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Del tomo al hombreRealizado por: Gonzlez, Luis O. Guzmn, Milagros.Grupo: 1,4 a md. Profa. Magalis Clarke 2012

Ideas sobre la materia

Sostena que haba un solo tipo de materia y pensaba que si dividamos la materia en partes cada vez ms pequea obtendramos un trozo que no se podra cortar ms.

Leucipo

Llamo a dichos trozos (refirindose a lo planteado por Leucipo) tomos (sin divisin).Demcrito

Empdocles Postul que la materia estaba formada por 4 elementos que eran tierra, aire, agua y fuego.

Aristteles

Postula que la materia estaba formada por los 4 elementos agrego un quinto, el ter, pero niega la idea de tomo

Preguntas

De manera cronolgica identifique:En que se basaron los Dalton Thomson Rutherford Bohr y Schrodinger.

Dalton: se baso en las leyes ponderales (Ley da la conservacin de la materia, Ley de las proporciones definidas. Ley de las proporciones mltiples y Ley de las proporciones recproca) para explicar su teora atmica en 1803 y dichas leyes las interpret basndose en el concepto de tomos.

Thomson: 1898-1904 se baso en el intento de justificar dos hechos:La materia es elctricamente neutra, lo que hace pensar que, adems de electrones debe de haber partculas positivas.Los elementos pueden extraerse de los tomos, pero no as las cargas positivas.

Rutherford: en 1898 se baso en la identificacin de dos tipos de radiaciones emitidas por el uranio a las que llamo alfa y beta, y poco despus Paul Villard identifico un tercer tipo de radiacin a la que llamo gamma. Con esto centra sus investigaciones en las caractersticas de las radiaciones.

Bohr: en 1913 presento su modelo atmico basado en la cuantificacin de la energa. En donde la teora cuntica de Plank le aporto dos ideas: Las oscilaciones elctricas del tomo solo pueden poseer cantidades discretas de energa.Solo se emite radiacin cuando el oscilador pasa de un estado cuantizado a otro de mayor energa

Schrodinger: en 1926 basndose en la hiptesis de L. de Broglie y considerando que el movimiento del electrn es anlogo a un sistema de ondas estacionaria, propuso una ecuacin de onda aplicable al tomo de hidrgeno designada por el smbolo y, llamada funcin de onda, es funcin de las coordenadas cartesianas x, y, z; E, V. Siendo su teora un tanto parecida a la de Bohr.

En qu consista los modelos atmicos propuestos por ellos:

Dalton: establece los siguientes postulados o hiptesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua: Los elementos estn constituidos por tomos consistentes en partculas materiales separadas e indestructibles.Los tomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las dems cualidades.Los tomos de los distintos elementos tienen diferente masa y propiedades.Los compuestos se forman por la unin de tomos de los correspondientes elementos en una relacin numrica sencilla. Los tomos de un determinado compuesto so a su vez idnticos en masa y en todas sus propiedades.

Thomson: propuso un modelo para el tomo en el que la mayora de la masa apareca asociada con la carga positiva (dada la poca masa del electrn en comparacin con la de los tomos) y suponiendo que haba un cierto nmero de electrones distribuido uniformemente dentro de esa masa de carga positiva (como una especie de pastel o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de frutas o pepitas).

Rutherford: en el modelo de Rutherford los electrones se movan alrededor del ncleo como los planetas alrededor del sol. Los electrones no caan en el ncleo, ya que la fuerza de atraccin electrosttica era contrarrestada por la tendencia del electrn a continuar movindose en lnea recta.

Bohr: formulo un modelo de la estructura electrnica de los tomos en donde implicaba lo siguientes postulados:El electrn tena ciertos estados definidos estacionarios de movimientos (niveles de energa) que le eran permitidos, cada uno de estos estados estacionarios tena una energa fija y definida.Cuando un electrn estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorba y desprenda energa.En cualquiera de estos estados, el electrn se mova siguiendo una rbita circular alrededor del ncleo.Los estados de movimiento electrnico permitidos eran aquellos en los cuales el momento angular del electrn (m. v. r) era un mltiplo entero de h/2 .3.14.

