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2 - Enlace Químico

Contenidos

  1. 1 Repaso
  2. 2 Conocimientos Previos
  3. 3 Sistema Periódico de los Elementos Químicos
  4. 4 Números Cuánticos
  5. 5 Configuración Electrónica

Listado de subpáginas






Repaso

Para que te sitúes en la escala de los objetos que vamos a estudiar visita esta web "Size and Scale".
Para recordar la estructura de la materia mira la página  web Estructura de la Materia.

Conocimientos Previos

Partimos de los siguientes conocimientos que se han adquirido en temas y/o cursos anteriores:
  • La materia está formada por átomos.
  • Los átomos están formados por un núcleo y una corteza electrónica.
  • El núcleo atómico está formado por protones y neutrones.
  • El número de protones es Z.
  • Un átomo se caracteriza por su número atómico Z. Es decir, las propiedades de los átomos y los átomos dependen del número Z.
  • La corteza electrónica está formada por electrones.
  • El número de electrones, en un átomo neutro, es igual al número de protones.
  • Un átomo puede ganar o perder electrones.
  • Un átomo en el que no hay el mismo número de protones que de electrones está eléctricamente cargado, es decir, es un ion.
  • Hay dos tipos de iones: cationes y aniones.
  • Los elementos y por lo tanto, los átomos que los forman, aparecen clasificados en el Sistema Periódico.


Ejercicios

  1. Copia los enunciados de los ejercicios que has hecho en el primer tema y que están relacionados con los contenidos enumerados aquí encima.
  2. Agrupa los enunciados según los contenidos a los que se refieren.

Sistema Periódico de los Elementos Químicos

Sabemos que los elementos químicos y en consecuencia los átomos que los constituyen están clasificados en el SP. El SP está ordenado en forma creciente del número atómico Z, lo que quiere decir, que el átomo con menos protones es el primero y el que más tiene es el último.
Sin embargo, cuando miramos una tabla periódica (que es la representación gráfica del SP), observamos una figura escalonada aparentemente sin sentido. Esto no es así. La tabla periódica tiene un segundo criterio de ordenación de los elementos, y es que éstos se agrupan en columnas (denominadas grupos) que tienen propiedades químicas semejantes.
Este nuevo criterio de ordenación, nos muestra que los electrones (su configuración electrónica) son los responsables de las propiedades químicas de los elementos.

Ejercicios

  1. En Google Docs crea una tabla de 18 columnas y 7 filas.
    1. Coloca en ella el valor de Z de cada uno de los elementos del SP, en su casilla correspondiente.
    2. Calcula el valor de la siguiente expresión matemática 2n2, para los siete primeros números naturales.
    3. ¿Qué observas?
  2. ¿Cuántos elementos hay en la primera fila del SP?
    1. ¿Y en la segunda?
    2. ¿Y en la tercera?
    3. ¿Y en las demás?
  3. ¿Qué valencias tienen los elementos del primer grupo?
    1. ¿Y los del segundo?
    2. ¿Y los del decimotercero?
    3. ¿Y los demás?
En este enlace puedes ver la historia del sistema periódico y construir tu propio sistema. ¿Sabes cuántas formas de ordenar los elementos químicos existen?

Números Cuánticos

Tanto en el modelo atómico de Rutherford como en el de Bohr, los electrones giran alrededor del núcleo atómico a gran velocidad y en órbitas circulares o casi circulares (elípticas).
Bohr dedujo que estas órbitas debían ser fijas para que el átomo fuera físicamente estable y no se autodestruyera.
No se ha podido encontrar la URL de especificaciones de gadget.

Se estudiaron estas órbitas y como conclusión de ese estudio se propuso que:
  1. La órbitas se agrupan formando capas.
    1. Cada capa se caracteriza por un valor "n" (número cuántico principal).
    2. El valor de "n" empieza en 1 y aumenta de 1 en 1 hasta infinito (∞).
    3. A mayor valor de "n" mayor radio de la capa de órbitas.
    4. A mayor valor de "n" mayor valor de la energía de los electrones en esa órbita.

      Ejercicios

      En Google Docs, haz una tabla de 8 filas.
      1. Colorea el fondo de la primera fila y escribe "Valor de n".
      2. Numera las filas del 1 al 7 empezando por la inferior.
  2. En cada capa, las órbitas se agrupan en subcapas.
    1. Cada subcapa de una capa se caracteriza por un valor "l" (número cuántico secundario).
    2. El valor de "n" nos dice el número de subcapas que contiene.
    3. El valor de "l" en una subcapa depende del valor de "n" de la capa.
    4. El valor de "l" varía desde 0 hasta (n-1).
    5. El valor de "l" determina la forma de la órbita, el que sea más o menos elíptica. Es lo que se conoce como excentricidad de una elipse.
    6. El valor de "l" implica pequeñas diferencias de energía entre las subcapas de órbitas dentro de una capa de órbitas.
    7. Cuando l=0, la subcapa se llama "s" y es esférica.
    8. Cuando l=1, la subcapa se llama "p" y es elíptica.
    9. Cuando l=2, la subcapa se llama "d".
    10. Cuando l=3, la subcapa se llama "f".

