domingo, 30 de septiembre de 2012
martes, 25 de septiembre de 2012
resumen general
INSTITUTO TECNOLOGICO DE REYNOSA
Electromecánica
Temas: teoría cuántica y estructura atómica
Elementos químicos y su clasificación
Integrantes:
Luis enrique Hernández
chagües
Heliodoro Rosas Melgoza
Roberto Camargo Pérez
Virginia Ivett Vázquez
Díaz
Anivar Ivan Ureña Morales
Anivar Ivan Ureña Morales
1.5.5PRINCIPIOS
DE RADIACTIVIDAD
En 1902, Frederick Soddy propuso la teoría que 'la
radioactividad es el resultado de un cambio natural de un isotopo de elemento
hacia un isotopo de un elemento diferente. Las reacciones nucleares incluyen
cambios en las partículas del núcleo de un átomo y por consiguiente causan un
cambio en el átomo mismo. Todos los elementos más pesados que el bismuto (Bi)
(y algunos más livianos) exhiben una radioactividad natural y por consiguiente
pueden decaer en hacia elementos más livianos. Al contrario que las reacciones
químicas normales que forman moléculas, las reacciones nucleares resultan en la
transmutación de un elemento en un isotopo diferente o en un elemento diferente
(recuerde que el número de protones de un átomo define el elemento, por lo
tanto un cambio de un protón resulta en un cambio de un átomo). Hay tres tipos
comunes de radiación y cambios nucleares:
La Radiación Alpha
Es la emisión de una partícula Alpha del núcleo de un
átomo. Una partícula contiene 2 protones y 2 neutrones (y es similar
a un núcleo He:)Cuando un átomo emite una partícula,
la masa atómica del átomo disminuirá cuatro unidades
(ya que 2 protones y 2 neutrones están perdidos) y el número atómico (z)
disminuirá 2 unidades. Se dice que el elemento se 'transmuta' en otro elemento
que es2 z unidades más pequeño. Un ejemplo de una transmutación
Tiene lugar cuando el uranio decae hacia el elemento
torio (Th) emitiendo una partícula alpha tal como se ven la siguiente ecuación:
23892U42He +23490Th (Nota: en la química nuclear, los símbolos de los elementos
tradicionalmente van precedidos de su peso atómico (arriba a la derecha) y el
número atómico (arriba a la izquierda)).
La Radiación Beta
Es la transmutación de un neutrón (seguido de la
emisión de un electrón del núcleo del átomo Cuando un átomo emite una partícula
La masa del átomo no cambiará (puesto que no hay
cambio en el número total de partículas nucleares), sin embargo el número
atómico aumentará l (porque el neutrón se transmutó
en un protón adicional). Un ejemplo de este descenso del isótopo de carbón
llamado carbón-14 en el elemento nitrógeno es el siguiente: 146C0-1e +147N
La Radiación Gamma
Incluye la emisión de energía electromagnética
(similar a la energía proveniente de la luz) de un núcleo de un átomo. Ninguna
partícula es emitida durante la radiación gamma, y por consiguiente la
radiación gamma no causa en sí misma la transmutación de los átomos. Sin
embargo, la radiación
Es emitida generalmente durante, y simultáneamente, a
la disminución radioactiva
Los rayos, emitidos durante la disminución beta del
cobalto-60, son un ejemplo común de la radiación gamma:
Las Reacciones Nucleares Artificiales.-
Mientras que
los elementos experimentan disminución radioactiva naturalmente, las
reacciones nucleares pueden también ser estimuladas artificialmente. Hay dos
tipos de reacciones nucleares artificiales:
1) La Fisión Nuclear:
Son reacciones en las cuales un núcleo de un átomo se
divide en partes más pequeñas, soltando una gran cantidad de energía en el
proceso. Comúnmente esto ocurre al 'lanzar' un neutrón en el núcleo de un
átomo. La energía del neutrón en forma de 'bala' provoca la división del blanco
en dos (o más) elementos que son menos pesados que el átomo original. La
Reacción de Fisión del Uranio-235
2) La Fusión Nuclear:
Son reacciones en las cuales dos o más elementos se
'fusionan ‘para formar un elemento más grande, soltando energía en este
proceso. Un buen ejemplo es la fusión de dos isótopos de hidrógeno 'pesado'
(deuterio: H2 y tritio: H3) en el elemento helio. Fusión Nuclear de Dos
Isótopos de Hidrógeno Las reacciones de fusión liberan enormes cantidades de
energía y son comúnmente referidas como reacciones termonucleares. A pesar que
mucha gente piensa que el sol una gran bola de fuego, el sol (y todas las
estrellas) son en realidad enormes reactores de fusión. Las estrellas son
esencialmente gigantes bolas de gas de hidrógeno bajo tremenda presión debido a
las fuerzas gravitacionales. Las moléculas de hidrógeno son fusionadas en helio
y elementos más pesados dentro de las estrellas, soltando energía que recibimos
como luz y calor.
