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• Juan Carlos Anguizola

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Informe #7 Configuración electrónica y la tabla periódica Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Civil Licenciatura en Ingeniería Ambiental 1.1-Juan C. Cubilla 4-795-1777 Resumen Se ha logrado determinar los conceptos fundamentales de la tabla o sistema periódico, es el esquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Su base es la "Ley Periódica", la cual establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número... al igual que se habla de la configuración electrónica parte importante dentro de la estructura de la tabla periódica.

Objetivos 1. Determinar el conjunto de números cuánticos posibles en nivel de energía. 2. Escribir la configuración electrónica total y parcial incluyendo el diagrama de orbitales para el estado fundamental de un elemento, utilizando el principio de Aufbau. 3. Identificar los electrones de valencia presentes en un elemento dado. 4. Localizar n una tabla periódica los metales alcalinos, alcalinotérreos, gases nobles, metales de transición, De transición interna, actinos, bloques s, p, d y f. 5. Observar la relación que existe entre la estructura de la tabla periódica y la configuración electrónica de los átomos.

Marco Teórico Configuración Electrónica Los cuatros números cuánticos, n, l, ml, ms, son suficientes para identificar por completo un electrón en cualquier orbital de cualquier átomo. En cierto modo, se considera al conjunto de los cuatro números cuánticos como el domicilio de un electrón en un átomo, de la misma forma en que la calle, ciudad, el estado y el código postal especifican el domicilio de una persona. El valor de m, no influye en la energía, tamaño, forma u orientación de un orbital, pero si determina la distribución de los electrones en el orbital. (Chang, 1999)

Tabla Periódica La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos. Suele atribuirse a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en la variación manual de las propiedades químicas, y a Julius Lothar Meyer, que los ordenó a partir de sus propiedades físicas. La forma actual es una versión modificada de la de Mendeléyev y fue diseñada por Alfred Werner. (wikiquote.org, s.f.)

Materiales: Tabla Periódica Reactivos: Ninguno

PROCEDIMIENTO

1 PARTE: NUMEROS CUANTICOS 1. Determinar para n=4, el conjunto de los números cuántico posibles. 2. Desarrolle el conjunto de números cuánticos para los electrones de la subcapa 4d.

2 PARTE: Configuración Electrónica 1. Utilizando el orden de Aufbau escriba la configuración electrónica para un átomo cuyo número atómico es 16. 2. Escriba la configuración electrónica total y abreviada incluyendo el diagrama de orbitales para el estado fundamental del Cl y del Mn. 3. Usando diagramas de orbitales, represente la configuración electrónica del átomo de nitrógeno (Z=7). Aplique e3l principio de exclusión de Paulli y la regla de Hund. 4. Usando el diagrama de orbitales, represente la configuración electrónica del nivel de valencia para los siguientes elementos: P y Mg. 5. Escriba la configuración electrónica abreviada oar4a el átomo se yodo. 6. Indique el número de electrones de valencia que hay en el calcio, hierro, plata, plomo y antimonio.

3 PARTE: Estructura de la tabla periódica

1. Identifique en una tabla periódica los periodos y grupos o familias. ¿Cómo se enumeran? 2. Ubique los elementos que integran los bloques s, p, d y f, como los correspondientes a los metales representativos, a los de transición y a los de transición interna. ¿Diga cuantos electrones pueden ser albergados por los orbitales? 3. Identifique el grupo que integran los metales alcalinos, los alcalinotérreos, la familia del boro, la del carbono, la del nitrógeno, la del oxígeno, los halógenos y los gases nobles. Observe la configuración electrónica de los elementos que integran cada uno de estos grupos o familias. ¿Qué tiene en común? ¿A qué conclusión podemos llegar sobre su comportamiento? 4. Observe la configuración electrónica de los elementos que forman cada uno de los grupos de los metales de transición. ¿Qué tienen en común? ¿A qué conclusión podemos llegar sobre su comportamiento? 5. De acuerdo con la relación que existe entre la estructura de la tabla periódica y la configuración electrónica de los átomos, ¿Cuántos elementos hay en el tercer, cuarto y quinto periodo? 6. Los números atómicos del fosforo y el calcio son 15 y 20 respetivamente. Diga a qué grupo y periodo de la tabla periódica pertenecen.

7. Cierto elemento tiene la siguiente configuración electrónica: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. Diga a que periodo y grupo pertenece. ¿Cuántos electrones de valencia tiene? Identifique el elemento.

