LA FORMACIÓN DE LOS IONES




Las propiedades periódicas recién estudiadas y sus variaciones en el ordenamiento del Sistema Periódico apuntan a un hecho de singular importancia para el comportamiento químico de los distintos elementos. Esta es la situación de estabilidad, sinónimo de baja energía, de los sistemas electrónicos de los gases nobles. Estos sistemas tienen sus orbitales comprometidos, completos de electrones. La circunstancia que las moléculas de gases nobles son monoatómicas son la prueba de tal estabilidad, es decir, los átomos de los gases nobles no realizan intercambios electrónicos ni para formar iones ni para unirse con otros átomos pues sus configuraciones electrónicas son estables.

Tal concepto es reafirmado y a la vez explica el comportamiento de los átomos de los otros elementos. Estos realizan transferencias electrónicas para formar iones o formar moléculas de tal forma de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano. El tener niveles o subniveles electrónicos completos de electrones caracteriza el comportamiento de intercambio electrónico de los átomos de los distintos elementos.

Es así que los atomos ganan o pierden determinadas cantidades de electrones para completar niveles o subniveles alcanzando ciertas cargas eléctricas o estados de oxidación.
A continuación se señalan los estados de oxidación para átomos de elementos de presencia más corriente en un ordenamiento de grupos que, en parte, recuerda al del Sistema Periódico.

PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS



PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS

La repetición de las configuraciones electrónicas y la consiguiente conformación de un sistema de períodos y grupos es el fenómeno de carácter periódico más relevante. Sin embargo, hay otras propiedades atómicas importantes afectadas de carácter periódico.

El RADIO ATOMICO (R.A.)

Es la distancia entre el núcleo del átomo y el electrón periférico.

El siguiente gráfico muestra elocuentemente la variación periódica del Radio Atómico al avanzar el Número Atómico en los elementos. Se observa que los picks de mayor Radio Atómico corresponde a los metales alcalinos.

EL POTENCIAL DE IONIZACIÓN ( P . I .)

Es
la Energía que se necesita para arrancar el electrón periférico a un átomo neutro. Mientras más cercano al nucleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viciversa. En consecuencia la magnitud de la Energía de Ionización se comporta en forma inversa a la del Radio Atómico.


LA ELECTROAFINIDAD ( E . A .)

Es
la Energía que se libera cuando un átomo libre y neutro capta un electrón .
Mientras más cercano al nucleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viciversa
. En consecuencia la magnitud de la Electroafinidad se comporta en forma inversa a la del Radio Atómico.


LA ELECTRONEGATIVIDAD ( E. N.)

La Electronegatividad es una magnitud que engloba tanto al P.I como a la E.A. y, en consecuencia, es proporcional a ambas. De la misma forma que las magnitudes anteriores se comporta en forma inversa al Radio Atómico

LA ELECTROPOSITIVIDAD ( E . P .)

La Electropositividad es una magnitud de sentido inverso de la E. N.
Mid
e la tendencia a formar iones positivos o bien la capacidad de perder, ceder o repeler electrones.






ORBITAL
ZONA DE ALTA PROBABILIDAD DE ENCONTRAR UNA PARTÍCULA

La Ecuación de Schorodinger se aplica al átomo de Hidrógeno y se resuelve obteniendo expresiones para y y E del tipo trigonométricas. En estas expresiones aparecen los denominados números cuánticos n, l, y m cuyas combinaciones se asocian a zonas de alta probabilidad de encontrar el electrón u orbitales.


