Configuraciones electrónicas. La tabla periódica. Enlaces químicos

Configuraciones electrónicas. La tabla periódica.Enlaces químicos.

Configuraciones electrónicas

• Es la manera como se distribuyen los electrones alrededor del nucleo.

• Nos permitirá explicar porpiedades químicas interesantes de los elementos, como la valencia (capacidad de unión de un elemento con otros)

• Estudiaremos 2 modelos:– El modelo de Bohr->Órbitas– El más moderno, mecanocuántico->Orbitales

Modelo de BohrNº CUÁNTICO n NOMBRE CAPA Nº MÁXIMO

ELECTRONES (2n2)1 K 2·12=2

2 L 2·22=8

3 M 2·32=18

4 N 2·42=32

El radio de cada órbita viene condicionado por su valor de n y es:r=0,529·10-10·n2 metros, siendo 0,529 Angstroms el llamado radio de Bohr

2He: K(2)

3LI: K(2)L(1)

4Be: K(2)L(2) ….10Ne: K(2)L(8)

18Ar: K(2)L(8)M(8)

Si pasamos al 11Na, el siguiente electrón va a la siguiente capa: K(2)L(8) M(1)

Si pasamos al 17Cl, le quitamos un electrón de la última capa : K(2)L(8) M(7)

Modelo mecanocuántico

• Se basa en el principio de incertidumbre de Heisemberg (1927), que afirma que “no podemos conocer con total exactitud y al mismo tiempo la velocidad y la posición de un electrón”.

• No podemos describir el movimiento de los electrones.

• Cuando resolvemos la ecuación de Schrödinger (1927) obtenemos las regiones en la que es muy probable (probabilidad>95%) de encontrar el electrón. Dichas regiones se denominan orbitales (no confundir con órbita, modelo de Bohr)

Orbitales• Orbitales del nivel n=3. Sus formas

Modelo mecanocuánticoNUMERO CUANTICO n(capas)

ORBITALES (subcapas)

Nº MÁXIMO DE ELECTRONES(2 en s, 6 en p, 10 en d, 14 en f…)

1 1s 1s2

2 2s 2p 2s2 2p6

3 3s 3p 3d 3s2 3p6 3d10

4 4s 4p 4d 4f 4s2 4p6 4d10 4f14

Por último• El orden de llenado no es por capas, sino por

la energía de los orbitales. Se llenan de menor a mayor energía y el orden viene establecido, de manera aproximada, por el diagrama de Moeller. Aquí hay 2 versiones

Vamos llenado Elemento Nombre Z Configuración

H Hidrógeno 1 1s1

He Helio 2 1s2 Li Litio 3 1s22s1

Be Berilio 4 1s22s2

B Boro 5 1s22s22p1 C Carbono 6 1s22s22p2 N Nitrogeno 7 1s22s22p3 O Oxigeno 8 1s22s22p4 F Fluor 9 1s22s22p5 Ne Neon 10 1s22s22p6 Na Sodio (Natrium) 11 1s22s22p63s1 Mg Magnesio 12 1s22s22p63s2 Al Aluminio 13 1s22s22p63s23p1

Si Silicio 14 1s22s22p63s23p2 P Fósforo (Phosphor) 15 1s22s22p63s23p3 S Azufre (Sulphur) 16 1s22s22p63s23p4 Cl Cloro 17 1s22s22p63s23p5 Ar Argon 18 1s22s22p63s23p6 K Potasio (Kalium) 19 1s22s22p63s23p64s1

Iones • Es igual, pero poniendo o quitando electrones:

Especie Nombre Conf. Electr.

9F Fluor 1s22s22p5

9F- Ion Fluor 1s22s22p6

8O Oxígeno 1s22s22p4

8O- anión oxigeno-1 1s22s22p5

8O2- Anión oxigeno-2 1s22s22p6

11Na Sodio 1s22s22p63s1

11Na+ catión sodio +1 1s22s22p6

Tabla periódica

• Todos los elementos de la naturaleza ordenados por nº atómico.