1.6 APLICACIONES TECNOLÓGICAS DE LA EMISIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS
Un importante avance
Reciente es el láser, acrónimo en inglés de
“amplificación de la luz
Por emisión estimulada de radiación”. En un láser, cuya sustancia activa
puede ser un
Gas, un líquido o un sólido, se excita un gran número
de átomos hasta un nivel elevado de energía y se hace que liberen dicha energía
simultáneamente, con lo que producen luz coherente en la que todas las ondas
están en fase. Esta coherencia permite generar haces de luz muy intensos y de
longitud de onda muy definida, que se mantienen enfocados o colimados a lo
largo de distancias muy grandes. La luz láser es mucho más intensa que la de
cualquier otra fuente. Un láser continuo puede proporcionar cientos de vatios,
y un láser pulsado puede generar millones de vatios durante periodos muy
cortos. El láser fue desarrollado en las décadas de 1950 y 1960 por el
ingeniero e inventor estadounidense Gordon Gold y los físicos estadounidenses
Charles Hard Townes, T. H. , Arthur
Schawlow y Allí Javan. En la actualidad constituye un instrumento muy potente
para la ciencia y la tecnología, con aplicaciones incomunicación, medicina,
navegación, metalurgia, fusión y corte de materiales.
Física del plasma
Un plasma es cualquier sustancia, generalmente un gas,
cuyos átomos han perdido uno más electrones, por lo que ha quedado ionizada.
Sin embargo, los electrones perdidos se mantienen en el
Volumen del gas, que de forma global permanece
eléctricamente neutro. La ionización se puede producir mediante la introducción
de grandes concentraciones de energía, como el bombardeo con electrones
externos rápidos, mediante irradiación con luz láser o mediante calentamiento a
temperaturas muy altas. Las partículas cargadas individuales que forman el
plasma responden acampos eléctricos y magnéticos, por lo que pueden ser
manipuladas y contenidas. Los plasmas se encuentran en fuentes de luz gaseosas
(como una lámpara de neón), en el espacio interestelar, donde el hidrógeno
residual es ionizado por la radiación, y en las estrellas, cuyas elevadas
temperaturas interiores producen un alto grado deionización, un proceso
estrechamente relacionado con la fusión nuclear que proporciona su energía a
las estrellas.
UNIDAD 2 ELEMENTOS QUÍMICOS Y SU CLASIFICACIÓN
La
tabla periódica es una clasificación de los 109 elementos químicos, de los
cuales los últimos cuatro aún no han sido caracterizados completamente, debido
a que son obtenidos artificialmente y a que tienen un tiempo de vida media muy
corto (menos de dos segundos).
TABLA PERIODICA LARGA
La clasificación de los elementos basada en su
número atómico dio como resultado la tabla periódica moderna, de Alfred
Werner, actualmente conocida como tabla periódica larga. Esta tabla está
integrada por todos los elementos encontrados en la naturaleza, así como los
obtenidos artificialmente (sintéticos) en el laboratorio, y se encuentran
acomodados en función de la estructura electrónica de sus átomos, observándose
un acomodó progresivo de los electrones de Valencia en los niveles de energía
(periodos). Los elementos que presentan configuraciones electrónicas externas
similares, quedan agrupados en columnas verticales llamadas familias o grupos.
