CLASE 4 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Configuración electrónica: distribución de los electrones en los  diferentes orbitales en las capas principales y subcapas..

Reglas y Principios de la Configuración Electrónica de los átomos:



Principio de Exclusión de Pauli: dos electrones de un átomo no  pueden tener los 4 números cuánticos iguales.
Número Cuántico Principal (n):
Puede tener valores enteros positivos de 1, 2, 3, etc. Al aumentar n, el orbital se hace más grande, y el electrón pasa más tiempo lejos del núcleo. Un aumento en n también implica que el electrón tiene mayor energía, y por tanto, está unido menos firmemente al núcleo. Por tanto, el valor de n define la energía de un orbital.
Todos los orbitales con el mismo valor de n se encuentran en la  misma capa electrónica principal o nivel principal.
n = 1 → primera capa;  n = 2 → segunda capa, …
Para calcular la cantidad de electrones de un nivel energético se utiliza la fórmula 2*n^2.

Número Cuántico azimutal o secundario (ℓ):
Número cuántico azimutal, o angular ℓ, define la forma del orbital. Todos los orbitales con el mismo valor de  ℓ  se encuentran en la  misma subcapa o subnivel
Para cierto valor de n, ℓ tiene todos los valores enteros posibles desde 0 hasta (n – 1):
n = 1 → ℓ = n – 1 = 1 – 1 = 0.
n = 2→ ℓ puede tener dos valores: 0 y 1.
n = 3→ ℓ puede tener tres valores: 0, 1 y 2.
El valor de ℓ generalmente se designa con las letras s, p, d y f, que corresponden a valores de l de 0, 1, 2 y 3, respectivamente:

ℓ = 0 → orbital s

ℓ = 1 → orbital p

ℓ = 2 → orbital d

ℓ = 3 → orbital f

Para calcular la cantidad de electrones de un sub-nivel energético se utiliza la formula (2*ℓ+1)

Número Cuántico Magnético ( mℓ):

Puede tener valores enteros entre  ℓ y - ℓ, lo que incluye cero. Este número cuántico describe la orientación del orbital en el espacio.

Dentro de un subnivel, el valor de mℓ depende del valor que tenga el número cuántico del momento angular, ℓ. Para cierto valor de ℓ existen (2ℓ + 1) valores enteros de mℓ.

Si ℓ = 0, entonces mℓ = 0. Si ℓ = 1, entonces existen [(2 × 1) + 1], o tres valores de mℓ: –1, 0 y 1.     Si ℓ = 2, hay [(2 × 2) + 1], o cinco valores de mℓ :  –2, –1, 0, 1 y 2. 

Número Cuántico Espín del Electrón (ms):

Los experimentos realizados con los espectros de emisión de los átomos de sodio e hidrógeno indicaban que las líneas del espectro de emisión se podían separar aplicando un campo magnético externo. Los físicos sólo pudieron explicar estos resultados suponiendo que los electrones se comportan como pequeños imanes. Si nos imaginamos que los electrones giran sobre su propio eje, es factible explicar sus propiedades magnéticas.

Según la teoría electromagnética, cuando gira una carga se genera un campo magnético, y este movimiento es el responsable de que el electrón se comporte como un imán. 

Para tomar en cuenta el espín del electrón es preciso añadir un cuarto número cuántico, conocido como número cuántico de espín del electrón (ms), que toma valores de +½ y - ½ .

Regla de Hund: cuando hay orbitales degenerados, los  electrones ocupan en primer lugar estos orbitales de forma  desapareada.

Como el caso del carbono explicado en el vídeo.

Principio de Aufbau: Los electrones entra siempre en los niveles más bajos de energía.

Aufbau (del alemán Aufbauprinzip: principio de construcción)

Regla de Madelung: Cuando dos orbitales tienen el mismo valor para n + ℓ, es más estable el de menor nivel energético n.

Para estas dos últimas reglas se utiliza el diagrama de Moeler

La aplicación del diagrama de Moeler tiene las siguientes excepciones:

Todas etas regles nos permite escribir correctamente la Configuración Electrónica que se lee:

 Ejercicios Propuestos:
1. Haga un listado de los valores n, ℓ, mℓ, para los orbitales del subnivel 4d.
2. ¿Cuál es el número total de orbitales asociados al número cuántico principal n=3?
3. Escriba los cuatros números cuánticos para un electrón situado en un orbital 3p.
4. Escriba las configuraciones electrónicas del cloro, hierro, potasio, hidrógeno, nitrógeno, y azufre, dibuje sus casas cuánticas.

