Elaborado por: Dr. Antonio Tirado Guzar Agosto 2015 Qumica Inorgnica: Teora cun2ca y estructura atmica

Tecnolgico Nacional de Mxico Instituto Tecnolgico de Tijuana

Reglamento en clase

No comida No chicles Solo agua, jugos o refrescos. Evitar celulares. Puntualidad Tareas en el cuaderno. Aprobar TODAS LAS UNIDADES.

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Temas a tratar

DeKinicin de qumica reas de aplicacin de la qumica El tomo y base experimental de la teora cuntica Modelos atmicos ConKiguracin electrnica y orbitales atmicos

Qumica?

DeKiniciones de qumica Chang R. Estudios de la materia y los cambios que experimenta.

Brown R. Estudia las propiedades de la materia y sus cambios.

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reas de aplicacin de la qumica 5

Estudia los compuestos de carbono que forman

cadenas y conforman los seres vivos

Estudia todos los compuestos que no intervienen en los seres

vivos

Estudia los cuantificacin e identificacin de los sustancias

Estudia los procesos qumicos de los compuestos orgnicos

e inorgnicos en los seres vivos

Estudia las propiedades fsicas en procesos

qumicos

Rapidez, calor, temperatura.

Aplica la mecnica cuntica a los procesos

qumicos

Materia Todo aquello que ocupa un lugar en el espacio 6 De qu se compone?

Unin de dos o mas elementos. Unin de dos o mas

sustancias puras indistinguibles

Sustancias puras

Unin de dos o mas sustancias puras que se pueden distinguir

Elementos qumicos? Son la base de toda sustancia qumica y su forma mnima es el tomo. 7

Modelo atmico: Aristteles

Todo el universo esta compuesto por sustancias No existe el vaco 8 Fuego Agua Aire Tierra

Energa Lquido Gases Slidos

A diferencia de Aristteles, l crea que la materia llegara a un punto indivisible. Ese punto indivisible le llam tomo 9

Modelo atmico: Demcrito

No explica por que existen diferentes formas de materia

Modelo atmico: John Dalton (1808) 10 La materia est dividida en unas partculas indivisibles e inalterables, que se denominan tomos Todos los tomos de un mismo elemento son idnticos entre s Las tomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades Por qu?

Deficiencias:

Modelo atmico: J.J. Thomson (1897)

Realiz un experimento con rayos catdicos 11

Dispositivo que consta de: Un ctodo y un nodo conectados en un tubo al vaci

Tubo de rayos catdicos 12

Descubrimiento de parNculas ? 13

Polaridad de los rayos catdicos 14

Los rayos catdicos tenan carga negativa por que se desviaban al polo positivo de un magneto

Aportaciones de J. J. Thomson 15

El rayo de luz se desplazaba en lnea recta Determin que los rayos salan del ctodo Averigu que los rayos tenan masa Averigu la carga de los rayos. Descubri el electrn

16

Modelo atmico de J.J. Thomson (1897)

Panqu con pasas

Modelo atmico de E. Rutherford (1911) 17

Aportaciones del modelo de Rutherford

18

Las partculas alfa eran susceptibles a : 1.Traspasar

No tenian interaccin 2.Desviarse

Tenian interaccin 3.Rebotar

Tenian interaccin con algo similar

Descubrimiento del ncleo con cargas positivas

Nmero atmico

H. Moseley estudiaba los rayos X en el momento que Rutherford desarrollaba su experimento. Cada elemento difiere uno de otro teniendo una carga positiva

extra que el elemento anterior.

Correlacin de longitud de onda vs Z

Descubrimiento del Neutrn

James Chadwick

Bombarde con partculas alfa lminas de berilio y detect partculas gamma

Masa y nmero atmico 22

La masa atmica se deKine como el nmero de protones y neutrones en un elemento. El nmero atmico es el nmero de protones de un elemento. En elementos normales, los protones y electrones son iguales. En elementos cargados: Los electrones y protones son diferentes. Cationes: Elementos que perdieron electrones Aniones: Elementos que ganaron electrones

Tabla peridica 23

Fue ordenada segn el nmero atmico. Mendelev y Werner disearon el modelo actual.