Podemos distinguir que en ella se encuentran ubicados también por clases de
elementos, pesados, grupos o familias y bloques.
Cuando los elementos se clasifican de acuerdo a
sus características físicas y químicas, se forman dos grandes grupos: metales
y no metales. Además, existe un tercer conjunto de elementos que se
caracterizan por la indefinición de sus propiedades ubicadas entre los metales
y no metales, llamados metaloides o semimetales.
Metales.
Los metales son reconocidos por sus propiedades
físicas, como el brillo metálico, conductividad eléctrica y térmica, la dureza,
la ductibilidad y la maleabilidad. En los metales del mismo periodo es más
reactivo el que tiene un número menor de electrones en su capa externa
No metales.
Los no metales son elementos
que tienden a ganar electrones para completar su capa externa (capa de
Valencia) con ocho y, así, lograr una configuración estable de gas noble. Son
más reactivos los de menor número atómico, porque en este caso la distancia entre el núcleo y los electrones de su última
orbita es menor y, por lo tanto, la fuerza de atracción del núcleo hacia
los electrones de otros elementos es mayor.
Metaloides
Los
elementos boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb),
telurio (Te) y polonio (Po), que se encuentran abajo y arriba de la Línea en
escalera que divide a los metales de los no metales, se denominan metaloides
porque sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales; por
ejemplo, conducen la corriente eléctrica, pero no al grado de los metales
Berzelius fue el primero en utilizar la
simbología moderna, propuso que a todos los elementos se les diera un símbolo
tomando la primera letra de su nombre. Cuando había dos o más elementos cuyo
nombre comenzaba la misma letra, se añadía una segunda letra del nombre,
en otros casos se utilizaba la raíz latina del elemento. En la escritura de los
símbolos la primera letra siempre es mayúscula y la segunda es minúscula.
2.1.1
TABLA PERIODICA LARGA Y TABLA CUANTICA
Los descubrimientos que establecieron en firme la teoría
atómica de la materia en el primer cuarto del siglo XIX, los científicos
pudieron determinar las masas atómicas relativas de los elementos conocidos
hasta entonces. En 1829 se habían descubierto los elementos suficientes para
que el químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner pudiera observar que había
ciertos elementos que tenían propiedades muy similares y que se presentaban en
tríadas: cloro, bromo y yodo; calcio, estroncio y bario; azufre, selenio y
telurio, y cobalto, manganeso y hierro. Verificó entonces que el peso atómico
del elemento central de la tríada podía ser obtenido, aproximadamente. Físicos alemanes
Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff, hizo posible el descubrimiento
de nuevos de los elementos. Hacia 1860, estos avances dieron un nuevo ímpetu al
intento de descubrir las interrelaciones entre las propiedades de los elementos
y de clasificación. En 1864, el químico
británico John A. R. Newlands intentó clasificar los elementos por orden de
masas atómicas crecientes, observando que después de cada intervalo de siete
reaparecían las mismas propiedades químicas
La tabla
periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos
elementos químicos, conforme a sus propiedades y características. Suele
atribuirse la tabla a Dimitri Mendeleiev, quien ordenó los elementos basándose
en la variación manual de las propiedades químicas, si bien julius lothar Meyer,
trabajando por separado. Las filas horizontales de la tabla periódica son
llamadas períodos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla
periódica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes
pero masas similares: todos los elementos de un período tienen el mismo número
de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su
configuración electrónica. El primer período solo tiene dos miembros: hidrógeno
y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s. La tabla periódica consta de 7
períodos:
Período 1
Período 2
Período 3
Período 4
Período 5
Período 6
Período 7
La tabla también está dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que están
ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lantánidos y actínidos.
Esto depende de la letra en terminación de los elementos de este grupo, según
el principio de Aufbau
Tabla cuántica
es una clasificacion de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades quimicas, como consecuencia y función de la distribución
electrónica obtenida de los valores de números cuánticos. Al igual que en la
tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y
familias. Tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte
izquierda. Esta tabla sirve para deducir los
números cuánticos están clasificados en 4 bloques según la posición de la
electro diferencial y los bloques son: S, D, P y F. Los elementos se encuentran
también en 3 tipos que se indica en la parte inferior de las clases:
El bloque S y P se
le llama elementos representativos y en una tabla periódica será el grupo o
Familia A.