CLASE 3A RESOLVIENDO PROBLEMAS

Siempre que enfrentemos la resolución de un problema tanto en Física como en QUÍMICA, deben leerlo completo y tratar de imaginar lo que ocurre ya se que es difícil sobre todo en los problemas de la química porque son son fenómenos microscópicos o incluso submicroscópicos, y los de la física son mas de lo observable a simple vista en general. Bien una vez que hemos leído y re-leído el problema y conocemos que es lo que nos pide, analizamos los datos o variables que nos brinda el problema, los que están en forma explícita y los que están en forma implícita.

El método científico, se utiliza para que las investigaciones sean corroborables y también sirven para resolver problemas.

Veamos ahora un ejemplo extractado del Libro Raimond Chang 10 ed.
La desaparición de los dinosaurios

Los dinosaurios predominaron en la Tierra durante millones de años y luego desaparecieron repentinamente. a fin de resolver este misterio, los paleontólogos estudiaron fósiles y esqueletos encontrados en las rocas de diversas capas de la corteza terrestre. Sus descubrimientos les permitieron identificar especies que existieron en el planeta durante periodos geológicos específicos. además, revelaron la ausencia de esqueletos de dinosaurios en las rocas formadas inmediatamente después del periodo cretácico, que data de hace 65 millones de años. Por tanto, se supone que los dinosaurios se extinguieron hace 65 millones de años. Entre las muchas hipótesis planteadas para explicar su desaparición, se cuentan alteraciones de la cadena alimentaria y un cambio brusco del clima resultante de erupciones volcánicas violentas. Sin embargo, no se tenían datos convincentes en favor de ninguna hipótesis sino hasta 1977. Fue enton- ces cuando un grupo de paleontólogos que trabajaba en italia obtuvo algunos datos desconcertantes en un sitio cercano a Gubbio. El análisis químico de una capa de arcilla depositada por arriba de sedimentos formados durante el periodo cretácico (y, por tanto, una capa que registra lo ocurrido después de ese periodo) mostró un contenido sorprendentemente alto del elemento iridio (ir), poco común en la corteza terrestre y comparativamente abundante en asteroides. Esa investigación llevó a la hipótesis de que la extinción de los dinosaurios ocurrió como sigue. a fin de explicar la cantidad de iridio encontrada, los científicos plantearon que un gran asteroide, de varios kilómetros de diámetro, impactó la Tierra en la época de la desaparición de los dinosaurios. Dicho impacto debe haber sido tan fuerte que literalmente vaporizó una gran cantidad de rocas, suelo y otros objetos circundantes. El polvo y desechos resultantes flotaron en la atmósfera y bloquearon la luz solar durante meses o quizás años. a falta de luz solar abundante, muchas de las plantas no pudieron crecer, y el registro fósil confirma que, de hecho, muchos tipos de plantas se extinguieron en esa época. De tal suerte, por supuesto que muchos animales herbívoros perecieron y, a su vez, los carnívoros sufrieron hambre. La carencia de fuentes de alimento al parecer afectaba a los grandes animales, que necesitaban grandes volúmenes de comida, más rápida y notablemente que a los ani- males más pequeños. así pues, los enormes dinosaurios, de los cuales el más grande habría pesado hasta 30 toneladas, desaparecieron a falta de alimento.
Indicios químicos
1. ¿De qué manera el estudio de la extinción de los dinosaurios ilustra el método científico?
2. Plantee dos maneras en las que podría comprobar la hipótesis de la colisión del asteroide.
3. En su opinión, ¿se justifica referirse a la explicación del asteroide como la teoría de la extinción de los dinosaurios?
4. La información disponible hace pensar que casi 20% de la masa del asteroide se convirtió en polvo y se distribuyó uniformemente sobre la Tierra después de descender de la atmósfera supe- rior. La cantidad de polvo fue de casi 0.02 g/cm2 de la superficie terrestre. Es muy probable que el asteroide haya tenido una densidad cercana a 2 g/cm3. calcule la masa (en kilogramos y en toneladas) del asteroide y su radio en metros, en el supuesto de que era una esfera. (El área de la Tierra es de 5.1 × 10^14 m2; 1 lb = 453.6 g.) (Fuente: Consider a Spherical Cow—A Course in Environmental Problem Solving, de J. Harte, university Science Books, mill Valley, ca 1988. con autorización.)