Schrodinger: en la teora cuntica del tomo, un electrn no est limitado a una rbita, sino que es libre para moverse en las tres dimensiones, en una nube de probabilidad que tiene una determinada forma en el espacio. Al igual que en el modelo de Bohr un electrn atmico solo puede ocupar determinados niveles de energa. Schrodinger: en la teora cuntica del tomo, un electrn no est limitado a una rbita, sino que es libre para moverse en las tres dimensiones, en una nube de probabilidad que tiene una determinada forma en el espacio. Al igual que en el modelo de Bohr un electrn atmico solo puede ocupar determinados niveles de energa.

Las limitaciones de sus propuestas:

Dalton: en un principio dijo que la materia estaba formada por tomos es decir por partculas indivisibles e inalterablesPero al descubrirse la existencia de partculas subatmicas se comprob que el tomo no era indivisible.

Thomson: segn Thomson los tomos estn constituidos por una distribucin de carga y masa regular, y estos estn unidos unos con otros formando la sustancia. Es decir la sustancia debera poseer una estructura interna homognea y por tanto las partculas al atravesarlas debera tener un comportamiento uniforme.Tras los experimentos de Rutherford y tras el descubrimiento de partculas subatmicas se vio que lo dicho por Thomson no se cumpla.

Rutherford: segn Rutherford los electrones se mueven en rbitas circulares y tienen una aceleracin normal, pero segn los principios del electromagnetismo clsico, una carga elctrica en movimiento acelerado emite energa, por lo tanto el electrn terminara describiendo rbitas en espiral hasta chocar con el ncleo, y esto supondra una perdida continua de energa. Rutherford: segn Rutherford los electrones se mueven en rbitas circulares y tienen una aceleracin normal, pero segn los principios del electromagnetismo clsico, una carga elctrica en movimiento acelerado emite energa, por lo tanto el electrn terminara describiendo rbitas en espiral hasta chocar con el ncleo, y esto supondra una perdida continua de energa. Por otro lado el electrn pasara por todas las orbitas posibles describiendo un espiral alrededor del ncleo, y por tanto la radiacin emitida debera de ser continua. Sin embargo los espectros de emisin de los elementos son discontinuos.

Bohr: el modelo de Bohr no explicaba porque la energa en las rbitas atmicas estaban cuantizadas, ni porque algunas propiedades de los elementos se repetan peridicamente. Es decir no explicaban bien el espectro de emisin.

Schrodinger: el modelo de schrodinder en su formulacin original no toma en cuenta el spin de los electrones, ignora los efectos relativistas de los electrones rpidos, si bien predice razonablemente bien los niveles energticos, por si mismo no explica porque un electrn en un estado cuntico excitado decae hacia un nivel inferior si existe alguno libre.

Identifiquen las Propiedades Peridicas y digan cul es la variacin peridica de cada una de ellas.

Qu son las propiedades peridicas? Muchas propiedades de los elementos varan de forma gradual al movernos en un determinado sentido en el sistema peridico con patrones que se repitenperidicamente.La comprensin de esta periodicidad permite entender mejor el enlace de los compuestos simples, y nos otorga una cierta capacidad de prediccin sobre las propiedades de un elemento conocida su situacin en la tabla peridica.Para mejorar la visualizacin utilizamos en este trabajo un esquema de color desde el amarillo, para los valores ms bajos de las propiedades, hasta el rojo para los ms elevados, pasando por los tonos intermedios entre ambos:

Muchas propiedades fsicas y qumicas de los elementos varan con regularidad peridica cuando se ordenan estos por orden creciente de su nmero atmico.

Son propiedades peridicas:

La configuracin electrnica.La energa de ionizacin.La afinidad electrnica.La electronegatividad.El volumen atmico.El carcter metlico y no metlico.El nmero de oxidacin.Entre otras.

La configuracin electrnica

Los electrones estn distribuidos en cada tomo en niveles o capas de energa. Los elementos de un mismo perodo tienen todos el mismo nmero de niveles electrnicos (completos o no), y este nmero coincide con el nmero del perodo. El nmero mximo de electrones que caben en un nivel es 2n2, siendonel nmero de nivel.Cada nivel o capa de energa puede tener uno o ms subniveles con distinto nmero de electrones. Los subniveles de tipospueden tener uno o dos electrones; los subniveles de tipop, de uno a seis electrones,ylos subniveles de tipod, de uno a diez electrones. Tambin puede haber subniveles de tipofque pueden tener de uno a catorce electrones, para capas o niveles superiores a tres.

