Víctor Osorio L.

Estructuras atómicas y enlaces

Víctor Osorio L.

Átomo son unidades básicas de todos los materiales de la ingeniería.

Constan de un núcleo y electrones

Víctor Osorio L.

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.

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.

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)

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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.

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.

Configuración electrónica de los elementos

representa la distribución de los electrones en orbitales.

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

Estructura electrónica y reactividad química

las propiedades químicas de los átomos de loselementos depende de la reactividad de los electrones másexternos.

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.

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.

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.

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.

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.

Tipos de enlaces atómicos y moleculares:

Enlaces atómicos primarios

Enlaces atómicos secundarios y moleculares.

Enlaces atómicos primariosintervienen grandes fuerzas interatómicas, se subdividen

en:

Enlaces iónicos

Enlace covalente

Enlaces metálicos

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.

Enlaces covalentelas fuerzas interatómicas relativamente grandes generadas

por compartir electrones para formar un enlace con una direcciónlocalizada.

Enlaces metálicosfuerzas interatómicas relativamente grandes creadas

mediante la compartición de electrones des localizados paraformar un enlace fuerte no direccional.

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.

Enlace de dipolo permanente

son enlaces intermoleculares relativamente débiles que seforman entre moléculas que poseen dipolos permanente.

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.