Estructura atómica y enlaces interatómicos, Apuntes de Ciencia y Tecnología de Materiales
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Estructura atómica y enlaces interatómicos, Apuntes de Ciencia y Tecnología de Materiales

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Asignatura: Ciència i Tecnologia dels Materials, Profesor: Santiago Arias (CTM), Carrera: Enginyeria de Sistemes Aeroespacials, Universidad: UPC
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Microsoft PowerPoint - tema1 07-08

03/03/2008 Estructura atómica y enlaces interatómicos

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ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACES INTERATÓMICOS

• ESTRUCTURA ATÓMICA – Conceptos fundamentales. – Electrones en átomos (estructura subatómica).

• Modelos atómicos. – Bohr – Mecánica Ondulatoria

• Números cuánticos. – Estados energéticos – Niveles y subniveles

• Configuraciones electrónicas Tabla periódica.

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• ENLACES ATÓMICOS EN LOS SÓLIDOS – Fuerzas y energías de enlace.

• Atractivas . • Repulsivas.

– Enlaces interatómicos primarios. • Iónico • Covalente • Metálico

– Enlace secundario o de Van der Waals • Dipolo inducido fluctuante • Dipolo inducido – molécula polar • Dipolos permanentes

ESTRUCTURA ATÓMICA Y ENLACES INTERATÓMICOS

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CONCEPTOS FUNDAMENTALES

ÁTOMO

Núcleo: p+n (quarks, gluones,…)

electrones

|qe| = qp =1,6 · 10-19 C

mp=mn = 1,67 · 10-27 Kg

me = 9,11 · 10 –31 Kg

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS

• MODELOS ATÓMICOS – BOHR – MECÁNICA ONDULATORIA

• NÚMEROS CUÁNTICOS

• CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELOS ATÓMICOS

S.XIX AL XX : MECÁNICA CLÁSICA NO APTA A NIVEL ATÓMICO Y SUBATÓMICO

DESARROLLO DE NUEVOS PRINCIPIOS Y LEYES (MECÁNICA CUÁNTICA)

MODELO ATÓMICO DE BOHR MECÁNICA ONDULATORIA

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELO ATÓMICO DE BOHR

Electrón orbital

-Los e- giran alrededor del núcleo en orbitales discretos.

-Posición del e- definido en términos de su orbitales.

-Energía de los e- cuantizada: solo ciertos valores son posibles.

Núcleo

-Cambio de energía de un e- : Salto cuántico · a niveles superiores (absorción E) · a niveles inferiores (emisión E)

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELO ATÓMICO DE BOHR

• Energía cuantizada niveles estados energéticos contiguos separados por valores finitos E.

• Átomo de H de Bohr : estados de E permitidos 0 eV electrón libre (referencia)

n=3 -1,5

n=2 -3,4

n=1 -13,6 e- del átomo deH

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELO ATÓMICO DE BOHR

• CONCLUSIONES MODELO ATÓMICO BOHR

– Primer intento de descripción de los e- de un átomo en términos de:

• Posición (orbitales electrónicos)

• Energía (niveles de energía cuantizados)

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•MODELO ATOMICO DE LA MECÁNICA ONDULATORIA -Modelo de Bohr no explica toda la fenomenología. -Mecánica ondulatoria. Dualidad onda-corpúsculo. -e- partícula

onda movimiento del e- descrito mediante los principios que rigen el movimiento de las ondas.

Bohr Mecánica Ondulatoria e-: partículas en orbitales posición del e- viene dada por la

discretos. probabilidad de encontrarlo en una zona alrededor del núcleo.

Posición: distribución de probabilidades o nube electrónica.

LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELO MECANICA ONDULATORIA

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS MODELO MECANICA ONDULATORIA

ATOMO DE H:

Probabilidad

Núcleo electrón

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(I)

NÚMEROS CUÁNTICOS

Mecánica Ondulatoria Cada e- de un átomo se caracteriza por 4 parámetros llamados números cuánticos.

1.) Determinan para la densidad de probabilidades de un e-

• TAMAÑO • FORMA • ORIENTACIÓN ESPACIAL

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(II)

n número cuántico principal.

Determina los niveles

n = 1 K Único número cuántico 2 L asociado al átomo de 3 M Bohr. 4 N

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(III)

l Segundo número cuántico Indica el subnivel : s, p , d o f.

número de subniveles marcado por n. n=1 s n=2 s n=4 s

p p n=3 s d

p f d

3d 0 eV 3p n=3 -1,5 3s -3,4 2p

n=2 2s 1s n=1 -13,6

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(IV)

ml tercer número cuántico Determina el número de estados energéticos para cada subnivel.

NOTA: Estados electrónicos : valores de E permitidos para los e-

Subnivel l Número estados ml s 1 p 3 d 5 f 7

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(V)

ms cuarto número cuántico.

Cada e- tiene asociado un momento de spin

hacia arriba ms=+1/2. orientación de spin

hacia abajo ms=-1/2.

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(VI)

Cuadro resumen de nº cuánticos I Niveles y subniveles, número de electrones

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS FORMA DE LOS ORBITALES: s, p

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS FORMA DE LOS ORBITALES: d

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS FORMA DE LOS ORBITALES: f

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS (VII)

• Número cuántico n menor nivel energético más bajo E1s < E2s < E3s ...

• En cada nivel la energía de los subniveles aumenta con l : E3d > E3p > E3s

• Valor de E correspondientes a un estado de un nivel pueden solaparse a los valores correspondientes a estados de los niveles adyacentes. Se da especialmente en los estados d y f:

E3d > E4S

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LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS NÚMEROS CUÁNTICOS(VIII)

Cuadro resumen de nº cuánticos II Diagrama de niveles y subniveles de energía

n

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CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS (I)

• Configuración electrónica (o estructura) de un átomo: modo como se ocupan sus estados energéticos.

• ¿Cómo se llenan los estados electrónicos?

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI (MEC. CUANT.)

Cada estado electrónico solo puede estar ocupado por 2 e- que deben tener los spines opuestos.

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CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS (II)

• No todos los estados posibles de un átomo están llenos de e-.

• En general los e- llenan los estados de menos E de los niveles y subniveles electrónicos (2e- con spines opuestos por estado).

Estado fundamental todos los e- ocupan las E más bajas.

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CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS (IV)

• Electrones de valencia (no confundir con las valencias): - Ocupan el nivel energético (n) más externo. - Participan en el enlace entre átomos.

- Determinan propiedades físicas y químicas de los sólidos: si aplicamos el análisis anterior a un elemento (si conocemos su configuración electrónica) podremos predecir su comportamiento.

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