Radio atmicoEl tamao de un tomo no es invariable sino que depende del entorno inmediato en el que se encuentre, de su interaccin con los tomos vecinos. Estimar el tamao de los tomos es un poco complicado debido a la naturaleza difusa de la nube electrnica que rodea al ncleo y que vara segn los factores ambientales. Se realizan las medidas sobre muestras de elementos puros no combinados qumicamente y los datos as obtenidos son lostamaos relativos de los tomos.

Variacin peridicaAumentan hacia abajo en un grupo(en cada nuevo periodo los electrones ms externos ocupan niveles que estn ms alejados del ncleo, los orbitales de mayor energa son cada vez ms grandes, y adems, el efecto de apantallamiento hace que la carga efectiva aumente muy lentamente de un perodo a otro).Disminuyen a lo largo de un periodo(los nuevos electrones se encuentran en el mismo nivel del tomo, y tan cerca del ncleo como los dems del mismo nivel. El aumento de la carga del ncleo atrae con ms fuerza los electrones y el tomo es ms compacto).

En el caso de loselementos de transicin, las variaciones no son tan obvias ya que los electrones se aaden a una capa interior, pero todos ellos tienen radios atmicos inferiores a los de los elementos de los grupos precedentes IA y IIA. Los volmenes atmicos van disminuyendo hasta que llega un momento en el que hay tantos electrones en la nueva capa que los apantallamientos mutuos y las repulsiones se hacen importantes, observndose un crecimiento paulatino tras llegar a un mnimo.

La estructura y la estabilidad de los slidos inicos depende de manera crucial del tamao de los iones. ste determina tanto la energa de red del slido como la forma en que los iones se empacan en el slido. Adems el tamao inico influye en las propiedades de los iones en disolucinEltamao de un iondepende de:Su carga nuclear.Nmero de electrones.Orbitales en los que residen los electrones de la capa exterior.

Radio Inico

Variacin peridica Los iones positivos sencillos son siempre ms pequeos que los tomos de los que derivan y, al aumentar la carga positiva, su tamao disminuye.Los iones sencillos cargados negativamente son siempre mayores que los tomos de los que derivan. El tamao aumenta con la carga negativa.

Energa de Ionizacin

Para iones con la misma carga, el tamao aumenta conforme bajamos por un grupo de la tabla peridica. Un aumento en el nmero cuntico principal del orbital ocupado ms externo de un ion, aumenta tambin el tamao del ion as como el del tomo del que deriva.

1erPotencial de ionizacin:Energa necesaria para arrancar un e-de un tomo aislado en fase gaseosa en suestado fundamentaly obtener un ion monopositivo gaseoso en su estado fundamental ms un electrnsinenerga cintica. Siempre se les asigna un valor positivo, por tratarse de una reaccin endotrmica.

2 Potencial de ionizacin:

Energa necesaria para arrancar a un ion monopositivo gaseoso en estado fundamental y obtener un ion dipositivo en las mismas condiciones mas un electrn sin energa cintica.

Energa de ionizacin totalpara llegar a un ion determinado es la suma de los sucesivos potenciales de ionizacin.Las energas de ionizacin miden, por tanto, la fuerza con que el tomo retiene sus electrones. Energas pequeas indican una fcil eliminacin de electrones y por consiguiente una fcil formacin de iones positivos.

Los potenciales de ionizacin sucesivos para un mismo elemento crecen muy deprisa, debido a la dificultad creciente para arrancar un electrn cuando existe una carga positiva que le atrae y menos cargas negativas que le repelan.El conocimiento de los valores relativos de las energas de ionizacin sirve para predecir si un elemento tender a formar un compuesto inico o covalenteEnerga de ionizacinTendencia del elementoTipo de compuestoBajaPerder electrones y dar iones positivosInicosElevadaCompartir electronesCovalentesMuy elevadaGanar electrones y dar iones negativosInicos

Variacin peridica:Dentro de unafamilia, el aumento del nmero de electrones tiende a reducir el potencial de ionizacin debido a los efectos combinados del tamao y de efecto pantalla. Al descender en un grupo, se obtienen tomos ms voluminosos en los que los electrones estn menos retenidos, por lo que el potencial de ionizacin decrecer.En unperiodotiende a aumentar al hacerlo el nmero atmico. En principio, la tendencia que cabria esperar es que al aumentar la carga nuclear efectiva y no aumentar apenas el radio atmico, la energa de ionizacin sea cada vez mayor.