Resultados

6. a. Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Parte # 1

Electrones de Valencia: 2

1. 14 b. Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

2. n | Posibles valores en 1|

Electrones de Valencia: 2 y 3

| Designación de subcapa | | Posibles valores en m1 |

c. Ag:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1

| # de orbitales en subcapa |

Electrones de Valencia: 1

| # de orbitales en la capa | d. Pb:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 1 | 0 | 1s | 0 | 1 | 1 | 2 | 01 | 2s2p | 01,0,-1 | 13 | 4 | 3 | 012 | 3s3p3d | 01,0,-12,1,0,-1,-2 | 135 | 9 | 4 | 0123 | 4s4p4d4f | 01,0,-12,1,0,-1,23,2,1,0,1,-2,-3 | 1357 | 16 |

Parte # 2

5s2 5p 6 6s2 4f14 5d10 6p2

Electrones de Valencia: 2 e. Sb: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p3 Electrones de Valencia: 5

1. N=16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. 2. 17𝐶𝐿− = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 * [Ne] 3p4 * 1s 2s 2p 3s 3p * 25𝑀𝑛2+ =1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 * [Ar] 3d5 * 1s 2s 2p 3s 3p 3d 3. Z= 7 1s2 2s2 2p

4. 15𝑝3− =1s 2s 2p 3s * 12𝑀𝑔2+ = 1s 2s 2p

5. l = [Kr] 5p5

Parte # 3 1. Los períodos distribuidos en filas (horizontales) y se enumeran del 1 al 7 con números arábigos. Los grupos o familias están reunidos en columnas (verticales), los cuales están identificados con números romanos y distinguidos como grupos A y grupos B. Los elementos de los grupos A se conocen como elementos representativos y los de los grupos B como elementos de transición. Los elementos de transición interna o tierras raras se colocan aparte en la tabla periódica en dos grupos de 14 elementos, llamadas series lantánida y actínida.

2. Los grupos que pertenecen al bloque s son

5. De acuerdo con dicha relación concluimos

los grupos 1A y 2A, los primeros son llamados: alcalinos, mientras que los del grupo 2A son llamados: alcalinos térreos, los grupos que pertenecen al bloque p son los grupos 3, 4, 5 ,6 ,7 y 8 A. los nombres de cada grupo son: térreos, carbonoides, nitrogenoides, cal cógenos o anfígenos, halógenos y gases nobles, los del bloque d son todos los del grupo B, esos no tienen un nombre especifico y los del bloque f son los llamados lantánidos y actínidos, o tierras raras. El total de: 2, 6, 10 y 14 son el número de electrones que pueden albergar los orbitales s, p, d y f respectivamente (que corresponden al número cuántico del momento angular =0,1,2,3)

que hay en el tercer periodo 8 elementos, El cuarto y el quinto periodos contienen 18 elementos: dos en el bloque S, diez en el bloque D y seis en el bloque P.

3. Estos son los elementos que componen cada grupo: metales alcalinos: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio; metales alcalino térreos: berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio; la familia del boro: boro, aluminio, galio, indio y talio; la familia del carbono: carbono, silicio, germanio, estao, y plomo ; familia del nitrógeno: nitrógeno, fosforo, arsénico, antimonio y bismuto; la del oxígeno: oxigeno, azufre, selenio, teluro y polonio; los halógenos :flúor, cloro, bromo , astato y yodo y los gases nobles: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón. Podemos decir lo que tienen en común es que pertenecen al bloque de los elementos representativos y concluimos que el comportamiento de cada uno de ellos es regular.

4. Estos elementos tienen en común que todos tienen en su configuración eléctrico llegan al nivel s y la conclusión de su comportamiento es que todos son de cargas negativas.

6. El fosforo pertenece al grupo V A y al periodo 3; el calcio se encuentra en el grupo II A y periodo 4.

7. Este elemento es el germanio, está en el periodo 4 y en el grupo V A; contiene 4 electrones de valencia.

Discusión de resultados Parte # 1 1. 4 es igual a f, donde hay 7 orbitales y en cada orbitales cabe 2 electrones por lo tanto hay 14 electrones posibles. 2. El número de subcapas en una capa principal es igual al número cuántico principal, esto es, hay una subcapa en la capa principal con n=1, dos subcapas en la capa principal con n=2, y así sucesivamente. El nombre dado a una subcapa, independientemente de la capa principal en la que se encuentre, está determinado por el número cuántico l, de manera que como se ha indicado anteriormente: l=0 (subcapa s), l=1 (subcapa p), l=2(subcapa d) y l=3 (subcapa f). Parte # 2 1. Se utiliza el orden de Aufbau en el cual Se inicia por aquellos de menor energía a aquellos contiene una serie de instrucciones relacionadas a la ubicación de electrones en los orbitales de un átomo. 2. Se usa la configuración electrónica y luego el gas noble anterior a dicho elemento y sus últimos orbitales atómicos para sacar la configuración electrónica abreviada.

