Reseña histórica de la teoría atómica: modelos atómicos de Dalton, Thompson, Rutherford, Bohr. Modelo mecano-cuentico. Radiación electromagnética. Números




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CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Es la representación esquemática de la distribución de los electrones en un átomo, de acuerdo con el modelo atómico de Bohr. Los electrones tienden a ocupar orbítales de energía mínima. La siguiente figura  muestra el orden de llenado de los orbítales:
http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image004.gif
La distribución electrónica se realiza comenzando por el 1s2 y se sigue la flecha, en la figura los subniveles están representados con su número máximo de electrones, pero no siempre se cumplirá, de acuerdo al elemento el último subnivel puede contener menos electrones que su máximo.
Ejemplo 1.

Escribir la distribución electrónica de los elementos: litio, boro, sodio y calcio.

Rta.

  1. Litio (Z = 3) es: 1s2 2s1

  2. Boro (Z = 4) es: 1s2 2s2

  3. Sodio (Z = 11) es: 1s2 2s2 2p6 3s1

  4. Calcio (Z = 20) es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2


Ejemplo 2.

Dada la configuración electrónica de los siguientes átomos, determine su número de protones

y electrones y su número atómico ( Z )

a) N: [He] 2s 2 2p 3

b) F: [He] 2s 2 2p 5

c) Al: [Ne] 3s 2 3p 1

d) S: [Ne] 3s 2 3p 4

e) Ca: [Ar] 4s 2

Rta.

a) N: [He] 2s 2 2p 3 = 2He 2s 2 2p 3 = 7 e- = (por ser átomo neutro) = 7 p+  Z = 7

b) F: [He] 2s 2 2p 5 = 2He 2s 2 2p 5 = 9 e- = (por ser átomo neutro) = 9 p+  Z = 9

c) Al: [Ne] 3s 2 3p 1 = 10Ne 3s 2 3p 1 = 13 e- = (por ser átomo neutro) = 13 p+  Z = 13

d) S: [Ne] 3s 2 3p 4 = 10Ne 3s 2 3p 4 = 16 e- = (por ser átomo neutro) = 16 p+  Z = 16

e) Ca: [Ar] 4s 2 = 18Ar 4s 2 = 20 e- = (por ser átomo neutro) = 20 p+  Z = 20
La forma que se ha usado hasta ahora para escribir la notación electrónica es la notación convencional; también se usa el diagrama orbital o notación orbital. Cuando se escribe un diagrama orbital, se usan flechas para indicar los electrones (↑), por ejemplo ↑ representa spin +1/2 y ↓ representa spin -1/2.
Por ejemplo, el diagrama orbital para los cinco primeros elementos será:


NOTACIÓN CONVENCIONAL

DIAGRAMA ORBITAL

  1. 1H

     1s 1

 http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image006.gif

  1. 2He

   1s 2

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image005.gif

  1. 3Li

  1s 2 2s 1

 http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image007.gif

  1. 4Be

  1s 2 2s 2

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image008.gif

  1. 5B

  1s 2  2s 2  2p 1

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image009.gif

Otra manera alterna de escribir la configuración parcial, es escribiendo el símbolo del gas noble que le precede entre corchetes, seguido de los electrones presentes por encima del gas noble.
Por ejemplo, para el sodio y calcio será:

11Na

configuración parcial

[Ne] 3s1

20Ca

configuración parcial

[Ar] 4s2


REGLA DE HUND

Se aplica la regla de Hund de máxima multiplicidad cuando un orbital p, d, o f es ocupado por más de un electrón. Esta regla dice que los electrones permanecen sin aparear con espines paralelos en orbitales de igual energía, hasta que cada uno de estos orbitales tenga, cuando menos un electrón.
Por ejemplo, el diagrama orbital para el  fósforo:

15P

 [Ne]

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image010.gif

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image011.gif

 y no

[Ne]

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image010.gif

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image012.gif

Ningún orbital p puede poseer dos electrones hasta que todos los orbitales p tengan un electrón cada uno.
RADIACTIVIDAD

