1. estructura de la materia. ÁTomos y moléculas de Demócrito a Dalton. Una visión histórica
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1.7.Masa atómica.Si de cada elemento sólo existiera un isótopo, las masas atómicas de los mismos serían sus respectivos números másicos expresadas en UMAs, y por lo tanto, también serían números enteros como ocurre con el número atómico. Sin embargo, al existir varios isótopos de cada elemento y al estar todos mezclados y en cantidades desiguales, la masa atómica que se puede medir no es más que una media ponderada (teniendo en cuenta la proporción en que se encuentra cada uno) de las masas de los distintos isótopos. Ejemplo: ¿Cual será la masa atómica del Cloro si sabemos que existen de él dos isótopos con 18 y 20 neutrones y que se encuentran en una proporción de un 77,5 % y un 23,5 % respectivamente? Z para el cloro es 17, tal y como puedes ver en la Tabla Periódica. Los números másicos de los dos isótopos serán: I 35,45 UMA sótopo 1: A = Z + N = 17 + 18 = 35 Isótopo 2: A = Z + N = 17 + 20 = 37 Masa atómica: 35 UMA x 0,775 + 37 UMA x 0,225 = que es el dato que aparece en la Tabla Periódica. Es muy común utilizar masas atómicas relativas, que es las veces que la masa atómica del elemento es superior a la UMA. Viene determinado por el mismo número pero sin unidades. Así, la masa atómica relativa del cloro sería 35,45. Habitualmente, suele predominar un isótopo, que es el que tiene el número másico más cercano a la masa atómica que aparece en la Tabla. Así, el isótopo mayoritario del hidrógeno es el 1 (1H), del oxígeno es el 16 (16O), del carbono el 12 (12C)... Actividad J: El magnesio tiene 3 isótopos estables: el 24Mg mayoritario con un 78,6 %, el 25Mg, con un 10,1 %, y el 26Mg, con un 11,3 %, ¿Cuál será su masa atómica relativa? Actividad K: Indica el número de protones, neutrones y electrones de los isótopos neutros más abundantes de los siguientes elementos: Fósforo, Níquel, Plata, Kriptón (Kr), Plomo. 1.8.Iones.Ya hemos dicho que los átomos en estado normal son neutros, es decir, tienen el mismo número de protones y de electrones (cargas positivas y negativas). Sin embargo, en determinadas circunstancias los átomos pueden perder o ganar electrones, con lo que convierten en átomos con carga o “iones”, que pueden ser con carga negativa, si han adquirido algún electrón (“aniones”) o con carga positiva, si han perdido algún electrón (“cationes”). Por ejemplo, el átomo de Sodio (Na) (Z = 11) en estado neutro tendrá 11 protones y 11 electrones. Cuando reacciona con otro elemento suele perder 1 electrón con lo que queda con 11 protones y 10 electrones, es decir, con una carga neta positiva. Se habrá formado el catión Sodio, que se representa normalmente como Na+. Vemos, pues, que únicamente el número de protones (número atómico) es invariable en un elemento y es el responsable de su identificación. Actividad L: a) ¿Cuantos electrones tendrán los siguientes iones: Ca2+, Cl-, Al3+, O2-. b) Decide cuales de ellos son cationes y cuales aniones.
1.9.Configuración electrónica. (Nivel 2)Ya sabemos que los electrones forman parte de la corteza del átomo. Éstos giran alrededor del núcleo formando capas con un número máximo de electrones por cada capa. Pues bien, el número máximo de electrones que puede contener una capa es de 2n2, siendo “n” el número de la capa. Así, en la primera capa puede haber hasta 2 electrones, en la segunda hasta 8, en la tercera hasta 18... Este reparto de los electrones por capas tiene la limitación de que la última capa no puede contener más de 8 electrones (regla del OCTETO). Por ejemplo, el Calcio (Ca) tiene 20 electrones distribuidos así: 2 electrones en la primera capa, 8 en la segunda, 8 en la tercera y 2 en la cuarta. Sin embargo, la distribución de los electrones por capas no suele ser tan simple. Existen también subcapas dentro de las capas que se entremezclan entre unos niveles y otros, lo que obliga a seguir unas reglas a la hora de situar los electrones. En la primera capa sólo existe un nivel (“s”) en el que caben dos electrones. La segunda capa contiene 2 niveles: uno “s” similar al de la primera capa (con cabida para 2 electrones) y uno “p” en el que caben 6 electrones, es decir, en total 8 electrones tal y como habíamos adelantado. En la tercera hay un nivel “s” (2 electrones), uno “p” (6 electrones) y uno “d” (10 electrones): en total 18 electrones. Y así sucesivamente, la cuarta capa tiene además un subnivel “f” (14 electrones)... P  ero a la hora de llenarse de electrones los átomos, llenan primero el nivel 4s que el 3d (si no, no se cumpliría la regla del OCTETO); igualmente ocurre en muchos más casos, por lo que conviene guiarse por el esquema de flechas siguiente que marca la prioridad en el llenado de electrones. Fíjate que en la quinta capa no hemos añadido un nivel más. No es que no exista. Lo que pasa es que no hay átomo que tenga tantos electrones como para llenarlo, ya que se tendrían que llenar antes los niveles “s”, “p” y “d” de la sexta capa y el “s” de la séptima. El orden de llenado de orbitales es pues: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d ... Ejemplo: ¿Cómo será la configuración electrónica del Oro (Au)?. Lo primero es mirar en la Tabla Periódica y ver que su número atómico es 79. Eso significa que tiene 79 protones, y que en estado neutro debe tener también 79 electrones. Ahora procederemos a irlos colocando siguiendo el diagrama de las flechas hasta que sumen 79: 1s (2 electrones), 2s (2 electrones), 2p (6 electrones), 3s (2), 3p (6), 4s (2), 3d (10), 4p (6), 5s (2), 4d (10), 5p (6), 6s (2), 4f (14), 5d (9) Vemos que, aunque en el nivel 5d cabrían 10 electrones (como en todos los “d”), ya sólo le restaban 9 para completar los 79 electrones de que disponía. 1 s2 2 s2 p6 3 s2 p6 d10 4 s2 p6 d10 f14 5 s2 p6 d9 6 s2 Normalmente, la configuración electrónica se representaría así: Actividad M: Escribe la configuración electrónica de los siguientes elementos neutros e iones: P Ni Ag Kr Pb Ca2+ Cl– Al3+ O2–
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