atomos, Apuntes de Ciencias Naturales. Universidad de Sevilla (US)
belen-martin-padilla
belen-martin-padilla

atomos, Apuntes de Ciencias Naturales. Universidad de Sevilla (US)

9 páginas
2Número de descargas
7Número de visitas
100%de 1 votosNúmero de votos
Descripción
Asignatura: fundamentos de las ciencias naturales, Profesor: , Carrera: Administración y Dirección de Empresas, Universidad: US
20 Puntos
Puntos necesarios para descargar
este documento
Descarga el documento
Vista previa3 páginas / 9
Esta solo es una vista previa
3 páginas mostradas de 9 páginas totales
Descarga el documento
Esta solo es una vista previa
3 páginas mostradas de 9 páginas totales
Descarga el documento
Esta solo es una vista previa
3 páginas mostradas de 9 páginas totales
Descarga el documento
Esta solo es una vista previa
3 páginas mostradas de 9 páginas totales
Descarga el documento

EL ÁTOMO CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Los verdaderos "átomos" (ampliación)

Actualmente sabemos que ni los protones ni los neutrones son partículas elementales, ya que en su interior

existen estructuras más pequeñas llamadas quarks.

El esquema actualmente aceptado por la mayoría de los físicos (el llamado Modelo Estandar) sostiene que

existen doce partículas elementales (además de sus correspondientes antipartículas, idénticas a ellas, pero

con carga contraria) las cuales podríamos decir que son los verdaderos átomos, y que pueden ser agrupadas

según el esquema que puede verse a continuación:

En resumen sólo existen tres tipos de partículas elementales (los verdaderos "atomos"): electrones, neutrinos

y quarks, que podemos agrupar en tres familias distintas (señaladas en la figura con rectángulos de puntos).La materia que nos rodea está formada exclusivamente por partículas de la primera familia: electrones, neutrinos

(electrónicos) y quarks u y d.

Las partículas de las otras dos familias son idénticas a las de la primera excepto en la masa que es bastante

superior. Todas ellas son muy inestables.

Los protones y neutrones son, según este modelo, partículas formadas por la combinación de tres quarks.

Un protón está formado por dos quarks up y uno down (uud) y un neutrón por la combinación de un quark up y dos down (udd). De ahí que la carga eléctrica del protón sea: 2/3+2/3 - 1/3 = +1, mientras que la del neutrón:

2/3-1/3-1/3 = 0. Además el quark u es el más ligero de todos los quarks, mientras que el quark d es un poco

más pesado. Esto puede explicar la estabilidad del protón frente a la del neutrón. En este último caso existe la

posibilidad de que un quark d se convierta en un quark u (más ligero), mientras que la transformación inversa

requiere aporte de energía y es, por tanto, menos frecuente.

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

Además de los quarks existen sus correspondientes antipartículas, antiquarks, idénticas pero con la carga

invertida (se representan con un barra horizontal sobre la letra correspondiente al sabor del quark) . Las

partículas formadas por la combinación de un quark y un antiquark reciben el nombre de mesones.

Tenemos, por tanto, dos clases de partículas formadas por quarks: aquellas que como el protón o el neutrón

están formadas por la combinación de tres quarks, y a las que se les denomina de manera genérica bariones,

y las formadas por la combinación quark-antiquark que reciben el nombre de mesones.

Los bariones y los mesones, como los quarks, son sensibles a la interacción fuerte y se les da el nombre

genérico de hadrones.

A los electrones, muones y tauones, y a sus correspondientes neutrinos, se les da el nombre genérico de

leptones por ser los más ligeros de cada familia.

Notas

La existencia de carga eléctrica en las partículas da lugar a una fuerza entre ellas, la fuerza electrostática. Esta

fuerza, según la ley de Coulomb, es intensa si se encuentran próximas y decae rápidamente cuando se alejan.

Es la fuerza que mantiene ligados los electrones a los núcleos.

De una manera análoga, y según la cromodinámica cuántica, la fuerza fuerte se manifiesta entre partículas

que tengan lo que se denomina "carga de color". Existen tres cargas de color distintas: rojo, azul y verde.

La fuerza fuerte se hace muy débil a distancias cortas, mientras que crece rápidamente cuando dos

partículas con carga de color (dos quarks) se alejan. Esto hace que los quarks se comporten como

partículas libres cuando se encuentran muy cerca (se calcula que el diámetro de un protón es del orden de 10 -15 m, y el de un quark 10 -19 m), pero si tratamos de separarlos la fuerza entre ambos crece exponencialmente

(libertad asintótica), haciendo imposible la separación. De ahí que no se conozcan quarks libres, sólo

agregados de éstos en parejas o tríos.

EL ÁTOMO . Formación de iones

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

EL ÁTOMO . Esctructura de la corteza

Como no todos los valores de energía son posibles, los números cuánticos deberán tener sólo ciertos valores:

El número cuántico principal puede tomar valores enteros: n = 1, 2, 3, 4, 5.....

El número cuántico secundario puede tomar valores desde 0 hasta n -1 : l = 0... n-1

El número cuántico magnético toma valores desde - l a +l, incluyendo el valor cero: - l ... 0 ... +l

El número cuántico de spín sólo puede tomar dos valores - 1/2 y + 1/2

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

A la hora de ir llenando con electrones los distintos estados de energía disponibles hay que tener en cuenta el llamado Principio de Exclusión de Pauli: “No pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales”.

