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Colegio Andrés Bello
Chiguayante
UNIDAD DE
REFORZAMIENTO
CAPÍTULO 1: ESTRUCTURA
ATÓMICA DE LA MATERIA
Jorge Pacheco R.
Profesor de Biología y Química
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Teoría de los cuatro elementos:
• Unos de los primeros intentos por
explicar la composición de la materia, el
cual postula que la materia estaba
compuesta por cuatro elementos: tierra,
aire, agua y fuego.
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Número Atómico (Z):
• Corresponde al número de protones que
posee un núcleo de un átomo. Cuando
los átomos son neutro el número de
protones coincide con el número de
electrones.
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Tubo de Crookes:
• Tubo de vidrio al vacío. Consta de dos
electrodos cátodo (potencial eléctrico
negativo) y ánodo (potencial eléctrico
positivo).
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Isótopos:
• Átomos perteneciente a un mismo
elemento, es decir, que poseen igual Z
pero distinto A.
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Rayos Catódicos:
• Haz de luz, que se origina en el cátodo
de un tubo de Crookes. Su trayectoria es
desde el cátodo hacia el ánodo
transportando carga negativa. Dichas
cargas negativas fueron bautizadas
como electrones.
DEFINICIÓN DE CONCEPTOS
• Número Másico (A):
• Corresponde al número total de
protones y neutrones que posee el
núcleo de un átomo.
• A=Z+n.
COMPLETACIÓN
Isótopos
14
7
15
7
N
N
Protones
7
7
Neutrones Abundancia
u
7
99,632%
13,95
8
0,368%
0,055
u total
14,005
COMPLETACIÓN
Isótopos
20
10
21
10
22
10
Ne
Ne
Ne
Protones
10
10
10
Neutrones Abundancia
u
10
90,48%
18,096
11
0,27%
0,0567
12
9,25%
2,035
u total
20,19
COMPLETACIÓN
Isótopos
39
19
40
19
41
19
K
K
K
Protones
19
19
19
Neutrones Abundancia
u
20
93,26%
36,37
21
0,012%
0,0048
22
6,73%
2,759
u total
39,13
COMPLETACIÓN
Isótopos
Protio
Deuterio
Tritio
Protones
1
1
1
Neutrones Abundancia
u
0
99,985% 0,99985
1
0,015%
0,0003
2
0%
0
u total
1,00015
COMPLETACIÓN
Isótopos
27
13
115
49
128
52
Z
n°
e-
p+
27
13
14
10
13
115
49
66
49
49
Te2- 128
52
76
54
52
Al3+
In
A
COMPLETACIÓN
Especie
N° de electrones
N° de protones
N° de neutrones
A
7
7
7
B
10
10
7
C
8
9
10
D
8
10
9
E
16
15
14
F
5
7
6
Especies Neutras : A y B.
Especies Negativas: E.
Especies Positivas : C, D, F y G.
G
10
11
12
COMPLETACIÓN
Especie
N° de electrones
N° de protones
N° de neutrones
A
7
7
7
B
10
10
7
C
8
9
10
D
8
10
9
Isótopos
: B y D / A y F.
Isóbaros
: E.
Isótonos
: C y D.
E
16
15
14
F
5
7
6
G
10
11
12
EXPRESAR
• 22 protones, 22 electrones y 26
neutrones:
48
22
Ti
EXPRESAR
• 15 protones, 16 electrones y 20
neutrones:
35
15
P
EXPRESAR
• 19 protones, 18 electrones y 20
neutrones:
39
19
K
Colegio Andrés Bello
Chiguayante
UNIDAD DE REFORZAMIENTO
CAPÍTULO 2: MODELO MECANO
CUÁNTICO Y ESTRUCTURA
MOLECULAR
Jorge Pacheco R.
Profesor de Biología y Química
MODELO MECANO CUÁNTICO
APRENDIZAJES ESPERADOS:
• Definen los números cuánticos y
describen los estados permitidos para un
electrón en el modelo mecánico cuántico.
• Formulan la configuración electrónica de
diversos elementos químicos.
• Distinguen la distribución espacial de las
moléculas a partir de las propiedades
electrónicas de los átomos constituyentes.