En cada segmento peridico, losgases rarostienen las energas de ionizacin ms elevadas. Estos gases son elementos muy estables y slo los ms pesados de ellos muestran alguna tendencia a unirse con elementos para dar compuestos.

Electroafinidad

Energa desprendidaen un proceso en el que un determinado tomo neutro gaseoso en estado fundamental, capta un electrn para dar un ion mononegativo gaseoso en estado fundamental.

Con muy pocas excepciones, este proceso de captacin de electrones es favorable (la atraccin nuclear compensa la repulsin electrnica).Las segundas, terceras, ... afinidades electrnicas son siempre energticamente desfavorables.La energa total puesta en juego para pasar de un tomo neutro en estado fundamental y gaseoso a un ion negativo conncargas es la suma de las afinidades electrnicas.

Variacin peridica

La variacin de afinidad electrnica dentro del sistema peridico es similar a la variacin del potencial de ionizacin, aunque es mucho menos peridica. A partir de estas dos propiedades se puede analizar hasta que punto un tomo neutro est satisfecho con su nmero de electrones. A mayor potencial de ionizacin y electroafinidad, mayor es la apetencia electrnica (electronegatividad) de la especie.Los elementos con las afinidades electrnicas ms altas son los situados cerca del oxgeno, el flor y el cloro.

Electronegatividad

Laelectronegatividadde un elemento mide su tendencia a atraer hacia s electrones, cuando est qumicamente combinado con otro tomo. Cuanto mayor sea, mayor ser su capacidad para atraerlos.Paulingla defini como la capacidad de un tomo en una molcula para atraer electrones hacia as. Sus valores, basados en datos termoqumicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominadaescala de Pauling, cuyo valor mximo es 4 que es el valor asignado al flor, el elemento ms electronegativo. El elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.

Un tomo con una afinidad electrnica muy negativa y un potencial de ionizacin elevado, atraer electrones de otros tomos y adems se resistir a dejar ir sus electrones ante atracciones externas;ser muy electronegativo.El mtodo sugerido por el profesor R.S.Mullikenpromedia los valores del potencial de ionizacin y afinidad electrnica de un elemento:XM= 0,0085 (P.I. + A.E.)

Variacin peridica

Las electronegatividades de los elementos representativos aumentan de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo a arriba dentro de cada grupo.Las variaciones de electronegatividades de los elementos de transicin no son tan regulares. En general, las energas de ionizacin y las electronegatividades son inferiores para los elementos de la zona inferior izquierda de la tabla peridica que para los de la zona superior derecha.

El concepto de la electronegatividad es muy til para conocer eltipo de enlaceque originarn dos tomos en su unin:El enlace entre tomos de la misma clase y de la misma electronegatividad es apolar.Cuanto mayores sean las diferencias de electronegatividad entre dos tomos tanto mayor ser la densidad electrnica del orbital molecular en las proximidades del tomo ms electronegativo. Se origina un enlace polar.Cuando la diferencia de electronegatividades es suficientemente alta, se produce una transferencia completa de electrones, dando lugar a la formacin de especies inicas.

Carcter metlico

Se entiende por metal un elemento con pocos electrones en su ltima capa ( 1 2) y excepcionalmente (3 4) y gran tendencia a cederlos. El no metal tendr gran tendencia a la captacin de electrones. Por tanto a medida que descendemos en un grupo los electrones estn ms libres , menos atrapados por el campo de atraccin del ncleo y el carcter metlico aumentar. Al avanzar hacia la derecha en un periodo la afinidad electrnica al aumentar , hace que el tomo tenga tendencia a captar electrones (mayor electronegatividad), y por tanto el carcter metlico disminuir.

Un elemento se considerametaldesde un punto de vista electrnico cuandocede fcilmente electronesy no tiene tendencia a ganarlos; es decir, los metales son muy poco electronegativos.Unno metales todo elemento quedifcilmente cede electronesy s tiene tendencia a ganarlos; es muy electronegativo.Los gases nobles no tienen ni carcter metlico ni no metlico.La lnea quebrada que empieza en el boro (B) y termina en el astato (At) marca la separacin entre los metales, que se encuentran por debajo de ella, y los no metales, que se sitan en la parte superior (ver tabla peridica ).Los semimetales son los elementos que no tienen muy definido su carcter metlico o no metlico y se sitan bordeando esta lnea divisoria.

