Los orbitales. Los orbitales. Los orbitales. son mayores. Así, las cantidades en rojo son kj/mol. Ahora los orbitales 2s y 2p

(1)

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 160

• Otros átomos hidrogenoides, también

tienen esquemas similares,

excepto que debido

a que la energía

depende de

Z,

los valores obtenidos

son mayores.

• Así, las cantidades en

rojo son kJ/mol

La ecuación de Schrödinger

5246 11807 1313.1 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 161

Los orbitales

• Y ¿Cómo son los orbitales? – Primero el orbital 1s

Los orbitales

– Ahora los orbitales 2s y 2p

Los orbitales

– Ahora los orbitales de la tercera capa:

3s 3d 3p

(2)

Los orbitales

– Ahora comparamos los orbitales s de estas tres capas

Los orbitales

– Y finalmente los comparamos todos:

3s 3d 3p 1s 2s 2p 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 166

• La parte angular de la función de onda describe la forma de la nube electrónica.

• Y varía dependiendo de la clase de orbital y de su orientación en el espacio (s, p, d o f).

• Sin embargo para cada tipo de orbital por ejemplo todos los s o todos los pz la función angular es idéntica, es decir no dependen de n.

• De esta manera tenemos que para cualquier orbital s, la función angular es así:

• l = 0, ml = 0:

Otra vez la ecuación de Schrödinger

Θ θ

( )

Φ φ

( )

=

1 4π













1 2 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 167

Los orbitales

– Y tienen esta forma:

(3)

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 168 • En tanto que para los orbitales pz, tiene esta

forma:

• l = 1, m_l = 0:

• Los orbitales p_x y p_y tienen una dependencia

de Θ(θ) y Φ(φ) diferente pero la misma

forma, es decir únicamente se orientan en el espacio de manera diferente.

La ecuación de Schrödinger

Θ θ

( )

Φ φ

( )

=

3 4π













1 2

cos θ

( )

Los orbitales

– Y su forma es así:

2p

_x

2p

_y

2p

_z

• Finalmente en el caso del orbital d_z2 se tiene esta dependencia angular de la función de onda:

• l = 0, m_l = 0:

• Los demás orbitales d también tienen una dependencia de Θ(θ) y Φ(φ) diferente. • Y también tienen diferentes orientaciones

en el espacio.

La ecuación de Schrödinger

Θ θ

( )

Φ φ

( )

=

5 16π













1 2

3 cos

2

(

_θ

₋₁

)

Los orbitales

• Y tienen esta forma:

3d_x2-y2

3d_z2

(4)

Símbolos atómicos

• En general representamos a los átomos con esta simbología: • Donde:

Z

A

_X

#

C

# de átomos en la fórmula #- Número de átomos

Valores positivos o negativos

C - Carga # de protones Z - Número atómico # de protones + neutrones A - Masa atómica 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 173

Símbolos atómicos

• A cada elemento se le asigna un símbolo único:

• Cada símbolo tiene una o dos letras y la primera siempre es mayúscula.

• Si el símbolo parece no ajustarse al nombre, es que el elemento tenía originalmente un nombre

diferente U Uranio Au Oro Ti Titanio He Helio Rn Radón H Hidrógeno O Oxígeno Cl Cloro N Nitrógeno C Carbono Ni Níquel Ba Bario K Potasio As Arsénico 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 174

Propiedades periódicas de los elementos

• La herramienta más importante para organizar y

recordar hechos químicos es la tabla periódica

• Está basada en la naturaleza periódica de las propiedades químicas de los elementos • Y también en la naturaleza periódica de las

configuraciones electrónicas de estos

• Los elementos en la misma columna tienen el mismo número de electrones de valencia

• Las similitudes en las propiedades químicas de los elementos, se pueden atribuir a las similitudes en la configuración de los electrones de valencia

Desarrollo de la tabla periódica

• Algunos elementos, como la plata y el oro, se encuentran naturalmente en su forma

elemental y fueron descubiertos hace miles de años

• Algunos elementos radiactivos son extraordinariamente inestables y su aislamiento depende de la tecnología moderna

• Aunque la mayoría de los elementos son estables, únicamente se pueden encontrar formando compuestos con otros elementos

(5)

Desarrollo de la tabla periódica

• Algunos elementos presentan características muy similares:

• Litio (Li), Sodio (Na) y Potasio (K) son metales blandos y muy reactivos

• Helio (He), Neón (Ne) y Argón (Ar) son gases que no reaccionan con otros elementos

• Al arreglar a todos los elementos en el orden de su número atómico, se observa que sus

propiedades físicas y químicas muestran un patrón de repetición periódico

• Un ejemplo de la naturaleza periódica de los átomos es que cuando están ordenados según su número atómico, cada uno de los metales blandos y reactivos de arriba, viene inmediatamente después de uno de los gases que no reaccionan

Desarrollo de la tabla periódica

• En el siglo XIX, se diseñaron métodos para

aislar muchos de los elementos de sus compuestos.