• ¿y por qué no se ponen en una larga tira?.• Porque se observó que cada cierto nº de

elementos se repiten las propiedades químicas de los elementos (valencia). Esos elementos con propiedades comunes son una familia y en la tabla periódica se ponen en la misma columna (igual columna=iguales propiedades)

Períodos• Asi se construye la tabla periódica, que contiene a día de hoy 7 filas

o períodos y 18 columnas, llamadas familias o grupos. • Los períodos, las filas, se numeran de la 1 a la 7 y por el motivo que

veremos a continuación no todos son igual de largos, aunque todos empiezan por un metal alcalino y terminan en un gas noble.– 1 Período muy corto, el 1º, con 2 elementos.– 2 Períodos cortos, el 2º y 3º, con 8 elementos.– 2 Períodos largos, el 4º y 5º, con 18 elementos– 2 Períodos ultralargos, el 6º y el 7º (sin completar), que

contienen además de los 18 que se ven los 14 situados debajo, denominados elementos de transición interna o tierras raras.

Familias• Se denomina periódica porque los elementos colocados en la

misma columna tienen propiedades químicas muy similares (la más importante, la valencia), es decir, las propiedades químicas se repiten periódicamente. Así, el Li, Na, K, Rb…, etc, son:– metálicos, – tienen valencia 1 y forman cationes monopositivos con facilidad. – Se oxidan con mucha facilidad dando un oxido blanco.– Reaccionan violentamente con el agua.– Tienen un electron en la última capa

Forman la familia de los metales alcalinos. Los elementos situados en la misma columna, y por tanto, con propiedades químicas semejantes, se llaman familias.

Elementos representativos

• Las familias más importantes son las 1, 2, 13, 14, 15, 16 y 17 (la 18, los gases nobles, se usa como referencia, pues no forman compuestos y químicamente carecen casi de interés). Esas familias más importantes están formadas por los llamados elementos representativos, llamados así por el gran cambio de propiedades que hay al pasar de una familia a otra, a diferencia de los metales de transición (familias 3 a 12), que tienen todos propiedades similares, siendo más acusado en los metales de transición interna (Tierras raras, Lantánidos y Actínidos)

Grupos: Familias principales• Para llamar a las familias se usan números (del 1 al 18), aunque las

más importantes tienen nombre propio que hay que aprender:– Familia 1: Alcalinos: Li (litio), Na (sodio), K (potasio), Rb (Rubidio), Cs (Cesio) y Fr

(Francio)– Familia 2: Alcalino-Terreos: Be (Berilio), Mg (Magnesio), Ca (Calcio), Sr (Estroncio), Ba

(Bario) y Ra (Radio)– Familias 3 a 12: metales de transición. Forman todos una gran familia con

propiedades muy similares, sin importar mucho su posición. De entre estos nos fijaremos en unos pocos que aparecen en multitud de compuestos químicos: Fe (Hierro), Co (Cobalto), Ni (Niquel), Cr (Cromo), Mn (Manganeso), Ag (Plata), Cu (Cobre), Zn (Zinc), Cd (Cadmio), Au (Oro), Hg (Mercurio) son los más importantes.

– Familia 13: Terreos: B (Boro) y Al (Aluminio)– Familia 14: Carbonoideos: C (Carbono) y Si (Silicio)– Familia 15: Nitrogenoideos: N (nitrógeno), P (fósforo), As (Arsénico) y Sb (Antimonio)– Familia 16: Anfígenos: O (Oxígeno), S (Azufre), Se (Selenio) y Te (Teluro)– Familia 17: Halógenos: F (Flúor), Cl (Cloro), Br (Bromo) y I (Iodo)– Familia 18: Gases nobles: He (Helio), Ne (Neón), Ar (Argón), Kr (Kriptón), Xe (Xenón) y

Rn (Radón)

• Tablas:– http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/– http://www.ptable.com/

• Historia:– http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3di

ca_de_los_elementos

Metales y no metales

Propiedades

• Metales– Brillo– Conducen electricidad y

calor– Dúctiles (hilos) y

maleables (láminas)– Alta densidad– Altos puntos de fusión

(sólidos)– Duros

• No metales:– Gases u mates– Aislantes eléctricos y

caloríficos.– Frágiles

– Baja densidad– Bajos punto de fusión

(gases)– Blandos

Propiedad y configuración

• Si escribimos las configuraciones electrónicas de los miembros de una familia nos llevaremos una sorpresa. Por ejemplo, alcalinos: 3Li: 1s22s1

11Na: 1s22s22p63s1

19K:1s22s22p63s23p64s1

37Rb:1s22s22p63s23p64s23d104p65s1

TODOS TERMINAN EN ns1 (n indica el período)