Nmero de oxidacin

La capacidad de combinacin o valencia de los elementos se concreta en el nmero de oxidacin. El nmero de oxidacin de un elemento es elnmero de electrones que gana, cedeocompartecuando se une con otro u otros elementos. Puede ser positivo, negativo o nulo.Es interesante observar que, ocasionalmente, un mismo elemento puede actuar con distintos nmeros de oxidacin segn el compuesto del que forme parte.El nmero de oxidacin est ntimamente relacionado con la configuracin electrnica. Por tanto, es razonable la periodicidad que se observa en el nmero de oxidacin de los elementos.

En el sistema peridico se puede resumir:En un mismo grupo, los elementos suelen presentar nmeros de oxidacin comunes.El nmero de oxidacin ms alto que presenta un elemento coincide con el nmero del grupo al que pertenece (desde 1 hasta 7).Por ejemplo:Los elementos del grupo 1 (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) tienen nmero de oxidacin +1.Los elementos del grupo 2 (Be, Mg, Ca, Sr...) tienen nmero de oxidacin +2.Los elementos del grupo 4 (C, Si, Ge, Sn, Pb...) tienen varios nmeros de oxidacin, pero el ms alto es +4.

Volumen atmico

El volumen atmico fue definido por Meyer como el espacio que ocupa el tomo de un elemento, y lo calcul dividiendo la masa atmica del elemento entre su densidad. Pero como un mismo elemento qumico puede presentar varias estructuras slidas diferentes, tendr varios volmenes atmicos, segn la definicin de Meyer; de ah que se caracterice ahora el tamao de los tomos mediante elradio atmico, calculado en funcin de las distancias a que se sitan los tomos cuando forman enlaces para unirse entre s.

El radio atmico da una idea del volumen atmico y se mide en nanmetros, nm (1 nm = 10-9m).La variacin del volumen atmico de los elementos es paralela a la de los radios atmicos, y en un grupo del sistema peridico va creciendo a medida que aumenta su nmero atmico. En un perodo, el anlisis de la variacin resulta ms complejo.

Regularidades en las propiedadesLos electrones del ltimo nivel son los responsables de las propiedades de los elementos, fundamentalmente de la reactividad.Los alcalinos son los metales ms reactivos. Ceden con muchsima facilidad el electrn solitario que tienen en su ltimo nivel y se combinan con otros elementos. Los alcalinotrreos son algo menos reactivos, ya que reaccionan cediendo sus dos electrones del ltimo nivel, y esto es ms complicado.

Entre los no metales, los ms reactivos son los halgenos, grupo 17, con siete electrones externos. A continuacin, el grupo 16 del oxgeno. Los primeros tienden a captar solo un electrn, y los segundos, dos.Adems de las ya nombradas, hay ms propiedades que varan peridicamente. Por ejemplo: los puntos de fusin, de ebullicin y la densidad.

Radio de Van der Waals

ElradiodeVan der Waalses el radio de una esfera slida imaginaria empleada para modelizar eltomo.Como sabemos, losgasesreales no se comportan exactamente como predice el modelo degas idealpudiendo ser la desviacin considerable en algunos casos. As, por ejemplo, los gases ideales no presentan transiciones de faselquidaoslida, independientemente del descenso detemperaturao incremento depresinal que sean sometidos.

Una de las modificaciones de la ley de los gases ideales propuesta es laecuacin de estado de Van der Waals, que introduce dos parmetrosaybobtenidos experimentalmente y que dependen de la naturaleza del gas. El factor de correccinbdenominado volumen de exclusin, hace referencia tanto al volumen propio de los tomos, como al volumen circundante en el que no puede haber otros porque a esa distancia predominan las fuerzas de repulsin entre los tomos del gas (fuerzas de Van der Waals).

Una vez conocido el valor del volumen de exclusin, obtenido experimentalmente para ajustar la ecuacin de Van der Waals al comportamiento real del gas, el radiorpuede obtenerse de la ecuacin:donde:Naes elnmero de Avogadro, yres el radio de Van der Waals.