2. Estructura atomica 2012

8/2/2019 2. Estructura atomica 2012

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Estructura atmicaIng. Norberto D. ique G.

Ingeniera Industrial UNTNIVELACION - 2012


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Ncleo (protones + neutrones)D~10-14 m99.9 % de la masa del tomo

Envoltura (electrones)

tomo (~10-10 m)

Estructura Atmicatomo: Estructura elctrica formada por laagrupacin de partculas elementales, enla que existen dos partes perfectamentediferenciables, como son:Ncleo: (+) Masa del tomoconcentrada, en l, conformada por laspartculas: Protn y NeutrnCorteza: (-) Nube de electrones:

Electrn


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1. NUCLEONES: Protn y neutrn. (p+ y n0)2. MASA ATOMICA: Se le designa por A.

El nmero msico A es el nmero de nucleones:

A=Z+n0Es la masa de una cantidad de tomos igual al nmero de Avogadro (NA).

NA= Es el nmero de tomos o molculas en un mol o molcula gramo.

Es la cantidad de entidades elementales (tomos, molculas, iones, electrones, uotras partculas o grupos especficos de stas existentes en un mol de cualquiersustancia. La mejor estimacin de este nmero es:

DEFINICIONES

-13A mol0x2214179

. umaAEjemplo: 1 mol de Ag, tiene una masa de 107.868 g UNIDAD: g/mol

UNIDAD ALTERNA: u.m.a.: Es 1/12 de la masa de carbono 12

Ctomoelasa121. 12

6


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Ejemplo:Cada protn o neutrn tiene una masa de 1.672x10-24 g; este valor se leconoce como 1 u.m.a.

El istopo mas comn del carbono es el 6C12, que contiene 6 p+ y 6 no ,con loque su masa atmica es de 12 u.m.a.

Es conveniente indicar que existen 6.023x1023 u.m.a. por gramo, por lo tantoel carbono 6C

12 tiene 12 u.m.a. o 12 g/mol.

mol

g1

N

g1u.m.a.

A

um aA

Masa atmica =0.7(58)+0.3(60)=58.6Para el Cl:35.45=[x(34.97)+(100-x)36.98]/100 x = 76.119% de

100-x = 23.881% de

35

17Cl

37

17Cl

Ejemplo:100

frecuencia.%MM

istopo


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3. NMERO ATOMICO:Se le designa por Z.

Es el nmero de protones que existe en el ncleo.Z= #p+ = #e- identifica a los elemento en Tabla Perioidica.

4. NCLIDOS:Es la representacin por el smbolo

XA

Z

A

ZX

5. ISOTOPOS:Nclidos con igual Z y diferente A:

%7058

28Ni

%2860

28Ni


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60

26Fe

60

27Co

60

28

Ni60

29Cu

60

30Zn

6. ISOBAROS:Nclidos con igual A Diferente Z:

57

26Fe

58

27Co

59

28Co

7. ISOTONOS:Nclidos con igual n (Igual nmero de neutrones)

Nota: n = A-Z = 31 ;( Isocoros )


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Hiptesis de la teora corpuscular de:I. Newton(Fines del siglo XIX).J. Maxwell (1864) obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales delelectromagnetismo y predijo la existencia de ondas electromagnticas.Supuso que la luz representaba una pequea porcin del espectro deondas electromagnticas.H. Hertz (1885) confirm experimentalmente la existencia de estasondas.

El estudio de otros fenmenos:

Radiacin del cuerpo negroEfecto fotoelctricoEspectros atmicos

A. Einstein (1905) explic el efecto fotoelctrico por medio decorpsculos de luz que l llam fotones.

N. Bohr (1912) explic el espectro de emisin del tomo de hidrgeno,utilizando los fotones.Apareci un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz secomporta como onda electromagntica en los fenmenos depropagacin, interferencias y en difraccin como corpsculo en la

interaccin con la materia.


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En el efecto fotoelctrico se observaba quesi un haz de luz incida en una placa demetal produca electricidad en el circuito.

Presumiblemente, la luz liberaba loselectrones del metal, provocando su flujo.Segn Einstein, esto era producido porfotones (cuantos de luz con propiedadesde partcula).Cada fotn individual acarreaba una

cantidad de energa E (paquetes deenerga), que se encontraba relacionadacon la frecuencia de la luz, mediante lasiguiente ecuacin:

Donde:h = 6.626 x 10-34 Js : es la frecuenciaV : es la velocidad de la luz: 299792,458 m. s-1 : es la longitud de onda de la radiacin.eV = 1.60217 x 10-19 J

Teora del efecto fotoelctrico -1905 (Einstein - Premio Nobel de Fsica 1921)

v.h

.hE


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v.h.hE


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De Broglie (1924) (Premio Nobel de Fsica 1929)

v.m

h

Dualidad onda partcula (tomo, electrn, fotn, etc.)

Toda la materia presenta caractersticas tanto ondulatorias como corpuscularescomportndose de uno u otro modo dependiendo del experimento especfico.Relacion la longitud de onda, (lambda) asociada a la partcula de masa m que se

mueve a una velocidad V, mediante la frmula:

v.h.hE


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La energa asociada al electrn en un dado niveles:

Los electrones no radian energa mientraspermanezcan en orbitas estables.

tomo de hidrgeno: Niels Bohr

222

42

n

eV6.13

hn

em2E

Mediante su modelo pudo explicar la intensidad de las lneas espectrales deltomo de hidrgeno.