LOS NUMEROS CUANTICOS, SU SIGNIFICADO,
SUS VALORES Y REGLAS DE COMBINACIÓN
n = Número cuántico principal.
Se asocia al tamaño y energía de los orbitales. Puede tomar valores infinitos.
Son: 1,2 3,4,..............a (Es el mismo n del átomo de Bohr)

l = Número cuántico secundario
Se asocia al tipo o forma de los orbitales y toma los valores de n.
Son: 0, 1, 2, 3,......... (n-1)
s p d f
Cada uno de los cuatro primeros valores se asocian respectivamente a las letras que se indican.
m = Numero cuántico magnético.
Se asocia con la orientación espacial de los orbitales y toma la cantidad de valores correspondiente a 2l +1
-1, 0, 1

s = Numero cuántico de spín electrónico.
Se asocia al giro del electrón sobre su eje y solo puede tomar 2 valores, +1/2 y -1/2.
GRÁFICOS DE ORBITALES




Los orbitales px , py y pz


Los 5 orbitales d


Los 7 orbitales f

LA ENVOLTURA DE LOS ATOMOS (UNIDAD 3)


A = Amplitud de la onda (La mayor oscilación respecto de la posición de equilibrio)
c = velocidad de propagación de la onda (cm/ seg.)
λ = long. de onda (lambda) desplazamiento del frente de onda en un ciclo (cm)
T = Período (tiempo de un ciclo) (seg)
v = frecuencia (nu) = 1/T seg –1 = ciclos/seg = Hertz
Ecuación fundamental λ = c·T

Un fenómeno asociado a la naturaleza de las ondas es la interferencia. Esto significa que si las ondas se encuentran en una misma fase, se suman sus amplitudes, en cambio si se encuentran desfasadas las amplitudes se anulan y la amplitud resultante podría ser nula.

El fenómeno de la difracción de las ondas es una clara manifestación de la propiedad de interferencia de las ondas. Los ribetes de claridad y oscuridad que acompañan la sombra de los bordes de la hoja de afeitar son consecuencia del fenómeno de la difracción y prueban la naturaleza ondulatoria de la luz.

EL ESPECTRO CONTINUO DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Al incidirlas ondas electromagnéticas sobre un prisma es posible separar las componentes según sus distintas frecuencias.



Algunos experimentos cruciales:
a) El espectro discontinuo de emisión del Hidrógeno



Según Ridberg la frecuencia de las señales está dada por la relación:
n = R H ( 1 / n2 - 1 / m2 ) RH = 109.677 cm –1
n y m enteros
b) El efecto fotoeléctrico



Según a física moderna la energía es de carácter discontinuo y se presenta en forma de pequeños paquetes de energía llamados cuantos, cuantas o fotones. De esta manera la energía de una onda electromagnética esta determinada de forma proporcional a la frecuencia de esta.

ECUACIÓN DE MAX PLANCK
ENERGÍA DE UN FOTÓN = h v
h = Constante de Planck = 6,62 10 -27 erg. seg

EL ATOMO DE HIDROGENO DE BOHR
1) Orbitas circulares
2) Momento angular = m e v r = n h / 2·pi n = 1,2,3........infinito



ESTUDIO DE LOS ATOMOS (unidad 2)

átomos:
partículas llamadas átomos; son estudiados por la química, que surgió en la edad media y que estudia la materia.

Para comprender los átomos, cientos de científicos han anunciado una serie de teorías que nos ayudan a comprender su complejidad. Durante el renacimiento, la química fue evolucionando; a finales del siglo XVIII se descubren los elementos y en el siglo XIX se establecen leyes de la combinación y la clasificación periódica de los elementos y se potencia el estudio de la constitución de los átomos.

EL MODEL ATOMICO DE THOMSON

Joseph John Thomson (1856-1940) fue un físico británico; nació cerca de Manchester, estudio en Owens College y en el Trinity College de la universidad de Cambridge, aquí enseño matemáticas y física, fue profesor de física experimental en el laboratorio de Cavendish y rector de Trinity College. También fue presidente de la sociedad Real y profesor de filosofía natural de la institución regia de Gran Bretaña.

Según su modelo el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones. Esto explicaba que la materia fuese eléctricamente neutra pues en los át
omos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa.