PREGUNTAS PREVIAS
¿Cuál fue la principal deficiencia del
modelo atómico de Bohr?
A pesar de los avances del modelo, era
incapaz de explicar el espectro de átomos
multielectrónicos o polielectrónicos (más
de un electrón), lo que hizo suponer a otros
científicos la existencia de estructuras al
interior de los átomos, las que denominaron
subniveles de energía.
PREGUNTAS PREVIAS
¿Cuál fue la principal contribución de
Louis de Broglie al conocimiento de la
estructura interna del átomo?
Postula que, los electrones
poseían un comportamiento
dual de onda y partícula, pues
cualquier partícula que posee
masa y que se mueve a cierta
velocidad, puede comportarse
además como onda.
1892 - 1987
PREGUNTAS PREVIAS
¿Cuál fue la principal contribución de
Werner Heisenberg al conocimiento de la
estructura interna del átomo?
1901 - 1976
Sugiere a partir de un supuesto
matemático, la imposibilidad de
conocer de manera simultánea y
con exactitud la posición, el
momento y la energía de un
electrón. Mientras más exacta sea
la determinación de una variable,
más inexacta será la otra (principio
de incertidumbre).
PREGUNTAS PREVIAS
¿Cuál fue la principal contribución de
Erwin Schrödinger al conocimiento de la
estructura interna del átomo?
Establece una función de onda,
denominada orbital, que describe
probabilísticamente
el
comportamiento de un electrón en
el átomo.
1887 - 1961
MODELO ATÓMICO MECANOCUÁNTICO
VÍDEO
NÚMEROS CUÁNTICOS
• Corresponde a la representación de la
distribución de los electrones alrededor
del núcleo de un átomo.
• Los números cuánticos son:
a) Número cuántico principal (n).
b) Número cuántico secundario (l).
c) Número cuántico magnético (m).
d) Número cuántico spin (s).
NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n)
• Corresponde a los niveles de energía
de un electrón.
• A mayor valor de “n” mayor es la
distancia promedio del electrón
respecto del núcleo.
• Los valores asignados corresponden a
números enteros y comienzan desde
el 1 en adelante: n= 1, 2, 3, etc.
NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l)
• Conocido también como momento angular
o azimutal. Corresponde a la geometría o
forma del orbital.
• Puede tener valores que comienzan desde
0 hasta (n-1) para cada valor de n.
• Ejemplo:
Si n= 1,
l= 0
Si n= 2,
l= 0, 1
Si n= 3,
l= 0, 1, 2
NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l)
• Los valores de l son reemplazados por
letras según la siguiente tabla.
l
0
s
1
p
2
d
3
f
NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l)
tipo “s”
tipo “p”
tipo “d”
NÚMEROS CUÁNTICOS : n y l
n
l
subnivel
1
0
1s
2
0 1
2s 2p
3
0 1 2
3s 3p 3d
- ENERGÍA +
NÚMERO MAGNÉTICO (m)
• Corresponde a la orientación espacial de
los orbitales.
• Los valores dependen de l. Adquieren todos
los valores asignados a l, que van desde el
–l hasta +l.
• Ejemplo: Si l= 0,
m= 0
Si l= 1,
m= -1, 0, +1
Si l= 2,
m= -2,-1,0,+1,+2
NÚMERO MAGNÉTICO (m)
m= 0
m= -1
m= 0
m= +1
RESUMEN Nº CUÁNTICOS
n
l
ml
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-2
-3
-2
-2
-1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+2
+2
+2
+3
Nºde
orbitales
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
Designación de los
orbitales atómicos
1s
2s
2px
2py
2pz
3s
3dxy
3px
3py
3pz
3dyz
3dxz
3dx2-y2
3dz2
4s
4dxy