Para n = 1 (primera órbita), l sólo puede tomar un valor: l = 1 - 1 = 0. En consecuencia ml = 0 y s = +1/2 y -1/2. Luego para la primera órbita existen dos posibles valores de energía para el electrón:

Energía n l ml s E(1,0,0,1/2) 1 0 0 +1/2 E(1,0,0,-1/2) -1/2

Para n =2 (segunda órbita), l puede tomar valores desde cero hasta l = 2-1 =1. Por tanto, dos valores: l =0, 1.

• Para l =0, y según lo visto más arriba, existen dos posibles valores de energía:

Energía n l ml s E(2,0,0,1/2) 2 0 0 +1/2 E(2,0,0,-1/2) -1/2

• Para l =1, ml puede tomar tres valores: -1, 0, 1, y teniendo en cuenta los dos valores posibles para el número cuántico de spín, tendremos un total de seis estados de energía distintos:

Energía n l ml s E(2,1,-1,1/2) 2 1 -1 +1/2 E(2,1,-1,-1/2) -1/2 E(2,1, 0, 1/2) 0 +1/2 E(2,1, 0, -1/2) -1/2 E(2,1, 1, 1/2) 1 +1/2 E(2,1, 1, -1/2) -1/2

Para n =3 (tercera órbita), l puede tomar valores desde cero hasta l = 3-1= 2. Por tanto, tres valores: l =0, 1 y 2

• Para l =0 y l = 1 ya se ha visto que son posibles dos y seis estados de energía. Para l = 2, m l puede tomar cinco valores: -2, - 1, 0, +1, +2, y teniendo en cuenta los dos valores posibles para el número cuántico de spín, tendremos un total de diez estados de energía distintos.

Para n =4 (cuarta órbita), l puede tomar valores desde cero hasta l = 4-1= 3. Cuatro valores: l = 0, 1, 2 y 3

• Para l = 3 ml puede tomar siete valores: -3, -2, - 1, 0, +1, +2, +3, y teniendo en cuenta los dos valores posibles para el número cuántico de spín, tendremos un total de catorce estados de energía distintos.

Por razones históricas a los estados de energía correspondientes a los distintos valores del número cuántico secundario, l, se les denomina con las letras s, p, d y f y según lo visto se concluye que en un estado “s” puede haber como máximo dos electrones, seis en uno “p”, diez en un “d” y catorce en un “f”:

l Letra Max. e 0 s 2 1 p 6 2 d 10 3 f 14

Una vez que conocemos los distintos niveles de energía en los que pueden situarse los electrones el siguiente paso será calcular su energía y ordenarlos según un orden creciente. Cuando se trata de hacer eso se comprueba que en condiciones normales (ausencia de campos magnéticos) los valores de energía dependen únicamente de los valores de los números cuánticos n y l. Es decir, aquellos estados de energía que difieren en el valor de ml tienen la misma energía (se dice que son degenerados). De esta manera para l=1 hay tres estados con idéntica energía, cinco para l=2 y siete para l=3.

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

Ejemplo de estados degenerados (con la misma energía) para l =1 (estados p). Los tres tienen igual n e igual l. Difieren únicamente en el valor de ml

Energía n l ml E(2,1,-1) 2 1 -1 E(2,1, 0) 0 E(2,1, 1) 1

Para recordar el orden de energía (de menor a mayor) se recurre al llamado diagrama de Möeller:

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p

Orden de energía creciente: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p,7s, 5f, 6d, 7p...

Se puede observar que a partir de la tercera capa estados con un valor de n superior (por ejemplo el 4s) tienen menos energía que otros con un valor de n inferior (por ejemplo el 3d)

Con todos estos datos la configuración electrónica de un átomo (esto es, la distribución de sus electrones entre los estados de energía posibles) se obtiene siguiendo las siguientes normas:

Ejemplos S Z = 16 1s2 2s2 p6 3s2 p4 Ar Z = 18 1s2 2s2 p6 3s2 p6 Ti Z = 22 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d2 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d24s2 Ga Z = 31 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p1 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 p1 Br Z = 35 1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p5 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 p5

Si queremos afinar un poco más en la configuración electrónica deberemos usar el Principio de Máxima Multiplicidad o Regla de Hund que establece que a la hora de ocupar estados de energía degenerados (por ejemplo los tres estados"p") los electrones tienden a situarse en ellos de forma tal que su spín sea el mismo.

Apliquemos esto para el átomo de nitrógeno (Z=7). Representaremos los estados posibles por cuadrados y el valor del spín por una flecha que apunta hacia arriba cuando el spín valga +1/2 y hacia abajo cuando valga -1/2

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

Sabemos que la configuración ns2p6 (configuración de gas noble) en la última capa es especialmente estable.

Aunque la estabilidad es considerablemente menor que la correspondiente a la estructura de gas noble, también presentan una estabilidad considerable las estructuras que se corresponden con los niveles p o d llenos o semillenos. Para alcanzarlas algunos elementos pueden promocionar electrones desde niveles de energía inferior a niveles superiores. Este efecto ser observa, sobre todo, entre los metales de transición, en los cuales los niveles (n-1)d y ns están muy próximos energéticamente.

Ejemplos:

Cr = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d4 4s2 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d54s1

Cu = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d9 4s2 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d104s1

Este efecto es muy importante en la química del carbono el cual, a pesar de tener la estructura 1s2 2s2 p2, presenta la configuración 1s2 2s1 p3 en la mayoría de sus combinaciones. La energía empleada en promocionar un electrón desde un nivel 2s al 2p se compensa con creces al formar cuatro enlaces en vez de dos.

EL ÁTOMO . Masa de los átomos

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

F y Q 1º Bachillerato. IES La Magdalena. Avilés. Asturias Átomo. Conceptos fundamentales

PAGE 1

No hay comentarios
Esta solo es una vista previa
3 páginas mostradas de 9 páginas totales
Descarga el documento