Nmero y masa atmica 24

Elemento Nmero atmico Protones Electrones Masa atmica Neutrones Hidrgeno 1 1 1 1 0

Carbono 6 6 6 12 6 Azufre 16 16 16 32 16 Plata 47 47 47 107 60

X= Elemento A= Masa atmica

Z= Nmero atmico

Por qu los elementos en la tabla peridica 2enen masa atmica decimal? 25 Los istopos son tomos de un elemento con diferente masa atmica (diferente nmero de neutrones)

Elemento Nmero atmico Protones Electrones Masa

atmica Neutrones

Carbono 6 6 6 12 6 Carbono 6 6 6 13 7 Carbono 6 6 6 14 8

Masa atmica en la tabla peridica 26

La masa atmica reportada en la tabla peridica se basa en la abundancia de los istopos. Ejemplo: Istopos de la plata y su abundancia Ag107 56% Ag109 44%

Masa atmica = (107)(0.56) + (109)(0.44) =107.88

Ejercicios 27

Determine el nmero de electrones, protones y neutrones de los siguientes elementos Elemento Electrones Protones Neutrones

Helio 2 2 1 Helio 2 2 2 Magnesio 12 12 12 Magnesio 12 12 13 Titanio 22 22 26 Bromo 35 35 44 Platino 78 78 117

Nmero y masa atmica en iones 28

Los iones son tomos que han perdido o ganado electrones Los cationes: Son elementos que han perdido electrones (positivos) Los aniones: Son elementos que han ganado electrones (negativos)

Br- S2-

Cd2+ Ag+

Na+

P3-

Ejemplos:

Ejercicios 29 Determine el nmero de electrones, protones y neutrones en los siguientes iones. Ag+ Istopo A=107 Cd2+ Istopo A=112 P3- Istopo A=31 S2- Istopo A=32

Elemento Masa Nmero Protones

Electrones

Neutrones Plata 107 47 47 46 60 Cadmio 112 48 48 46 64 Fosforo 31 15 15 18 16 Azufre 32 16 16 18 16

Ejercicios 30

Elemento Z A p+ e- no Forma isotpica C 6 6 Fe 56 26 S 32 16 K+ 20 O2- 10 8 Mn 25 55 Ag 108 Rb+ 85 37 Zn 30 35

Ejercicios 31

Indique cul de estas especies son isoelectrnicas entre s: S2- , O2- , F- , K+ , Br- , Li+ , Ar , Cl- , Ne, Al3+ , Na+ , Ca2+

Max Planck y la teora cun2ca

Cuerpo negro: Aquel que tiene la capacidad de absorber el 100 % de la energa incidente 32

Efecto fotoelctrico 33

Luz y espectro electromagn2co 34

Variables a medir en un espectro 35

Longitud de onda Frecuencia Energa E Velocidad de la luz c

Ejercicios

Determine la frecuencia de los siguientes colores: a) Azul (470 nm) b) Rojo (650 nm) c) Amarillo (560 nm)

36

Ejercicios

Determine la longitud de onda en nm de los siguientes valores de frecuencia: a) 50 s-1 b) 200 kHz c) 6 x 1014 s-1

37

Modelo atmicos de Bohr 38

El problema con el modelo de Rutherford Si hay electrones alrededor del ncleo, por que no se atraan a el?

Introduce el trmino Nivel de energa

Modelo atmico de Sommerfeld 39

El modelo de Sommerfeld se baso en el modelo de Borh. Propuesto que los niveles de energa no eran circulares, sino elpticos como un sistema solar.