4px
4py
4pz
4dyz
4dxz
4dx2-y2
4f
4dz2

RESUMEN Nº CUÁNTICOS
n
l
ml
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-2
-3
-2
-2
-1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+2
+2
+2
+3
Nºde
orbitales
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
Designación de los
orbitales atómicos
1s
2s
2px
2py
2pz
3s
3dxy
3px
3py
3pz
3dyz
3dxz
3dx2-y2
3dz2
4s
4dxy

4px
4py
4pz
4dyz
4dxz
4dx2-y2
4f
4dz2

RESUMEN Nº CUÁNTICOS
n
l
ml
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-2
-3
-2
-2
-1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+2
+2
+2
+3
Nºde
orbitales
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
Designación de los
orbitales atómicos
1s
2s
2px
2py
2pz
3s
3dxy
3px
3py
3pz
3dyz
3dxz
3dx2-y2
3dz2
4s
4dxy

4px
4py
4pz
4dyz
4dxz
4dx2-y2
4f
4dz2

RESUMEN Nº CUÁNTICOS
n
l
ml
1
2
2
3
3
3
4
4
4
4
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-2
-3
-2
-2
-1
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+2
+2
+2
+3
Nºde
orbitales
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
Designación de los
orbitales atómicos
1s
2s
2px
2py
2pz
3s
3dxy
3px
3py
3pz
3dyz
3dxz
3dx2-y2
3dz2
4s
4dxy