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Ejemplo: tomo de Hidrogeno.El cual consta de un 1 e- circundando a un ncleo de 1 p+,Ahora si:

el e- del hidrogeno es excitado!

1. A una orbita (nivel energtico) superior es absorbida una cantidaddiscreta de energa.

2. A una orbita (nivel energtico) inferior se emite una cantidad discreta deenerga.

Durante la transicin a una orbita de menor energa, el electrn de hidrogeno emitiruna cantidad discreta (cuanto) de energa en forma de radiacin electromagntica,denominada FOTON.


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El modelo de Schrdinger abandona la

concepcin de los electrones como esferasdiminutas con carga que giran en torno alncleo.En vez de esto se describe a los electrones pormedio de una funcin de onda, la cualrepresenta la probabilidad de presencia en una

regin delimitada del espacio.

Esta zona de probabilidad se conoce comoorbital.

Modelo de Schrdinger: Modelo actual

Un orbital no representa la posicin concreta de un electrn en el espacio, que nopuede conocerse dada su naturaleza mecnico-cuntica, sino que presentan unaregin del espacio entorno al ncleo atmico en la que la probabilidad de encontrar

al electrn es elevada.


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Estructura electrnica de tomoEn el caso del tomo de hidrgeno, Schrdinger encontr que lasfunciones de onda estn determinadas por los valores de cuatro nmeroscunticos n, l, mly s.

1. Nmero cuntico principal (n)

Expresa los niveles de energa y toma valores 1,2,3...o tambin letras K, L,M,. Define el tamao del orbital. Cuanto mayor sea, mayor ser elvolumen. Tambin es el que tiene mayor influencia en la energa del orbital.

Determina los subniveles presentes encada nivel o zonas dentro del nivel conmayor probabilidad de encontrar alelectrn. Define la forma del orbital y elmomento angular. Puede tomar valoresentre 0 y (n-1) en cada nivel. Tambinse le designa por letras s, p, d, f.

2. Nmero cuntico azimutal (l)


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Define la orientacin espacial del orbital frente a un campo magnticoexterno. Cada orientacin es un orbital especfico. Tambin indica el

nmero de orbitales en cada subnivel. Toma valores enteros desde +l a -lincluido el cero.

3. Nmero cuntico magntico (ml)


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Define el momento angular del electrn. El valor de spuede ser +1/2 o -1/2

4. Nmero cuntico de spin (ms)


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2 electrones presentes en un mismo tomo no pueden tener los cuatronmeros cunticos iguales. As, dos electrones con idnticos n, l y ml debentener necesariamente valores diferentes ms, o sea, espines anti-paralelos:

ms= +1/2 y 1/2.El nmero mximo de electrones presentes en cada nivel es: 2n2

Principio de exclusin de Pauli


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Max E. Planck, fsico alemn, Premio Nbel de Fsica en 1918 por su TeoraCuntica, determino que el cambio de energa asociado con la transicin delelectrn desde un nivel a otro esta asociado con la frecuencia (nu) del fotn,por la siguiente ecuacin:

hE

c

hcE

,...)4,3,2,1:(6.132

222

42

neVnhn

meE


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El llenado de los electrones en los subniveleses en orden creciente a suenerga en la nube electrnica.

1s < 2s < 2p < 3s


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tomos Estables:Poseen subniveles s y pcompletos tienden a no reaccionar

tomos Inestables:Poseen configuraciones electrnicas no estables, son la mayora de los elementos.


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Tabla Peridica de los Elementos


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Elementos electropositivos

Son metlicos por naturaleza y ceden sus electrones durante lasreacciones qumicas para producir iones positivos (cationes).Nmero de oxidacin positivo.

Grupo IA (alcalinos)

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1 cede 1e- Na+ N oxidacin = +1

Grupo IIA (alcalinos trreos)

12Mg = 1s2 2s2 2p6 3s2 cede 2e- Mg+2 N oxidacin = +2

Muy activos



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Elementos electronegativos

Son no metlicos por naturaleza y aceptan electrones durante lasreacciones qumicas para producir iones negativos (aniones).Nmero de oxidacin negativo.

Grupo VIA (anfgenos o calcgenos)

17Cl = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 gana 1e- Cl- N oxidacin = -1

Grupo VIIA (halgenos)

16S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 gana 2e- S-2 N oxidacin = -2



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Grupo IVA (carbonoides)

14Si = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 N oxidacin = +4 y -4

Grupo VA (nitrogenoides)

15P = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 N oxidacin = -3

Metales



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Electronegatividad: capacidad que presenta un tomo, en una molcula, para atraerelectrones hacia s mismo. Se cuantifica asignando a cada elemento un nmero deelectronegatividad que puede variar de 0.7 a 4,0. Los valores altos tienden a aceptarelectrones


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Elementos de transicin: Son aquellos elementos que poseen electrones alojadosen el orbital d.

29Cu: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

Similar sucede con Ag y Au , llamados materiales nobles



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Bibliografa

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BIBLIOGRAFIA(1) Fundamentos de la ciencia e ingeniera de los materiales. William F.

Smith. 93-100 pp(2) Estructuras y propiedades de los materiales. Nilthon Zavaleta

Gutirrez. 2-14 pp.

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