Modelo atmico de Schrdinger 40 El modelo se basa en que los electrones no nomas son partculas. Tambin son ondas. El movimiento ondulatorio genera la teora de un modelo atmico en forma de nube de electrones

Nube de electrones? 41

La forma de las nubes de electrones define un espacio por donde puede estar el electrn en el tomo

Ecuacin de Schrdinger

Forma de los orbitales

Orden de los e- en un tomo 43

Los orbitales en orden creciente de energa van: s, p, d, f En cada orbital se pueden acomodar 2 electrones.

Los electrones en un tomo se van ordenando de menor a mayor energa N= 1,2,3,4..

Los electrones se acomodan de forma desapareada en cada orbital

Conguracin electrnica

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

Para ordenar los electrones la configuracin electrnica hay que tomar en cuenta lo siguiente: Los orbitales s pueden contener 2 electrones Los orbitales p pueden contener 6 electrones Los orbitales d pueden contener 10 electrones Los orbitales f pueden contener 14 electrones

Ejemplo 45

Escriba la conKiguracin electrnica de los siguientes elementos. Hidrgeno Sodio Carbono Azufre Zinc

Excepciones en la conguracin electrnica 46

Los elementos cromo y cobre no siguen la regla tpica de conKiguracin electrnica. Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d4 : es incorrecto . Cr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d5 : es correcto Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d9 : es incorrecto. Cu: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1, 3d10 : es correcto.

Uso de Kernel 47 El Kernel es una forma de agrupar una conKiguracin electrnica para implicar sta. Los Gases inertes se utilizan como Kernel por que son elementos que tiene completa la conKiguracin electrnica hasta un nivel de energa.

[He]2 1s2

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 [Xe]54

Ejemplo 48

Escriba la conKiguracin electrnica apoyado de un Kernel para los siguientes elementos. Hierro Plata Indio Potasio Bromo

Conguracin electrnica en iones

1. Se acomoda la conKiguracin electrnica del elemento por niveles 2. Se eliminan o agregan electrones segn el ion en el ltimo orbital Ejemplos: Escriba la configuracin electrnica del H-, Na+, Pb4+, Cu2+

Trabajo en equipo

Escriba la conKiguracin electrnica para los siguientes iones. Primero la forma completa sin tomar en cuenta la carga y para el ion escribala con Kernel. 50

1.Mn2+ 2.Fe3+ 3.Cr6+ 4.Li+

5.Al3+ 6.S2- 7.Cl- 8.Zn2+

9.P3- 10.Cl7+ 11.H+ 12.C4-

Determine si existen tomos isoelectrnicos

Nmeros cun2cos y conguracin electrnica

Los nmeros cunticos son un cdigo nmerico que nos ayuda a deKinir la conKiguracin electrnica de un elemento. 51

En un tomo no puede haber dos electrones con los mismos nmeros

cunticos.

Los nmeros cun2cos.

se refiere al nivel de energa

se refiere a la forma del orbital

se refiere a la orientacin del

orbital

se refiere al giro del electrn en un

sub-orbital

Asignacin del nmero n

Se identiKica el electrn que se desea analizar Se determina en que nivel de energa est.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Xenn

Zinc

Azufre

Asignacin del nmero (l)

Se determina qu electrn se va analizar? Se observa el tipo de orbital

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10

1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Xenn

Zinc

Azufre

Asignacin del nmero (m)

Se determina qu electrn se va analizar? Se traza la conKiguracin vectorial para ese orbital Se determina en que orientacin del suborbital se encuentra

Xenn 5px 5py 5pz Configuracin

vectorial

Asignacin del nmero (s) 56

Se determina qu electrn se va analizar? Se traza la conKiguracin vectorial para ese orbital Se determina si el electrn gira hacia arriba o hacia abajo

Ejemplo

1.Fe 2. Al3+ 3. S

4. Zn2+ 5. P 6. Cl3+

Determine el juego de nmeros cunticos para el ltimo electrn de los siguientes tomos