De esta cuestión la que resolveremos es el punto 4.
Lo primero que debemos hacer es extraer los datos y pasar a una misma unidad:
0.02 g/cm2 x 1cm2/1x10^-4m2=200g/m2
para calcular la masa de esa cantidad de polvo multiplicamos por la superficie o área de la tierra que es de 5,1x10^14m2.
Masa de polvo depositado= 200g/m2 x 5,1x10^14m2= 1,02x10^17g
la masa obtenida es el 20% de la masa total del asteroide por lo tanto por regla de tres simples podemos calcular la masa total:
Masa total=1,02x10^17g x 100%/20%= 5,1x10^17 g
Una vez obtenida la masa total del asteroide, podremos considerar esta información como dato, para hallar el radio del asteroide si suponemos que era esférico.
Como dato tenemos la densidad 2g/Cm3 y la masa recién calculada, por lo tanto de la fórmula de densidad podemos calcular el Volumen que ocupa esa cantidad de masa con esa densidad_
densidad=masa x volumen, por lo tanto V= masa/ densidad.
para poder operar debemos pasar la unidad de densidad a g/m3 por método del factor unitario.
remplazamos los datos: V= 5,1x10^17 g/2x10^6g/m3=2,55x10^11m3
Con el dato del Volumen y Suponiendo que es una esfera, podemos deducir el radio de la fórmula de volumen de un esfera que es V(esfera)=4/3x π x r3.
Despejamos el radio reemplazamos los datos y obtendremos el resultado pedido en el problema.

Como habíamos visto en el post anterior el átomo tiene partículas y sub-partículas cuyas dimensiones se calcularon en:

Para resolver el problema 2.7 debemos tener en cuenta que el diámetro es la distancia que hay de un punto del circulo a otro opuesto pasado por el cetro.

Con estos datos se puede calcular la cantidad de átomos que podrán alinearse uno al lado del otro en 1 cm, por regla de tres simples.

Para resolver el problema 2.8. Multiplicamos el radio del núcleo por 10000 para calcular el radio del Átomo, ese resultado se pasa a millas por método del factor unitario.

CLASE 3 "ÁTOMOS, MOLÉCULAS e IONES"

Teoría Atómica.

Evolución de la teoría atómica:

http://prezi.com/lphgi4zl1ug1/evolucion-del-modelo-atomico/ 

ØEn el siglo v a.C., el filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda la materia estaba formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles que llamó átomos.

En 1808, el científico inglés, profesor John Dalton, formuló una definición precisa de las unidades indivisibles con las que está formada la materia y que llamamos átomos.

Hipótesis de Dalton 

ØLos elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos

ØTodos los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen igual tamaño, masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento son diferentes a los átomos de todos los demás elementos.

ØLos compuestos están formados por átomos de más de un elemento. En cualquier compuesto, la relación del número de átomos entre dos de los elementos presentes siempre es un número entero o una fracción sencilla

Con base en la teoría atómica de Dalton,

 un átomo se define como…

la “unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química”. 

1897 Joseph J.Thomson

Dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones

1911 Ernest Rutherford

El átomo tiene un centro cargado positivamente, muy pequeño y muy denso, al que llamó núcleo atómico, rodeado por nubes de electrones.

1913 Niels Bohr

Definió el modelo de SISTEMA SOLAR, donde en el átomo, cada electrón circula a gran velocidad en una órbita circular bien definida alrededor del núcleo. 

Los átomos contienen partículas más pequeñas denominadas partículas subatómicas.

Estas partículas son los protones (con carga positiva),los electrones (con carga negativa)

 y los neutrones (no poseen carga).

Dado que los átomos son eléctricamente neutros,

el número de protones es igual al número de electrones.

El átomo posee un núcleo, donde se localizan los protones y los neutrones que son las partículas subatómicas de mayor masa. En el núcleo se concentra prácticamente toda la masa del átomo. Los electrones se encuentran en la parte exterior del átomo, rodeando al núcleo, y se mueven en regiones definidas del espacio llamadas orbitales; los electrones son 1838 veces más livianos que los protones.

Número atómico, número de masa 

}El número atómico (Z) es el número de protones en el núcleo del átomo de un elemento, la identidad química de un átomo queda determinada por su número atómico.

}El número de masa (A) es el número total de neutrones y protones presentes en el núcleo de un átomo de un elemento.

A = Nº de protones + Nº de neutrones

A = Z + n

No todos los átomos de un elemento determinado  tienen la misma masa. La mayoría  tiene dos o más isótopos: “átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente número de masa.”

Un alótropo es: “Una de dos o más formas diferentes de un elemento.”

Iones

El núcleo de un átomo no cambia en los procesos químicos ordinarios, pero los átomos pueden adquirir o perder electrones fácilmente, formando Iones.

La pérdida de uno o más electrones a partir de un átomo neutro forma un catión, un ion con carga neta positiva 

Por otra parte, un anión es un ion cuya carga neta es negativa debido a un incremento en el número de electrones

Moléculas

Una molécula es un agregado de, por lo menos, dos átomos en una colocación definida que se mantienen unidos a través de fuerzas químicas (también llamadas enlaces químicos).

                                              (NaCl)
LOS VÍDEOS EXPLICATIVOS SERÁN PUBLICADOS EN BREVE