1 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO Dpto. de Física y Química4º E.S.O. FÍSICA Y QUÍMICA 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO R. Artacho Dpto. de Física y Química

2 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO ÍndiceCONTENIDOS 1. Las partículas y el átomo  2. Modelos atómicos  3. Distribución de los electrones en un átomo  4. El sistema periódico de los elementos  5. Propiedades periódicas de los elementos CRITERIOS DE EVALUACIÓN ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Reconocer la necesidad de usar modelos para interpretar la estructura de la materia utilizando aplicaciones virtuales interactivas para su representación e identificación. 1.1. Compara los diferentes modelos atómicos propuestos a lo largo de la historia para interpretar la naturaleza íntima de la materia, interpretando las evidencias que hicieron necesaria la evolución de los mismos. 2. Relacionar las propiedades de un elemento con su posición en la Tabla Periódica y su configuración electrónica. 2.1. Establece la configuración electrónica de los elementos representativos a partir de su número atómico para deducir su posición en la Tabla Periódica, sus electrones de valencia y su comportamiento químico. 2.2. Distingue entre metales, no metales, semimetales y gases nobles justificando esta clasificación en función de su configuración electrónica. 3. Agrupar por familias los elementos representativos y los elementos de transición según las recomendaciones de la IUPAC. 3.1. Escribe el nombre y el símbolo de los elementos químicos y los sitúa en la Tabla Periódica.

3 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomo1.1. Descubrimiento del electrón Experiencia de J. J. Thomson (1987) En el interior de todos los átomos hay una o más partículas cargadas negativamente llamadas electrones.

4 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomo1.1. Descubrimiento del electrón Experiencia de Robert Millikan y Harvey Fletcher (1909) 𝒎 𝒆 =𝟗,𝟏𝟏· 𝟏𝟎 −𝟑𝟏 𝒌𝒈 𝒒 𝒆 =−𝟏,𝟔· 𝟏𝟎 −𝟏𝟗 𝑪

5 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomo1.2. Descubrimiento del protón y del neutrón En 1918 Rutherford descubre el protón 𝒎 𝒑 =𝟏𝟖𝟒𝟎· 𝒎 𝒆 𝑛 𝑝 En 1932 Chadwick descubre el neutrón 𝒎 𝒏 ≈ 𝒎 𝒑

6 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomo1.2. Descubrimiento del protón y del neutrón Protón Electrón Neutrón Masa 1,673· 10 −27 𝑘𝑔 9,11· 10 −31 𝑘𝑔 1,675· 10 −27 𝑘𝑔 Carga +1,6· 10 −19 𝐶 −1,6· 10 −19 𝐶 Protón Electrón Neutrón Masa 1 𝑢 𝑢 Carga +1 𝑒 −1 𝑒 1 𝑢=1,66· 10 −27 𝑘𝑔 Hoy día sabemos que existen otras partículas más pequeñas llamadas quarks, que forman los protones y neutrones.

7 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomo1.2. Descubrimiento del protón y del neutrón Ejemplo resuelto Calcula cuánto valen la masa del protón y la masa del electrón en unidades atómicas 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑡ó𝑛=1,67· 10 −27 𝑘𝑔· 1 𝑢 1,66· 10 −27 𝑘𝑔 ≃𝟏 𝒖 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛=9,11· 10 −31 𝑘𝑔· 1 𝑢 1,66· 10 −27 𝑘𝑔 =𝟓,𝟓𝟗· 𝟏𝟎 −𝟒 𝒖

8 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 1. Las partículas del átomoACTIVIDADES Trabajando en el SI, ¿cuál es la masa de un átomo que tiene 3 protones, 3 electrones y 4 neutrones? Y si no tuviese electrones? Resuelve la actividad anterior trabajando a escala atómica. Teniendo en cuenta las masas del protón y del electrón en kg que se leen en la tabla, comprueba que la masa del protón es unas 1840 veces mayor que la del electrón.

9 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.1. El modelo atómico de Thomson Thomson plantea su modelo como un pastel de frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva. La carga negativa total de los electrones era la misma que la carga total positiva de la esfera, por lo que dedujo que el átomo era neutro.

10 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.2. La experiencia de la lámina de oro Hans Geiger y Ernest Marsden Del análisis de los resultados observó: La mayoría de las partículas atraviesan la lámina sin desviarse (99,9 %). Algunas partículas se desvían (0,1 %).

11 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.3. El modelo atómico de Rutherford + Núcleo: aquí se concentra casi la totalidad de la masa del átomo, y tiene carga positiva. Corteza: está formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares (sistema solar en miniatura)

12 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.3. El modelo atómico de Rutherford Hechos que no explica el modelo de Rutherford  La estabilidad del átomo  El espectro de los átomos Espectro visible espectro del Mercurio. Espectro del mercurio

13 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.4. El modelo atómico de Bohr (1913) El átomo está formado por un núcleo, donde están los protones y neutrones, y una corteza donde se encuentran los electrones (modelo de capas). POSTULADOS Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía. Los electrones solo se pueden mover en determinadas órbitas. En cada órbita el electrón tiene cierta energía que es menor cuanto más cerca está del núcleo. Cuando un electrón pasa de una órbita a otra, absorbe o emite la energía que observamos en los espectros atómicos.

14 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.4. El modelo atómico de Bohr (1913)

15 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.5. El modelo actual Al estudiar el espectro de muchos átomos diferentes, se encontró que había muchas más rayas de las que se podían explicar con el modelo de Bohr. Erwin Schrödinger dedujo que en cada capa o nivel de energía había varios subniveles, determino cuántos subniveles había y como estaban distribuidos los electrones en cada uno de ellos.