Los bloques
estarán representados por el grupo I y II respectivamente.
Estructura de la Tabla Cuántica.
En esta
tabla sola hay una igualdad sobre la tabla Periódica que hay periodos, pero en
esta tabla existen una serie de subniveles o clases se encuentran en la parte
inferior de la tabla y son S, P, D, F y significan:
La S: circular
La P: 3 ochos
La D: 5 ocho
La F: 7 ochos
Después encontramos otra serie de números cuánticos
que se encuentran en la parte superior de la tabla y son:
La n: principal
La l: secundario
La m: magnético
La s: spin.
Otro renglón que forma la tabla es el número de
electrones que forma el elemento.
2.2PROPIEDADES ATOMICAS Y SU VARIACION PERODICA
Este tema trata sobre las variaciones
periódicas en las propiedades físicas y comportamiento químico de los
elementos.
Carga nuclear
Radio atómico
Radio iónico
Potencial de ionización
Afinidad Electrónica
Electronegatividad
Propiedades atómicas y
variaciones periódicas: carga nuclear efectiva, radio atómico, radio iónico, energía
de ionización, afinidad electrónica, electronegatividad Carga nuclear efectiva.
El concepto de carga nuclear efectiva es muy útil para analizar las propiedades
de los átomos polielectronico. La carga nuclear efectiva esta dad por: Zef=Z-s Donde
Z es la carga nuclear real y sigma se llama constante de apantallamiento. Una
forma de mostrar el apantallamiento de los electrones es analizar el valor de
la energía requerida para quitar un electrón de un átomo polielectronico. Las
mediciones muestran que se requieren 2373kJ de energía para mover el electrón
restante de un mol de átomos de Hey 5248 kJ de energía para remover el electrón
restante de un mol de iones de He+. La razón por la cual se requiere menos
energía en el primer paso es que la repulsión electrón, provoca una reducción
en la atracción del núcleo sobre cada electrón. En el He+ hay presente un solo
electrón, así es que no hay apantallamiento y el
electrón siente el efecto
total de la carga nuclear +2. Por consiguiente, se requiere de mucho más
energía parea quitar el segundo electrón. Tamaño atómico. A lo largo de un
periodo hay un crecimiento hay un decrecimiento pequeño aunque generalizado en el
tamaño del radio atómico. Esto se debe al hecho de que a medida que avanzamos
en el periodo, los elementos están en el mismo nivel de energía o a igual distancia
del núcleo, pero al mismo tiempo la carga nuclear va aumentando de 1 en 1 en
cada elemento. A pesar de esto, hay también un incremento en el número de
electrones, cada electrón es atraído hacia el núcleo, por tanto a mayor carga
nuclear mayor atracción de los electrones hacía el núcleo. Bajando en cualquier
grupo en la tabla periódica se observa un incremento más bien considerable en
el tamaño atómico. Es este caso, a pesar de ocurrir un aumento en la carga
nuclear, Hay también un nivel más de energía de electrones. Puesto que el
tamaño del átomo depende del lugar en donde estén distribuidos los electrones
sobre la parte externa del núcleo este incremento en el número de niveles de
energía causa un incremento en el radio atómico.
2.2.1CARGA NUCLEAR EFECTIVA
Es la
carga positiva experimentada por un electrón en un átomo polielectronico. El término
"efectiva" se usa porque el afecto pantalla de los electrones más
cercanos al núcleo evita que los electrones en orbitales superiores experimenten
la carga nuclear completa. Es posible determinar la fuerza de la carga nuclear
observando el número de oxidación del átomo. Un
átomo con un electrón, experimenta toda la carga del núcleo positivo. En
este caso, puede ser calculada usando la ley de coulomb, Este tipo de átomo está dado por la siguiente
ecuación:
Donde
Z es el
número atómico, y define tanto el número de protones en el núcleo como el total
de electrones de un átomo.