• A partir de ese momento se aíslan cada vez más y más elementos

• Para 1800 había 31 elementos identificados • Para 1865 había ya 63 elementos

identificados

• A medida que se fueron descubriendo y caracterizando más y más elementos, se intentaba al mismo tiempo encontrar si se podían agrupar y clasificar, de acuerdo a su comportamiento químico

Desarrollo de la tabla periódica

• Este esfuerzo, dio como resultado la tabla periódica de los elementos

• En el año de 1869,

• Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer

– publican independientemente esquemas de clasificación de los elementos

Desarrollo de la tabla periódica

• El primero, basado en sus

propiedades químicas

• El segundo, en sus propiedades físicas

• Ambos concluyen que:

–Los elementos pueden ordenarse de

acuerdo a su peso atómico

•Es decir, g / mol de su mezcla natural de isótopos

–Mostrando como resultado un arreglo con

(6)

La ley y la tabla periódicas

• Este es uno de los documentos originales de Mendeleiev: • Esta es la publicación de

1871 de Mendeleiev:

La ley y la tabla periódicas

Reihen Gruppe I. Gruppe II. Gruppe III. Gruppe IV. Gruppe V. Gruppe VI. Gruppe VII. Gruppe VIII.

- - - RH4 RH3 RH2 RH -R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7 RO4 1 H = 1 2 Li = 7 Be = 9,4 B = 11 C = 12 N = 14 O = 16 F = 19 3 Na = 23 Mg = 24 Al = 27,3 Si = 28 P = 31 S = 32 Cl = 35,5 4 K = 39 Ca = 40 - = 44 Ti = 48 V = 51 Cr = 52 Mn = 55 Fe = 56, Co=59 Ni=59, Cu=63 5 (Cu = 63) Zn = 65 - = 68 - = 72 As = 75 Se = 78 Br = 80 6 Rb = 85 Sr = 87 ?Yt = 88 Zr = 90 Nb = 94 Mo = 96 - = 100 Ru=104, Rh=104 Pd=106, Ag=108 7 Ag = 108 Cd = 112 In = 113 Sn = 118 Sb = 122 Te = 125 J = 127 8 Cs = 133 Ba = 137 ?Di = 138 ?Ce = 140 - - - -9 (-) - - - - -

-10 - - ?Er = 178 ?La = 180 Ta = 182 W = 184 - Os=195, Ir=197,

Pt=198, Au=199

11 (Au = 199) Hg = 200 Tl = 204 Pb = 207 Bi = 208 -

-12 - - - Th = 231 - U = 240 -

-

 La tabla de La tabla de MendeleievMendeleiev

La ley y la tabla periódicas

• Mendeleiev, en 1871, demuestra:

Que las propiedades de los elementos varían de manera periódica

• Así, la tabla periódica nos ayuda a comprender – el comportamiento

– las propiedades y

– la reactividad de los elementos

• Basados en que las propiedades de los elementos tienden a reproducirse de manera regular

(periódica) al ordenar a los elementos según su

número atómico

Desarrollo de la tabla periódica

• A continuación se indican los ocho principios periódicos de Mendeleiev (1860):

1. Los elementos exhiben una evidente

periodicidad de propiedades si se ordenan de acuerdo a su masa atómica.

2. Los elementos con propiedades similares tienen masas atómicas que son casi las

mismas (Pt, Ir, Os) o se incrementan

regularmente (K, Rb, Cs o Cl, Br I)

3. El arreglo de los elementos en grupos, corresponde tanto a la valencia, como en cierta medida a sus propiedades químicas distintivas.

(7)

Desarrollo de la tabla periódica

4.Los elementos que están más ampliamente

difundidos tienen masas atómicas pequeñas. 5.La magnitud de la masa atómica de un

determina el carácter del elemento. 6.Se debe esperar en los años próximos el

descubrimiento de muchos elementos aun desconocidos análogos al aluminio y silicio cuya masa será de 65 a 75.