16 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.5. El modelo actual Los orbitales atómicos Se llama orbital a la región del espacio en la que existe una probabilidad elevada de encontrar al electrón Orbitales d

17 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 2. Modelos atómicos2.5. El modelo actual Localización de los orbitales Nivel Subnivel Nº electrones por subnivel Nº electrones por nivel 1 S 2 8 P 6 3 18 D 10 4 32 F 14

18 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos 2.5. El modelo actual La energía en los orbitales (diagrama de Moeller)

19 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO2. Modelos atómicos ACTIVIDADES De los siguientes orbitales, indica cuáles tienen la misma forma: 1s 4f 2p 5s 3s 5p 3d 5d 5. Un átomo tiene electrones hasta completar todos los orbitales 5p. Escribe todos los orbitales donde hay electrones.

20 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO3. Distribución de los electrones en un átomo Además de girar sobre el núcleo, los electrones giran sobre si mismos que denominamos spin.

21 1 𝑠 2 2 𝑠 2 2 𝑝 𝑥 2 2 𝑝 𝑦 1 2 𝑝 𝑧 1 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO3. Distribución de los electrones en un átomo 3.1. Configuración electrónica Se llama configuración electrónica de un átomo al modo en que están distribuidos los electrones alrededor del núcleo. En cada orbital solo puede haber, como mucho, dos electrones, que tienen espines opuestos. Los electrones se van colocando en el átomo ocupando el orbital de menor energía que esté vacante. Cuando se llenan orbitales de la misma energía, primero se coloca un electrón en cada uno de los orbitales y, cuando todos tienen uno, se coloca el segundo electrón. Es la configuración más estable. Ejemplo La configuración electrónica del átomo de oxígeno que tiene 8 electrones: 1 𝑠 2 2 𝑠 2 2 𝑝 𝑥 2 2 𝑝 𝑦 1 2 𝑝 𝑧 1

22 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO3. Distribución de los electrones en un átomo 3.1. Configuración electrónica Configuración electrónica de algunos elementos Elemento Configuración Orbitales 1s 2s 2px 2py 2pz 3s H He Li C N O F Ne Na 1s1 1s2 1s2 2s1 1s2 2s2 2p2 1s2 2s2 2p3 1s2 2s2 2p4 1s2 2s2 2p5 1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p6 3s1

23 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO3. Distribución de los electrones en un átomo 3.2. Electrones de valencia Los electrones de valencia son los que se sitúan en su última capa y son los que determinan el comportamiento químico de los átomos. Elemento Z Conf. Electrónica Capa de valencia O 8 1 𝑠 2 2 𝑠 2 2 𝑝 4 2 𝑠 2 2 𝑝 4 He 2 1 𝑠 2 Ne 10 1 𝑠 2 2 𝑠 2 2 𝑝 6 2 𝑠 2 2 𝑝 6 Kr 36 1 𝑠 2 2 𝑠 2 2 𝑝 6 3 𝑠 2 3 𝑝 6 4 𝑠 2 3 𝑑 𝑝 6 4 𝑠 2 4 𝑝 6 Cuando un átomo tiene completos los orbitales s y p de la última capa, se dice que tiene la capa completa.

24 s p d f 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO3. Distribución de los electrones en un átomo 3.3. La configuración electrónica y la tabla periódica s2 s2 s1 BLOQUES p5 p4 p6 p3 p1 p2 s p d10 d8 d7 d9 d6 d4 d3 d5 d2 d1 d ns2 npx nsx ns2 (n-1)dx f10 f 8 f 7 f 9 f 6 f 4 f 3 f 5 f 2 f 1 f14 f12 f11 f13 f Elementos representativos Metales de transición Metales de transición interna ns2 (n-1)d10 (n-2) fx

25 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 4. El sistema periódico de los elementos

26 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO 4. El sistema periódico de los elementosACTIVIDADES 6. Haz la configuración electrónica de los elementos: Mg, Mn, P, Ar, Pb y U. Indica, basándote en ella, a qué grupo y periodo de la tabla periódica pertenecen. 7. Haz en tu cuaderno una tabla similar a esta y completa la información para los siguientes elementos: Grupo Periodo Conf. de valencia Sr Ni S Xe Np

27 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO5. Propiedades periódicas de los elementos 5.1. El tamaño de los átomos Crece en un grupo Decrece en un periodo

28 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO5. Propiedades periódicas de los elementos 5.2. El carácter metálico Metales: Pierden fácilmente electrones para formar cationes Forman compuestos con los no metales, pero no con otros metales No Metales: Ganan fácilmente electrones para formar aniones Forman compuestos con los metales, y otros con los no metales Semimetales o metaloides: Poseen propiedades intermedias entre los metales y los no metales (Si, Ge)

29 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO5. Propiedades periódicas de los elementos 5.2. El carácter metálico

30 2. ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO5. Propiedades periódicas de los elementos ACTIVIDADES Ordena los siguientes elementos según el tamaño de sus átomos: Tl, Ga, Al, In y B. P, Cl, Mg, Al, Na y S. F, Cs, Mg, P y Ca. 7. Indica cuántos electrones tiene que ganar o perder un átomo de los siguientes elementos para alcanzar la configuración de gas noble más próximo: Elemento Nº elec. nivel de valencia Electrones que gana Electrones que pierde Carga del ion Rb Rubidio 1 +1 Ga Sn I