S es la
constante de pantalla, depende del número de electrones entre el núcleo y el
electrón considerado, y también en qué tipo de orbital se encuentran los
electrones que restan carga nuclear .No contribuyen los electrones exteriores
al nivel energético considerado, pero sí el resto de los vecinos del mismo
nivel.
Entonces, para calcular la carga nuclear efectiva,
primero, situamos los electrones del átomo en sus orbitales atómicos, luego
para el cálculo sobre un electrón determinado, debemos calcular s y para
ello tomamos en consideración los electrones que se encuentran en
niveles de energía inferiores o iguales, que son los que causan
apantallamiento del mismo, como indica la tabla de arriba, según las reglas de
Slater.
1s22s22p63s23p63d64s2
La constante de apantallamiento, y en
consecuencia la carga nuclear efectiva, para cada electrón se deduce de:1
AFINIDAD ELECTRÓNICA
La afinidad electrónica es la energía que se absorbe o se
libera cuando un átomo acepta un electrón y se convierte en un anión. Esta
energía tiene valores positivos, cuando la energía es absorbida, o negativos
cuando es liberada. Depende de la carga nuclear efectiva, ya que la variación del efecto de pantalla se
desprecia. A mayor carga nuclear mayor carga nuclear efectiva y mayor afinidad
electrónica.
ELECTRONEGATIVIDAD
La electronegatividad es la fuerza con la que el núcleo
de un átomo atrae al par de electrones de un enlace covalente.
Para elementos de un mismo periodo la electronegatividad
depende de la carga nuclear efectiva, la cual depende principalmente de la
carga nuclear ya que la variación del efecto de pantalla se desprecia. A mayor
carga nuclear mayor carga nuclear efectiva y mayor electronegatividad.
2.2.2
RADIO ATOMICO, RADIO COVALENTE, RADIO IONICO
radio atomico Está definido como mitad de la distancia entre dos números núcleos de dos átomos adyacente. Diferentes propiedades físicas, densidad, punto de fusión y ebullición. Están relacionados con el tamaño de los átomos. caracterizan por la fuente de atracción entre el núcleo sobre los electrones. Cuanta mayor carga nuclear efectiva, los electrones estarán fuertemente enlazado al núcleo y menor será el radio atómico, disminuye constantemente debido a que aumenta la carga nuclear efectiva. A medida que desciende en un grupo el radio aumenta según aumenta el número atómico
radio atomico Está definido como mitad de la distancia entre dos números núcleos de dos átomos adyacente. Diferentes propiedades físicas, densidad, punto de fusión y ebullición. Están relacionados con el tamaño de los átomos. caracterizan por la fuente de atracción entre el núcleo sobre los electrones. Cuanta mayor carga nuclear efectiva, los electrones estarán fuertemente enlazado al núcleo y menor será el radio atómico, disminuye constantemente debido a que aumenta la carga nuclear efectiva. A medida que desciende en un grupo el radio aumenta según aumenta el número atómico
Radio iónico: Es el radio que tiene un
átomo cuando ha perdido o ganado electrones, adquiriendo la estructura
electrónica del gas noble más cercano.
Variación periódica.
Los
iones positivos sencillos son más pequeños que los átomos que derivan y, al
aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.
Los iones sencillos cargados
negativamente son mayores que los átomos que derivan. El tamaño aumenta con
negativa. En general, aumentan al descender por un grupo y disminuye a lo largo
de un periodo. Los cationes son menores que los respectivos átomos. Ejemplo: todos los elementos del grupo
1(alcalinos)tienen una configuración electrónica del tipo n s 1, lo más fácil
que pierdan ese electrón del orbital, nivel superior, débilmente atraído por el
núcleo. Dentro de un grupo, las diferencias entre lo radios atómicos e iónicos
son muy parecidos.
Radio covalente: es
la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos iguales que están unidos mediante
un enlace simple, en una molécula neutra. Esta definición no presenta problemas
para moléculas cl2, los átomos holagenos y casos como hidrogeno, silico, carbono
( en forma de diamante)azufre, germanio, estaño. Sin embargo para el O2 es menos claras ya que el enlace oxigeno es
doble.
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