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Víctor Osorio L.
Estructuras atómicas y enlaces
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Víctor Osorio L.
Átomo son unidades básicas de todos los materiales de la ingeniería.
Constan de un núcleo y electrones
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Modelo común de átomo sencillo consta de un pequeño núcleo de alrededor de 10(-14) m de diámetro, rodeado de una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable de tal modo que su diámetro es de aproximadamente 10(-10) m.
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El núcleo contiene protones y neutrones .Masa (g):
protón 1,673*10(-24) neutrón 1,675*10(-24) electrón 9,109*10(-28)
Carga unitaria (culombios):protón +1,602*10(-19)neutrón no tiene cargaelectrón -1,602*10(-19)
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Los electrones mas externos son responsables de la mayoría de las propiedades eléctricas, mecánicas , químicas y termias de los átomos.
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Víctor Osorio L.
Masa y carga unitaria de los protones, neutrones y electrones.
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Número atómico: indica el número de protones que están en su núcleo.Cada elemento tiene su propio número atómico característico de tal manera que define el elemento.
Masa atómica : es la masa en gramos 6,023*10(23) átomos (número de Avogadro).
mol-gramo (mol): es el número en gramos de ese elemento igual al número que expresa su masa atómica relativa molar.
Ej.: un mol-gramo de aluminio tiene una masa de 26,89 g y contiene
6,023*10(23) átomos.
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Víctor Osorio L.
Estructura electrónica de los átomos
Átomo de hidrógeno para el electrón solo se permite ciertasórbitas definidas (niveles energéticos) ; al excitarse a unaorbita superior absorbe una cantidad discreta de energía, siel electrón cae a una orbita mas baja emite una cantidaddiscreta de energía.
ΔE = h* h: cte. de Planck: frecuencia del fotón
C = λ * C: velocidad de la luzλ: longitud de onda de la luz
h*
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Teoría atómica moderna: ecuación de Bohrdonde n es el número cuántico principal.
Diagrama de niveles energético para el espectro de las líneas del hidrogeno
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Números cuánticos:
número cuántico principal n: representa los niveles deenergía principales para el electrón , es alta la probabilidad deencontrar a un electrón. (a mayor valor de n el electrón esta masalejado del núcleo, mayor es su energía)
número cuántico secundario l: especifica los subniveles deenergía dentro de los limites de los niveles principales, es alta laprobabilidad de encontrar el electrón si ese nivel energético estaocupado. (subnivel s, p, d y f)
Víctor Osorio L.
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número cuántico magnético ml : representa la orientación espacialde un orbital atómico, contribuye poco a la energía del electrón,depende del valor de l en un orbital particular y los valorespermitidos son de + l a - l incluyendo el cero.
número cuántico de spin ms expresa las dos direcciones de spinpermitidas para el giro del electrón en torno a su propio eje. Lasdirecciones son en sentido horario y anti horario y sus valorespermitidos son +1/2 y -1/2.Dos electrones pueden ocupar el mismo orbital pero deben tenerspines opuestos.
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Tamaño atómico:
se considerara cada átomo como unaesfera de radio definido. Se sabe que el radio dela esfera no es constante, depende de algunaextensión externa.A medida que a un elemento se le añaden nivelessucesivos con incremento del número cuánticoprincipal, el tamaño del átomo crece.
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Configuración electrónica de los elementos
representa la distribución de los electrones en orbitales.
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Orden correcto de disponer los orbitales
Máximo de
electrones por cada
nivel atómico
principal.
98
72
50
32
18
8
2
Orbitales electrones
s 2
p 6
d 10
f 14
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Estructura electrónica y reactividad química
las propiedades químicas de los átomos de loselementos depende de la reactividad de los electrones másexternos.
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Gases nobles
las capas exteriores de los gases nobles tiene unaconfiguración s2p6 para la capa más externa, dándole una altaestabilidad química siendo muy estables y menos reactivosquímicamente que el resto de los elementos. Esto se demuestraen la incapacidad de reaccionar con otros elementos.
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Elementos electropositivosson metálicos por naturaleza y ceden electrones en
las reacciones químicas para producir iones positivos ocationes. El número de electrones cedido por un átomoelectropositivo en una reacción es indicado por el número deoxidación positivo.
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Elementos electronegativosson no metálicos en esencia y aceptan electrones en las
reacciones químicas para producir iones negativos o aniones. Elnúmero de electrones aceptado por un átomo electronegativo enuna reacción es indicado por el número de oxidación negativo.
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Electronegatividad : es la capacidad de un átomo para atraer electronos hacia sí.
Este concepto ayuda a entender el comportamiento de los enlaces entre los elementos.
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Metales No metales
Electrones en niveles externos (3 o 4)
Cuatro o más electrones en los niveles externos.
Forman cationes por perdida de electrones.
Forman aniones por ganancia de electrones.
Baja electronegatividad Alta electronegatividad
Relación entre estructuras y propiedades químicas.
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Tipos de enlaces atómicos y moleculares:
Enlaces atómicos primarios
Enlaces atómicos secundarios y moleculares.
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Enlaces atómicos primariosintervienen grandes fuerzas interatómicas, se subdividen
en:
Enlaces iónicos
Enlace covalente
Enlaces metálicos
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Enlaces iónicoslas fuerzas interatómicas se generan por la transferencia de
un electrón de un átomo a otro, produciendo iones que semantienen unidos por las fuerzas culombianas (atracción de ionescargados positiva y negativamente). Este enlace es no direccional yrelativamente fuerte.
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Enlaces covalentelas fuerzas interatómicas relativamente grandes generadas
por compartir electrones para formar un enlace con una direcciónlocalizada.
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Enlaces metálicosfuerzas interatómicas relativamente grandes creadas
mediante la compartición de electrones des localizados paraformar un enlace fuerte no direccional.
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Enlaces atómicos secundarios y moleculares
Enlaces de dipolo permanente
Enlace de dipolo oscilante
Un dipolo en una molécula existe debido a la asimetría en la distribución de su densidad electrónica.
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Enlace de dipolo permanente
son enlaces intermoleculares relativamente débiles que seforman entre moléculas que poseen dipolos permanente.
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Enlace de dipolo oscilante
se forman por átomos con distribución asimétrica de densidades electrónicas en torno a sus núcleos, son muy débiles.
Su nombre se debe a que la densidad electrónica esta continuamente cambiando con el tiempo.