Calculo la relación entre la carga y la masa de los átomos realizando un experimento: hizo pasar un haz de rayos catódicos por un campo eléctrico y por uno magnético; esto llevo a Thomson a suponer que las partículas que formaban los rayos catódicos no eran átomos cargados, sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatomicas a las que llamo electrones.

EL MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD

Ernest Rutherford (1871-1937) nació el 30 de agosto en Nelson, Nueva Zelanda y estudio en la universidad de Nueva Zelanda y en la de Cambridge. Fue profesor de física en la universidad de McGill de Montreal, Canadá, y en la de Manchester en Inglaterra. Se convirtió en director del laboratorio Cavendish en la universidad de Cambridge y mantuvo una cátedra en la institución real de Gran Bretaña en Londres.

Su experiencia consistió en bombardear con partículas alfa una fina lamina de oro, la partícula alfa atravesaban la lamina y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de cinc; resulto que mientras que la mayoría de las partículas la atravesaban sin desviarse o solo desviándose en poco ángulos, este hecho hizo suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban dentro de los átomos ocupando un espacio muy pequeño, esta parte positiva fue llamada núcleo.

Rutherford poseía información sobre la masa, el tamaño y la carga del núcleo , pero no tenia información acerca de la distribución o posición de los electrones.

En su modelo, los electrones se movían alrededor del núcleo; pero observo una contradiccion: el electrón del átomo de Rutherford modificaba su dirección lineal continuamente, ya que seguía una trayectoria circular, por tanto debería emitir radiación electromagnética y esta causaría la disminución de la energía, así que debería describir una trayectoria en espiral hasta caer en el núcleo.

EL MODELO ATOMICO DE BOHR

Niels Bohr (1885-1962) nació en Copenhague el 7 de octubre; era hijo de un profesor de fisiología, y estudio en la universidad de Copenhague donde alcanzo el doctorado en 1911 donde ese mismo año fue a la universidad de Cambridge para estudiar física nuclear con J.J Thomson pero pronto se transladó a la universidad de Manchester para trabajar con E. Rutherford.

Bohr aplico por primera vez una hipótesis a la estructura atómica, todo llevo a formular un nuevo modelo que superaba al modelo atómico de Rutherford.

Se aplicaba de la siguiente manera:

-El electrón tenia ciertos estados definidos estacionarios del movimiento que le eran permitidos, cada uno de estos estados tenia una energía fija y definida.

-Cuando un electrón estaba en uno de esos estados no variaba, pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía.

-En cualquier estado, el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.

-Los estados de movimiento electrónico eran aquellos en los cuales el movimiento angular del electrón era un múltiplo entero de h/2 X 3´14

-Aplicando esta hipótesis se resolvía la dificultad de átomo de Rutherford:

el electrón al girar alrededor del núcleo no iba perdiendo energía, sino que se situaba en uno de los estados estacionarios de movimiento que tenían una energía fija. Un electrón solo perdía o ganaba energía cuando saltaba de un estado a otro.
La energía del electrón en el átomo es negativa porque es menor que la energía de electrón libre.


NOMENCLATURA PARA SISTEMAS ATOMICOS Y SUS MODIFICACIONES.

A Carga
S
Z X (atomicidad)

NÚMERO ATÓMICO = NÚMERO DE PROTONES = Z
NÚMERO MÁSICO = NÚMERO DE PROTONES + NÚMERO DE NEUTRONES = A
CARGA ELECTRICA = NÚMERO DE PROTONES - NÚMERO DE ELECTRONES


Ión: Átomo o grupo de átomos cargados eléctricamente.
Ión Negativo: (Catión) Número de electrones mayor al de protones
Ión Positivo: (Anión) Número de electrones menor al de protones

Isótopos: son átomos de igual Z pero distinto A.
Isóbaros: son átomos de distinto Z pero igual A

1 unidad de masa atómica, 1 (u.m.a.), equivale a 1/12 de la masa del átomo de 12C.

