tau y sus neutrinos asociados)

​ Ahora bien, según el modelo estándar las partículas elementales han sido agrupadas en dos grandes familias:

– los quarks (p⁺,n⁰ )y

– los leptones(e^-).
• Los leptones son partículas muy ligeras que siempre interactúan por medio de la fuerza nuclear débil y si tienen carga también las afecta la interacción electromagnética, Pero nunca se ven afectadas por la interacción nuclear fuerte. à(LO QUE SE LLAMA COLORES)

• Ejemplos de los leptones son: el electrón, el muón, el tau y el neutrino.

​Ø Los experimentos de colisiones de partículas a muy altas energías han revelado que algunas partículas que se creían simples en realidad están compuestas. Los quarks (p,n), están hechos de cuerdas à strings.
Protones y neutrones pertenecen a los Quarks (que al mismo tiempo se clasifican como bariones) y los  electrones pertenecen a los leptones.

​ Los quarks viven confinados dentro de los mesones y bariones.

No es posible aislar los quarks ni los gluones; están confinados dentro de partículas sin color llamadas hadrones.
Este confinamiento (ligadura) surge del intercambio múltiple de gluones entre los constituyentes coloreados.

A medida que dos partículas con carga de color (quarks y gluones) se alejan se incrementa la energía almacenada en la fuerza de color entre ellas.

Esta energía puede convertirse en pares quark-antiquark adicionales .

Los quarks y los antiquarks a su vez se combinan formando hadrones; los hadrones son las partículas que finalmente emergen.

Se han observado dos tipos de hadrones en la naturaleza: los mesones q qbarra y los bariones qqq.

Como se estudia la materia

El estudio de la materia se lleva a cabo en un gran colisionador de hadrones (LHC), el cual es el acelerador mas grande del mundo que se dedican a registrar las partículas resultantes de las colisiones que sufren los materiales para estudiar los elementos que componen a la materia de la que esta hecha el universo, incluso el ser humano y con todo lo que interacciona.
Un hadrón son partículas subatómicas formada por quarks que permanecen unidos debido a la interacción nuclear fuerte entre ellas,  ejemplo de ellas son los protones.
(No son partículas fundamentales y están compuestas de fermiones llamados quarks y antiquarks, y de  bosones llamados gluones)
https://www.youtube.com/watch?v=cjhRDjWDmMY

BOSONES Y FERMIONES

​El bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente dando lugar a otras partículas elementales más habituales. Lo que se pueden ver son sus "huellas", esas otras partículas que sí podrán ser detectadas en el LHC.

​El otro tipo de particulas se llaman fermiones , que son los que componen la materia que vemos y en las que se encuentran los protones, neutrones y electrones

​Los bosones resiben ese nombre de las particulas que presentan interacciones , como son el fotón (fuerza electromagnetica) y el gluón (fuerza nuclear fuerte) y los bosones W y Z (fuerza nuclear débil)

​Modelo Actual

https://la-mecanica-cuantica.blogspot.com/2009/08/el-principio-de-incertidumbre_11.html

Este modelo esta basado en la mecánica cuántica, reemplaza la idea de órbitas definidas (del modelo de Bohr) por nubes de probabilidad donde es más probable encontrar un electrón en un momento dado.

Principales Conceptos del Modelo:

•Principio de incertidumbre de Heisenberg: No es posible conocer con precisión simultáneamente la posición y la velocidad de un electrón.


•Ecuación de Schrödinger: Describe los electrones mediante funciones de onda (ψ), cuya solución da origen a los orbitales atómicos.

•Orbitales atómicos: Son regiones tridimensionales donde hay mayor probabilidad de encontrar un electrón.

​El numero de protones es igual al número  atómico (Z).

La cantidad de protones y electrones es la misma en un átomo en su estado neutro, lo cual hace que su carga total sea neutral.

La masa atomica (A), esta constituida por la suma de protones y neutrones. La masa atomica es una masa ponderal calculada con la aportación de la abundancia de cada isotopo del elemento.







Si agregamos un protón adicional a un átomo, se crea un nuevo elemento.
Si agregamos un neutrón, creamos un isótopo, o sea un átomo del mismo elemento pero con mas masa.
Si quitamos electrones creamos un catión, que es un ión con carga electropositiva.
Si agregamos electrones creamos un anión, que es un ión con carga electronegativa.

Estructura y construcción del átomo

​Determine la masa atómica (A) de los siguientes elementos químicos

​Ejercicio:
obtenga la masa atómica (A) de todas las especies faltantes de la misma forma que se muestra en los ejemplos y comparelos con los de la tabla periódica.

​catión

​anión

​A = P + N
Z = P
e = Z en un atomo neutro
q = carga = P- e

​En tu cuaderno realiza los siguientes ejercicios de acuerdo a los conceptos anteriormente estudiados

símbolo

​COMPARA TUS RESPUESTAS

​CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

La configuración electrónica indica la manera en la cual los electrones sean acomodado en los orbitales o capas electrónicas que forman a un átomo.

La configuración electrónica es importante, ya que determina las propiedades totales de combinación química de los átomos y por lo tanto su posición en la tabla periódica de los elementos.

Para obtener la configuración electrónica necesitaremos conocer el número atómico del átomo, así como su carga eléctrica, si es neutro o es un anión o catión.