Otra familia

• Alcalino-terreos: 4Be: 1s22s2

12Mg: 1s22s22p63s2

20Ca:1s22s22p63s23p64s2

38Sr:1s22s22p63s23p64s23d104p65s2

TODOS LOS ALCALINO-TERREOS ACABAN EN ns2

Otra

• Anfigenos: O: 1s22s22p4

S: 1s22s2sp63s23p4

Se: 1s22s22p63s23p64s23d104p4

TODOS LOS ANFÍGENOS ACABAN EN ns2 np4 (6 electrones en la última capa)

Ojo: el 3d10 es de la capa anterior, aunque se llene después

Resumen

Otro resumenGrupo Nombre Última capa e- última capa

1 Alcalinos ns1 12 Alcalino-térreos: ns2 213 Terreos ns2np1 314 Carbonoideos ns2np2 415 Nitrogenoideos ns2np3 516 Anfígenos ns2np4 617 Halógenos ns2np5 718 Gases nobles: ns2np6 8

Estructura (configuración electrónica) y propiedades (posición tabla periódica)

• Están íntimamente unidas. Un elemento tiene las propiedades química que tiene por su configuración electrónica externa. Es lo que un átomo “ve” de otro cuando se acercan para combinarse en un compuesto.

• Así, si un elemento tiene configuración electrónica acabada en 4s1 será un alcalino del 4º período y tendrá propiedades similares a los otros alcalinos.

Regla del octeto• Los gases nobles tienen todos como configuración de

la última capa ns2np6, es decir, 8 electrones, y no se combinan con nadie. Eso llevó a los químicos a pensar que tener 8 electrones en la última capa proporcionaba una gran estabilidad al átomo.

• Todos los elementos aspiran a eso, a tener 8 electrones en la última capa. Esa es la regla del octeto. Todos los átomos tratarán de perder (los metales) o de ganar (los no metales) el nº necesario de electrones para conseguir tener 8 en la última capa, como un gas noble.

Regla del octeto: cationes metálicos

Los metales, con pocos electrones en la última capa, tratarán de perderlos para tener como últimos los 8 e de la penúltima capa (que será la última ahora).Ejemplo: El sodio, 11Na: 1s22s22p63s1. Si pierde el último electrón se queda 11Na+ :1s22s22p6

Cationes metálicos– Alcalinos:ion +1. Li+, Na+, K+...– Alcalino-térreos: ión +2. Be2+, Mg2+, Ca2+...– Térreos: ión +3: B3+, Al3+

Regla del octeto: aniones no metálicosLos no metales, a falta de pocos electrones para conseguir el octeto, tratarán de ganarlos tener 8 e en la última capa.Ejemplo: El cloro, 17Cl: 1s22s22p63s23p5. Si gana un electrón se queda 17Cl- :1s22s22p63s23p6.

Aniones no metálicos– Carbonoideos: ión -4. C4–, Si4–

– Nitrogenoideos: ión -3: N3–, P3–

– Anfígeno: ión -2. O2–, S2–...– Halógenos: ión -1. F–, Cl–...

–HASTA AQUÍ ENTRARÁ EN EL EXAMEN

El enlace iónico

• Se forma al unirse un metal con un no metal.• El no metal roba los electrones al metal y

ambos adquieren la estructura de gas noble.• Por ejemplo: 8O y 11Na. Se formarán 8O2- y

11Na+. Como el compuesto entre ambos debe ser neutro, hacen falta 2 Na para cada O.

• El compuesto será: Na2O

Otros compuestos iónicos

• 12Mg: 1s22s22p63s2 1s22s22p6 :12Mg2+

• 17Cl: 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p6:17Cl-

Ahora, Cl- y Mg2+ se unen, de tal forma que la carga total del compuesto sea neutra, o sea, 2 cloro por cada magnesio: MgCl2

2 e1 e

Propiedades compuesto iónicos (I)

• Propiedades de los compuestos iónicos:– Son sólidos a temperatura ambiente, con altos

puntos de fusión y ebullición. Eso es así porque existe una fuerte atracción entre los iones de distinto signo y se necesita mucha energía para romper la red cristalina.

– Se fracturan al golpearlos, formando cristales de menor tamaño. Al golpear el cristal se desplazan los iones y quedan enfrentados los de igual carga, repeliéndose.

Propiedades compuesto iónicos (II)– En general, se disuelven en agua.

Las moléculas de agua pueden atraer y separar los iones, deshaciendo la red iónica.

– No conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero son conductores en estado líquido y en disolución. Los iones están localizados en la red, pero al pasar al estado líquido adquieren movilidad, lo que posibilita el paso de la corriente eléctrica.