Átomos Polielectrónicos y Propiedades periódicas. Objetivos: •Introducción del concepto de carga nuclear efectiva del orbital atómico. Contribución de las repulsiones interelectrónicas. •Justificación cualitativa del valor de la constante de pantalla del orbital atómico en razón de su función radial. Penetración y apantallamiento orbital •Energía de los orbitales atómicos •Estructura electrónica de los átomos polielectrónicos •Principio de “aufbau” •Principio de exclusión de Pauli •Regla de máxima multiplicidad de Hund •Justificación de la Tabla Periódica de los elementos •Núcleo electrónico y electrones de valencia. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 El tamaño medio del orbital i: La energía del orbital i: La diferente distribución electrónica (forma y tamaño) de los diferentes orbitales hace que las constantes de pantalla dependan de cada tipo de orbital y de cada átomo, por tanto los orbitales con igual valor de n y distinto valor de l dejan de ser orbitales degenerados. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Variación de la energía de los OA con Z. Valores teóricos calculados con el Método del Campo Autoconsitente de Hartree-Fock Electrones de Valencia: Los electrones mas externos de un átomo Núcleo Electrónico o Electrones Internos: El resto de sus electrones Valencia Química de un elemento: Capacidad para combinarse con otros elementos. Está condicionada por su número de electrones de valencia del átomo. Configuración en capa cerrada Si el átomo tiene toda su capa de valencia completa. Gases Nobles. Gran estabilidad química. En su combinación con otros elementos (formación de moléculas), la tendencia del átomo es, hacia la adquisición de su configuración en capa completa, cediendo electrones, aceptando electrones o compartiendo electrones con los otros elementos. Elementos representativos: forman los electrones de valencia los ns y los np Elementos del bloque d: forman los electrones de valencia los ns y los (n-1)d Elementos del bloque f: forman de los electrones de valencia los ns, el (n-1)d y los (n-2)f Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Propiedades periódicas de los elementos Objetivos: •Justificación de las propiedades periódicas de los elementos •Radio atómico: •Potenciales de ionización. Carácter metálico y no metálico de los elementos •Afinidades electrónicas •Electronegatividad de los elementos. Escala de Mulliken •Paramagnetismo y diamagnetismo •Valencias químicas y reactividad Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Radios Atómicos (Volúmenes atómicos) Radio Covalente: la mitad de la distancia internuclear en las moléculas diatómicas gaseosas de los elementos no metálicos: O2, F2, Cl2, N2,.. Radio metálico: la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos en la red metálica. El radio atómico está relacionado con el tamaño del orbital más externo. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Figura Comparación de los tamaños de los átomos y iones (cationes, aniones). Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Figura Comparación de los tamaños de los átomos y iones (cationes, aniones). Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Afinidad electrónica Energía absorbida o emitida para formar un ión negativo a partir del átomo neutro (estado gaseoso y condiciones estándar de presión y temperatura). Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Figura. Clasificación de la tabla periódica de acuerdo a su carácter metálico y no metálico. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Electronegatividad X. Mulliken; La semisuma del valor del primer potencial de ionización (tendencia a dar el último electrón de valencia) y de la afinidad electrónica (tendencia a aceptar un electrón externo) es una medida de la tendencia del núcleo del átomo a atraer los electrones cercanos. X M = AE + I 2 X (F ) = 4 Nota: En los capítulos relativos al enlace químico, se definirá la escala de Pauling de las electronegatividades Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Figura. Valores de electronegatividad de los elementos. Las tendencias de la electronegatividad (X) constituyen el opuesto de las tendencias que definen el carácter metalico. Los no metales tienen altos valores, los metaloides tienes valores intermedios y los metales tienen valores muy bajos de X. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Figura. Valores de afinidad electrónica (AE) de algunos elementos. La afinidad electrónica (AE) de los gases nobles no se miden fácilmente, a excepción del Xe. La AE de los metales alcalinos o alcalinos térreos es muy pequeña comparada con la de los halógenos. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Para la escala de electronegatividad de Pauling, se considera un promedio del potencial (I) de ionización de los halogenados y metales alcalinos, así como la afinidad electrónica (AE) de los halógenos y considerando que la afinidad electrónica de los metales alcalinos es cero. Escala de Pauling. Se expresa en unidades arbitrarias: al Flúor, se le asigna el valor más alto, por ser el elemento más electronegativo, tiene un valor de 4 y al Cesio, que es el menos electronegativo se le asigna el valor de 0,7 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Comportamiento químico de los elementos •En la formación e interconversión de compuestos químicos sólo están implicados los electrones de la capa de valencia. •Cuando se combinan elementos de muy diferente electronegatividad se forman compuestos iónicos en las que los átomos están en su forma iónica y estos fuertemente unidos por interacciones electrostáticas. •Los metales del grupo principal generalmente forman cationes con una configuración que equivale al gas noble más cercano. •Los no metales adquieren electrones suficientes como para formar un anión que tenga la configuración electrónica del gas noble que le sigue. •Cuando se combinan elementos de electronegatividad semejantes forman compuestos covalentes en las que los núcleos comparten parte (o todos) de sus electrones de valencia. Nota: En los capítulos relativos al enlace químico, se estudiarán los factores que condicionan su formación y se explicarán las valencias covalentes de los átomos. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Propiedades magnéticas • Átomos o iones diamagnéticos: – Todos los electrones están apareados. – Una especie diamagnética es débilmente repelida por un campo magnético. • Átomos o iones paramagnéticos: – Tienen electrones desapareados. – Los electrones desapareados inducen un campo magnético que hace que el átomo o ion sea atraído por un campo magnético externo. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21 Bibliografía Química General.Vol 1. Enlace Químico y Estructura de la Materia. 8ª Ed. R.H. PETRUCCI, W.S. HARWOOD, F.G. HERRING. Prentice Hall. Madrid. 2002 The nature of the chemical bond, Third Edition, L. PAULING Cornell University Press New York 1960. Química y Reactividad Química. 5ª ed. J. C. KOTZ, P.M. TREICHEL. Ed. Paraninfo-Thomson Learning. Madrid. 2003. Estructura Atómica y Enlace Químico. J. CASABO Ed. Reverté, 1996. Estructura de la Materia, FQ UNAM Semestre 2013-II, Grupo 21