​Comencemos por conocer:
Tipo de orbitales de acuerdo a la ecuación de shrodinger:

​ s (esférico)

p (bilobular)

d (complejo, con 4 lóbulos)

f (aún más complejo)

​Niveles y Subniveles de Energía

Los electrones se organizan en niveles de energía (n) y subniveles dentro de cada nivel: regla 2n²

Cada subnivel tiene un conjunto de orbitales donde se distribuyen los electrones de acuerdo con los principios de la mecánica cuántica:

•Principio de Aufbau: Los electrones llenan primero los niveles de menor energía.

•Principio de exclusión de Pauli: Un orbital puede tener como máximo 2 electrones con espines opuestos.

•Regla de Hund: Los electrones ocupan orbitales vacíos antes de aparearse.

Cada subnivel de energía puede almacenar una cantidad específica de electrones, dependiendo del número de orbitales que tenga. La regla general es que cada orbital puede contener un máximo de 2 electrones con espines opuestos.

- ​Orbitales
- número de orbitales y
- el numero de electrones que puede permitir cada orbital

configuración electronica

Principio de Aufbau: Los electrones llenan primero los niveles de menor energía

Principio de Hund o máxima multiplicidad

La regla se basa en el llenado de orbitales atómicos que tengan  igual energía, así podemos decir que existe un orbital tipo s, tres  orbitales tipo p, cinco orbitales atómicos tipo d, y siete tipo f. En  ellos se van colocando los electrones con spines paralelos ,  primero se llenan los electrones con spin positivo y después lo  harán los electrones con spin negativo. No hay en un orbital electrones con el mismo espin, ni orbitales con mas de 2 electrones.

​Diagrama de Moeller
Diagrama de serrucho
Regla de la diagonal

Se utiliza para escribir la configuracion electrónica de un átomo o un ión.

​configuración electronica (¿qué tienen en comun todos los elementos de una misma familia o grupo?)

Si la terminación de la configuración electronica en el estado basal donde el numero de electrones es igual a Z es en obtitales S, el elemento pertenecera a los metales representativos del bloque S, Si la terminación es en orbitales p, podran ser metales representativos del bloque P o bien no metales, dependera del numero de electrones con los que se cuente en los orbitale p, si la terminación termina en orbitales d, el elemento pertenecera a los metales de transición y si la terminación es en orbitales f, los elementos perteneceran a los metales de transición interma que se encuentran en el bloque f.
Con la configuración electronica se podra identificar y ubicar el comportamiento quimico del elemento y la familia o grupo a la que pertenece, adempas del nivel o periodo en el que se encuentra

Se entiende como familia o grupo a todos los elementos químicos que se encuentran en una columna.
Todos ellos comparten en mismo número de electrones en su capa de valencia, por lo que al escribir la configuración electrónica esta terminara en el mismo orbital, por ejemplo:

familia 1, la terminación será ns¹,
familia 2, la terminación será ns²,
familia 3, la terminación será (n-1)d¹
familia 4, la terminación será (n-1)d²

familia 5, la terminación será (n-1)d³

familia 6, la terminación será (n-1)d⁴

familia 7, la terminación será (n-1)d⁵

familia 8, la terminación será (n-1)d⁶
familia 13, la terminación será (n)p¹

De acuerdo a esta terminación estos elementos tambien pueden identificarse a que bloque pertenece de acuerdo con dicha terminación.

configuración permitida

Se entiende como aquella que sigue las reglas de Aufbauf, Pauli y Hund, puede presentarse en estado basal o en estados excitados.

​Config. electrónica para el Ca (Z=20) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
​Config. electrónica para el P (Z=15) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

​Config. electrónica para el Ni (Z=28) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸

​Config. electrónica para el Ca (Z=20) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 6s²
​Config. electrónica para el P (Z=15) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² 4s1 ​
Config. electrónica para el Se (Z=34) = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p³ 5s¹

​estados basales

​estados excitados

configuración prohibida

Se entiende como aquella que NO sigue alguna de las reglas de Aufbauf, Pauli o Hund.

​Config. electrónica para el Ca (Z=20) = 1s¹ 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹ ​Config. electrónica para el P (Z=15) = 1s² 2s² 2p⁷ 3s² 3p²

​Config. electrónica para el Ni (Z=28) = 1s² 2s³ 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁷

No se respeta el orden de llenado de los orbitales, no completando los orbitales de minima energía para pasar a los de mayor energía, en las configuraciones podemos ver que en algunos orbitales se muestran mas electrones de los que puede soportar.

No respeta principio de Hund, tenemos orbitales con mas de dos electrones o orbitales con el mismo espin o no se respeta el orden de llenado de los orbitales. Observe el sentido de los electrones (flechas con espin +1/2 van hacia arriba, con espin de -1/2 se dirigen hacia abajo)

​Configuración electronica de elementos en una misma familia

​Bloque s
familia 1 (IA)

​Bloque s
familia 2(IIA)

​Bloque p
familia 13 (IIIA)

ANOMALIAS EN EL BLOQUE d
Se presentan en configuraciones con terminaciones
4s² 3d¹, 4s² 3d² , 4s² 3d³ , 4s²3d⁴ y 4s² 3d⁹

5s² 4d¹, 5s² 4d² , 5s² 4d³ , 5s²4d⁴ y 5s² 4d⁹