1 unidad de masa atómica prácticamente coincide con la masa de un protón o de un neutrón.
1 (u.m.a.) = 1, 67 . 10 - 24 ( g ).


Modelo Atómico

Las leyes fundamentales recién estudiadas demuestran que las moléculas a su vez están formadas por otras partículas aún más pequeñas. Estas nuevas partículas se denominan átomos y deben poseer las siguientes cualidades:

1.- Los átomos son partículas, que mediante fuerzas denominadas enlace químico, se unen para formar las moléculas.

2.- Cada elemento tiene un átomo característico, es decir, de tamaño y masa determinados. Existen tantos tipos de átomos como de elementos. (Los Elementos son aquellas Sustancias que mediante Símbolos se presentan en el Sistema Periódico)

3.- Si los átomos se presentan solitarios, o bien unidos del mismo tipo, se trata de moléculas de un Elemento. Si los átomos se presentan unidos, de distinto tipo, se trata de molécula de un Compuesto.

4.- Un Cambio Químico es un reordenamiento de átomos

Con esta visión más profunda de los aspectos estructurales de la materia (modelo atómico) se comprenden categorías aún mas finas de los sistemas materiales, esta vez en relación a las Sustancias Puras. Estas se subdividen en compuestos (moléculas constituidas por distintos tipos de átomos) y elementos (moléculas constituidas por un mismo tipo de átomo).

Análisis de Sustancias Puras: corresponde al denominado Análisis Químico.

Análisis Químico Cualitativo Este comprende la separación e identificación de los elementos que forman un compuesto.
Análisis Químico Cuantitativo Este comprende la medición de la cantidad de cada uno de los elementos que forman el compuesto.

El método más importante para separa elementos d su compuesto es la electrolisis.

Nomenclatura Química

Un átomo de un Elemento se representa por su Símbolo

Una molécula de una Sustancia Pura se representa por su Fórmula

El número de átomos del elemento se indica con un subíndice después del Símbolo y se llama Atomicidad.

Un reordenamiento de átomos de un cambio Químico se representa por su Ecuación

El número de partículas idénticas se indica delante de la fórmula con el Coeficiente Estequiométrico

Ley de volúmenes de combinación de gases (Gay Lussac): Los volúmenes de gases de Reaccionantes y Productos, medidos en iguales condiciones de Presión y Temperatura, están en relación de números enteros.

Hipótesis O Principio De Avogadro

En volúmenes iguales, de cualquier gas, medidos en iguales condiciones de P y T existe igual número de moléculas.

La Presión que ejercen las moléculas al chocar con las paredes del recipiente depende:

1) de la magnitud de los Impactos = masa x velocidad

2) del número de Impactos (proporcional al número de moléculas)

Avogadro razona:
Si las temperaturas son iguales, las magnitudes de los impactos son iguales (m v = m’v’, la molécula liviana se mueve rápido y la pesada se mueve lento) y si las presiones son iguales, el número de Impactos (número de moléculas) son iguales.

La Hipótesis de Avogadro no sólo explica los experimentos de Gay Lussac y permite conocer la fórmula de las moléculas de gases simples, sino que permite, pesando volúmenes iguales de diferentes gases medidos en iguales condiciones de P y T donde hay igual número de átomos, establecer la primera relación de masas de los diferentes átomos.
Estos pesos permitieron las relaciones de la Ley de las Proporciones Recíprocas, que junto a otras reglas, permitieron conocer la masa relativa de otros átomos como los de elementos metálicos.

Avogadro, cuando presentó su hipótesis en 1811, era un joven desconocido y su aporte no fue reconocido sino hasta el 1858 cuando la fuerza de lo verdadero se impuso. Medio siglo de masiva dependencia intelectual y carencia de espíritu crítico, situación incomprensible e inaceptable entre quienes se supone hacen la Ciencia.

Química

La Química es parte de la Ciencia que estudia la obtención, las propiedades y la transformación de las Sustancias Puras y los sistemas que ellas forman.