4px
4py
4pz
4dyz
4dxz
4dx2-y2
4f
4dz2

ESPÍN (s)
• Corresponde al momento magnético del electrón,
es decir al giro sobre su propio eje en sentido
horario (+1/2) y antihorario (-1/2).
• Cada orbital posee una capacidad máxima de
tolerar dos electrones siempre y cuando posea
espín opuestos.
ACTIVIDAD: COMPLETAR
• Determina los valores de los números cuánticos
del último electrón.
Orbital
n
l
m
s
3s2
5s1
3p2
4p5
5f12
3d7
3
5
3
4
5
3
0
0
0
0
1
1
0
0
+1/2
+1/2
-1/2
3
2
+1
-1
-1/2
-1/2
-1/2
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
• Corresponde a la distribución de los
distintos electrones alrededor del
núcleo en los diferente niveles de
energía y orbitales. Para saber cómo
se ordenan debemos tener en cuenta
los siguientes principios.
A) PRINCIPIO DE MÍNIMA ENERGÍA
•
“Los electrones se ubican primero en
los orbitales de más baja energía,
por lo tanto, los de mayor energía se
ocuparán sólo cuando los primeros
hayan agotado su capacidad”.
NIVELES DE ENERGÍA DE LOS ORBITALES
B) PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI
•
•
“Dos electrones de un mismo
átomo no pueden tener los cuatro
números cuánticos iguales”.
Pueden compartir como máximo
el valor de tres números
cuánticos, pero no los cuatro.
C) PRINCIPIO DE MÁXIMA MULTIPLICIDAD
DE HUND.
•
“En orbitales de la misma energía
los electrones entran de a uno.
Ocupando cada órbita con el mismo
espín. Cuando se alcanza el
semillenado recién se produce el
apareamiento con los espines
opuestos.”
NIVELES DE ENERGÍA DE LOS ORBITALES
ESQUEMA DE LLENADO DE ORBITALES
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Expresa el número de
electrones en el orbital
Expresa el número
cuántico principal
(nivel de energía)
Expresa el tipo de
orbital
EJEMPLO
H z=1
C z=6
Na z=11
Cl z=17
O 2- z=8
Mg 2+ z=12
K + z=19
ELECTRONES DE VALENCIA
•
Corresponden a los electrones que
se encuentran en el último nivel de
energía.
EJEMPLO:
H z=1
C z=6
Na z=11
Cl z=17
ELECTRONES CELIBATARIO
•
Corresponden a los electrones que
se
encuentran
desapareado
(solitario) al interior de un átomo.
EJEMPLO:
H z=1
C z=6
Na z=11
Cl z=17
SÍMBOLO DE LEWIS
• Símbolo de Lewis de un elemento
consiste en la representación de
los electrones de valencia
mediante la localización de
puntos alrededor del símbolo
químico.
SÍMBOLO DE LEWIS
FORMULACIÓN ESTRUCTURA DE LEWIS
• Las estructuras, diagramas o
fórmulas de Lewis de una
molécula son representaciones
planas de los átomos en la
molécula y de la posición de los
electrones enlazantes y no
enlazantes.
FORMULACIÓN ESTRUCTURA DE LEWIS
• Determina el número total de electrones de
valencia que aportan los átomos participantes.
• Formula los símbolos de Lewis correspondiente.
• Dispone espacialmente los átomos que forman
parte de la molécula. Para moléculas complejas
(triatómica o más) el átomo menos electronegativo
tomará la posición central (excepto el átomo de
hidrógeno).
• Distribuye aleatoriamente los electrones alrededor
de la molécula, de tal manera de cumplir la regla
del octeto.
• Si no se cumple la regla del octeto se debe agregar
enlaces dobles o triples.
EJEMPLO ESTRUCTURA DE LEWIS
• Escribe la estructura de Lewis del trifluoruro de
nitrógeno (NF3). Datos: N Z= 7 y F Z= 9.
N Z= 7: 1s22s22p3
F Z= 9: 1s22s22p5
5e x 1=5
7 e x 3 = 21
Total
= 26 e
EJEMPLO ESTRUCTURA DE LEWIS
EJEMPLO ESTRUCTURA DE LEWIS
EJERCICIOS
• A partir de las siguientes moléculas
desarrolla la estructura de Lewis:
Datos: H z=1; O z= 8; Cl z=17; C z=6; N z=7.
A) H2O.
B) O2.
C) NH4+.
REVISIÓN
A) H2O.
H Z= 1: 1s1
O Z= 8: 1s22s22p4
1e x 2=2
6e x 1=6
Total
=8e
REVISIÓN
REVISIÓN
B) O2.
O Z= 8: 1s22s22p4
6 e x 2 = 12 e
REVISIÓN
REVISIÓN
C) NH4+.
H Z= 1: 1s1
N Z= 7: 1s22s22p3
1e x 4=4
5e x 1=5
Total
= 9e – 1= 8e
REVISIÓN
CARGA FORMAL (C.F.)
• Corresponde a la diferencia entre los
electrones de valencia de un átomo
aislado y el número de electrones
asignados a ese átomo en una estructura
de Lewis.
• Se puede calcular de acuerdo a:
C.F.= n° e.v. – (n° e. libres + ½ (n° e.
enlazantes))
EJEMPLO
• Determina la carga formal del átomo central
de la molécula de agua:
C.F. Oxígeno= 6 - (4 + 1/2 (4))
C.F. Oxígeno = 6 – ( 4 + 2)
C.F. Oxígeno = 6 – 6
C.F. Oxígeno = 0
GEOMETRÍA MOLECULAR: MODELO RPEV
• Modelo
basado
en
criterios
electroestáticos, cuya idea central es
que los electrones de valencia en torno
a un átomo tienden a ubicarse en las
posiciones que minimizan la fuerza de
repulsión entre ellos.
GEOMETRÍA MOLECULAR: MODELO RPEV
• A: Corresponde al átomo central.
• X: Átomo(s) unido(s) al átomo central.
• E: Pares de electrones libres en torno al átomo central.
• n: El número de átomos unidos al átomo central.
• m: Número de pares de electrones libres en torno al átomo central.
GEOMETRÍA MOLECULAR: MODELO RPEV
TIPO
GEOMETRÍA
ÁNGULO DE
ENLACE
AX2
Lineal
180°
AX3
Trigonal plana
120°
AX4
Tetraédrica
109,5°
AX2E
Angular
<120°
AX3E
Piramidal
107°
AX2E2
Angular
104,5°
REPRESENTACIÓN
Colegio Andrés Bello
Chiguayante
Muchas Gracias
Jorge Pacheco R.
Profesor de Biología y Química