7.La masa atómica de un elemento puede corregirse algunas veces, si conocemos los elementos contiguos a este, así la masa atómica del Te debe estar entre 123 y 126 y no 128. 8.Ciertas características de los elementos pueden

predecirse de su masa.

Desarrollo de la tabla periódica

• La insistencia de Mendeleiev en ordenar a los elementos de acuerdo a su peso atómico y agruparlos según sus características químicas, dio como resultado la aparición de una serie de agujeros en la tabla

• Ni el Galio (Ga), ni el Germanio (Ge) se conocían en la época, es decir había dos agujeros en la tabla de Mendeleiev debajo del Aluminio (Al) y el Silicio (Si)

• Concluye que debían de existir dos elementos que debían llenar los agujeros

• A estos dos elementos los llamó eka-aluminio y

eka-silicio

Desarrollo de la tabla periódica

• Ahora bien, Mendeleiev no solamente predijo la existencia del Ga y el Ge y otros elementos sino que también describió como eran,

• Es decir, describió algunas de sus propiedades físicas y químicas, entre ellas:

– El peso atómico aproximado,

– La manera en que se combinarían con O y Cl – Las propiedes de sus óxidos y cloruros

• Cuando el Ga y el Ge fueron descubiertos varios años más tarde, se observó que sus propiedades físicas y químicas eran las que Mendeleiev había predicho.

• Estos serán la mejor confirmación de la teoría

Desarrollo de la tabla periódica

• Para entender la importancia tanto del trabajo como de la confianza de Mendeleiev en su teoría, presentamos a continuación las predicciones hechas en 1869.

• Para darles nombres provisionales a los elementos que predijo, usó los prefijos eka-, dvi- y tri- del sánscrito, correspondientes a los números uno, dos y tres dependiendo de la posición que el elemento descubierto ocupaba debajo de un elemento conocido en su tabla.

– Eka-boro ⇒ escandio: Aislado por Lars F.

Nilson en 1879, Per T. Cleve reconoce la

correspondencia. Masa predicha 44, masa observada: 44.955910

(8)

Desarrollo de la tabla periódica

• En 1869 Mendeleiev predice las propiedades de un compuesto al cual llama eka-silicio, que no será aislado sino hasta 1882, el Germanio.

refractario refractario

Tipo de óxido

4.7 4.7

Densidad del óxido (g/cm3₎

Poco ácido Poco ácido

Actividad del óxido

86°C < 100°C

Punto de ebullición del Cloruro

1.9 1.9

Densidad del Cloruro (XCl4) (g/cm3)

gris gris Color 947°C Alto Punto de Fusión 5.35 5.5 Densidad (g/cm3₎ 72.59 72 Masa Atómica Germanio Eka-silicio Propiedad 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 189

Desarrollo de la tabla periódica

• En 1871 predice la existencia de otro elemento al que llamó eka-aluminio, la tabla muestra las características propuestas por Mendeleiev comparadas alas propiedades observadas para el Ga, descubierto en 1875.

Ga₂Cl₆ Ea₂Cl₆

Fórmula del cloruro

Ga₂O₃ Ea₂O₃

Fórmula del óxido

30.15 °C Bajo Punto de fusión 5.93 5.9 Densidad (g/cm3₎ 69.3 68 Masa atómica Galio Eka-aluminio Propiedad 1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 190

Desarrollo de la tabla periódica

• En 1871 predice la existencia de un elemento que no será aislado sino hasta 1937 por Emilio

Segré de muestras de Mo bombardeado con

deuterio en un ciclotrón a este elemento se le llamó tecnecio. Mendeleiev había predicho una masa de 100 para el eka-manganeso y el isótopo más estable es el 98_{Tc, cuya masa es de}

97.907214

• También en 1871 predice la existencia de un elemento entre el Th y el U.

• En 1900 William Crook aisla un material radiactivo del U sin poder identificarlo. • Será hasta 1949 que se reconoce que este

elemento era el Protoactinio.

Desarrollo de la tabla periódica

•La exactitud de las predicciones de Mendeliev para

los elementos desconocidos basadas en la tabla periódica, convencieron sin lugar a dudas de su

validez a los científicos de la época.

•Sin embargo, todavía se necesitaba una importante modificación

•Dado que Mendeleiev había ordenado a los elementos en términos de su masa relativa, esto le generó algunos problemas, por ejemplo el I tiene una masa relativa menor a la del Te, por tanto debía estar antes, pero para poner al I con el Cl y el Br, tuvo que ponerlo después.

•Será en 1913 que Moseley resuelve el problema al organizar los elementos en términos de su número atómico.

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