      Ejercicios

      1. Duplica la tabla anterior.
      2. Añade una columna a la derecha.
      3. Inserta en cada fila una tabla que tenga 1 fila pero tantas columnas como indica el valor de n que copiaste antes.
      4. Incluye en cada una de las nuevas celdas el valor que le corresponde al número cuántico secundario.
  3. En cada subcapa, las órbitas se distribuyen en el espacio de forma diferente y entonces podemos distinguir una órbita de las otras.
    1. A cada orientación de una órbita dentro de una subcapa se la caracteriza con un valor "m" (número cuántico magnético).
    2. El valor de "l" nos dice el número de valores de "m" que contiene, y es igual a (2l+1).
    3. El valor de "m" depende del valor de "l".
    4. El valor de "m" varía desde -l hasta +l pasando por 0. Es decir, es -l,…,0,…,+l.
  4. Una órbita queda determinada de manera única por tres números, (n, l, m), es decir, para localizar una órbita tenemos que mirar en la capa "n", en la subcapa "l" y localizar la órbita "m".
Pero, el estudio no ha terminado. Nuestro objetivo es saber cómo están colocados los electrones en los átomos.
Ya sabemos que los átomos están colocados en las órbitas.
Que las órbitas se distinguen con tres números cuánticos. ¿Y los electrones?
  • Cada órbita puede alojar a dos electrones.
  • Estos dos electrones giran alrededor de sí mismos, pero cada uno en sentido contrario al otro. Y es así, como hemos podido distinguirlos con un cuarto ……
Ahora ya lo sabemos todo. 

Repasemos …

"Un átomo tiene Z protones, y por lo tanto, Z electrones. Estos electrones se sitúan en n capas, ocupando las Z/2 órbitas necesarias para alojar a los Z electrones".
¿Queda claro?
Veamos un ejemplo:

Ejemplo 1

"El átomo de hidrógeno tiene Z=1". Por lo tanto:
  1. Tiene 1 protón
  2. Tiene 1 electrón.
  3. Si cada órbita puede tener 2 electrones, con 1 órbita nos basta.
  4. Buscamos 1 órbita, y para encontrarla hay que mirar en una capa.
  5. Tenemos la primera capa, n=1.
  6. Tenemos una subcapa, l=0, que se llama "s".
  7. Tenemos una orientación posible, m=0.
  8. Entonces colocamos el electrón en la órbita (1,0,0).

Ejercicio

¿Cómo describirías la estructura interna del átomo de hidrógeno con la información obtenida en el ejemplo anterior?

Otro ejemplo más:

Ejemplo 2

"El átomo de helio tiene Z=2". Por lo tanto:
  1. Tiene 2 protones.
  2. Tiene 2 electrones.
  3. Si cada órbita puede tener 2 electrones, con 1 órbita nos basta.
  4. Buscamos 1 órbita, y para encontrarla hay que mirar en una capa.
  5. Tenemos la primera capa, n=1.
  6. Tenemos una subcapa, l=0, que se llama "s".
  7. Tenemos una orientación posible, m=0.
  8. Entonces colocamos los dos electrones en la órbita (1,0,0).
  9. Pero distinguiremos a uno de otro porque uno gira en un sentido y el otro en el contrario. Podemos designarlos como sentidos + y -.
  10. Entonces, decimos que el primer electrón es (1,0,0,+).
  11. Y el segundo es (1,0,0,-).

Ejercicio

¿Cómo describirías la estructura interna del átomo de helio con la información obtenida en el ejemplo anterior?
¿Te atreves con un ejercicio?

Ejercicio

"El átomo de litio tiene Z=?". Por lo tanto:
  1. Tiene ? protones.
  2. Tiene ? electrones.
  3. Si cada órbita puede tener 2 electrones, necesitamos ? órbitas.
  4. Buscamos ? órbitas, y para encontrarlas hay que mirar en ? capa.
  5. Tenemos la primera capa, n=1.
  6. Tenemos una subcapa, l=0, que se llama "s".
  7. Tenemos una orientación posible, m=0.
  8. Entonces colocamos los dos electrones en la órbita (1,0,0).
  9. Pero distinguiremos a uno de otro porque uno gira en un sentido y el otro en el contrario. Podemos designarlos como sentidos + y -.
  10. Entonces, decimos que el primer electrón es (1,0,0,+).
  11. Y el segundo es (1,0,0,-).
  12. Tenemos la segunda capa, n=?.
  13. Tenemos una subcapa, l=0, que se llama "s".
  14. Tenemos una orientación posible, m=0.
  15. Entonces colocamos ? electrones en la órbita ( , , ).
  16. Entonces, decimos que el ? electrón es ( , , , ).

Ejercicio

¿Cómo describirías la estructura interna del átomo de litio con la información obtenida en el ejemplo anterior?

Configuración Electrónica


Y ahora veamos todo esto junto con las definiciones de los distintos tipos de enlace químico:






Subpáginas (1): El enlace químico
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