La radiactividad o radioactividad es un fenómeno físico natural, por el cual algunos cuerpos o elementos químicos llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, atravesar cuerpos opacos a la luz ordinaria, etc. Debido a esa capacidad se les suele denominar radiaciones ionizantes (en contraste con las no ionizantes). Las radiaciones emitidas pueden ser electromagnéticas, en forma de rayos X o rayos gamma, o bien corpusculares, como pueden ser núcleos de Helio, electrones o positrones, protones u otras.
La radiactividad es una propiedad de los isótopos que son "inestables". Es decir que se mantienen en un estado excitado en sus capas electrónicas o nucleares, con lo que para alcanzar su estado fundamental deben perder energía. Lo hacen en emisiones electromagnéticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cinética. Esto se produce variando la energía de sus electrones (emitiendo rayos X), sus nucleones (rayo gamma) o variando el isótopo (al emitir desde el núcleo electrones, positrones, neutrones, protones o partículas más pesadas), y en varios pasos sucesivos, con lo que un isótopo pesado puede terminar convirtiéndose en uno mucho más ligero, como el Uranio que con el transcurrir de los siglos acaba convirtiéndose en plomo.


  1. NATURAL

En 1 896 Becquerel descubrió que ciertas sales de uranio emitían radiaciones espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en caliente, en frío, pulverizado, disuelto en ácidos y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la misma. Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la forma física o química en la que se encontraban los átomos del cuerpo radiactivo, sino que era una propiedad que radicaba en el interior mismo del átomo.
El estudio del nuevo fenómeno y su desarrollo posterior se debe casi exclusivamente al matrimonio Curie, quienes encontraron otras sustancias radiactivas como el torio, polonio y radio. La intensidad de la radiación emitida era proporcional a la cantidad de uranio presente, por lo que dedujo Marie Curie que la radiactividad era una propiedad atómica. El fenómeno de la radiactividad se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. Se cree que la causa que lo origina es debida a la interacción neutrón-protón del mismo. Al estudiar la radiación emitida por el radio se comprobó que era compleja, pues al aplicarle un campo magnético parte de ella se desviaba de su trayectoria y otra parte no.
Pronto se vio que todas estas reacciones provenían del núcleo atómico que describió Rutherford en 1911, quien también demostró que las radiaciones emitidas por las sales de uranio eran capaces de ionizar el aire y de producir la descarga de cuerpos cargados eléctricamente.
Ejemplos de isótopos radiactivos naturales:

Uranio 235U y 238U; Torio 234Th y 232Th; Radio 226Ra y 228Ra; Carbono 14C; Tritio 3H; Radón 222Rn; Potasio 40K; Polonio 210Po


  1. ARTIFICIAL

Se produce la radiactividad inducida cuando se bombardean ciertos núcleos estables con partículas apropiadas. Si la energía de estas partículas tiene un valor adecuado penetran dentro del núcleo bombardeado y forman un nuevo núcleo que, en caso de ser inestable, se desintegra después radiactivamente. Fue descubierta por los esposos Jean Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie, bombardeando núcleos de boro y aluminio con partículas alfa. Observaron que las sustancias bombardeadas emitían radiaciones después de retirar el cuerpo radiactivo emisor de las partículas de bombardeo.
En 1934 Fermi se encontraba en un experimento bombardeando núcleos de uranio con los neutrones recién descubiertos. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi. Es más, en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos era bario. Muy pronto confirmaron que era resultado de la división de los núcleos de uranio: la primera observación experimental de la fisión. En Francia, Jean Frédéric Joliot-Curie descubrió que además del bario, se emitían neutrones secundarios en esa reacción, haciendo factible la reacción en cadena.
También en 1932 Mark Oliphant teorizó sobre la fusión de núcleos ligeros (de hidrógeno), describiendo poco después Hans Bethe el funcionamiento de las estrellas en base a este mecanismo.
El estudio de la radiactividad permitió un mayor conocimiento de la estructura del núcleo atómico y de las partículas subatómicas. Se abre la posibilidad de convertir unos elementos en otros. Incluso el sueño de los alquimistas de transformar otros elementos en oro se hace realidad, aunque no resulte rentable.
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