3. Se usa el Principio de exclusión de Pauli “Dos electrones en un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales” Si dos electrones tienen iguales n, l y m por tanto se encuentran en el mismo orbital, por lo tanto, es necesario que un electrón tenga un s =+1/2 y el otro un s = -1/2 4. La valencia es el máximo número de átomos univalentes (originalmente átomos de hidrógeno o cloro) que pueden combinarse con un átomo del elemento en consideración, o con un fragmento, o para el cual un átomo de este elemento puede ser sustituido. Es por esto que cuando la valencia es negativa se le suma y cuando es positiva de le resta al elemento o átomo. 5. Para obtener la configuración electrónica abreviada se usa el gas noble anterior en este caso del Yodo que sería el Kr y sus últimos orbitales. 6. Para indicar el número de electrones de valencia de un elemento se utiliza el nivel más alto y se suman los electrones que tengan si hay dos niveles más altos como es el caso del Oxigeno que sus niveles más altos serian el 2s2 y 2p4, y al sumar los electrones, sus electrones de valencia sería el 6. Parte # 3 Para desarrollar esta parte utilice definiciones de internet en sitios como Wikipedia, entre otros sitios webs y definiciones de libros como: Química general de White, Davis y Peck.

CUESTIONARIO 1. Explique porque dos electrones localizados en un mismo orbital, no pueden tener los mismos números cuánticos. * Por el Principio de exclusión de Pauli que dice que en un mismo átomo no puede haber dos electrones que tengan iguales los cuatro números cuánticos, por lo menos se deben de diferenciar en el de spin, ya que si esto pasara todos serian igual. 2. Explique porque en la capa de valencia la configuración correspondiente al átomo de plata es 5s1, 4d10 en el lugar de 5s2, 4d9. * En la plata la configuración electrónica teórica es Ag = (Kr) 5s2 4d9. La configuración real es: Ag = (Kr) 5s1 4d10 que es mucho más estable, debido a que los orbitales llenos son los de máxima estabilidad y también son estables, aunque menos los semi ocupados. En la configuración teórica está lleno el orbital s, pero el d no está ni lleno ni semi ocupado. En la configuración real el orbital s esta semi ocupado y el d está lleno. La energía necesaria para pasar un electrón de 5s a 4d es menor que la que se desprende al conseguir mayor estabilidad. 3. Explique porque la configuración del nitrógeno es más estable que la del oxígeno. * La configuración electrónica del nitrógeno en su capa de valencia es: 2S2 2P3 y la del oxígeno es: 2s2 2p4, como deberías saber existen 3 sub-orbitales "P" el x, y, z, como el nitrógeno tiene SOLO un electrón en cada suborbital es más estable que el oxígeno, lo tiene "lleno" a la mitad.

4. Explique porque los gases nobles son químicamente inertes. * Esto se dice por la teoría del octeto. Cuando los demás elementos reaccionas, lo hacen intentando completar el octeto en el último orbital, por ejemplo, el oxígeno atómico tiene 6 electrones en el último orbital, tomemos el oxígeno molecular (dos moléculas de oxigeno atómico), este tiene dos uniones covalentes (comparten 2electrones cada uno), permitiéndole completar el octeto. Los gases nobles ya tienen el octeto completado, por lo que no reaccionan. 5. ¿Porque se esperaría que los elementos cinc, cadmio y mercurio estén en el mismo grupo? * Porque tienen la misma distribución electrónica en su capa de valencia Ns2 nd10, donde n= número cuántico principal. 6. Explique qué tienen en común la serie de elementos que van el 90 al 103 conocido como actínidos. * Estos tienen en común que sus niveles son iguales porque todos terminan en 7s2; todos sus isótopos son radiactivos. 7. ¿Cuántas subcapas presentan los metales de transición? * Los elementos con electrones externos en orbitales d se conocen cm elementos de transición o metales de transición. Los elementos de transición, el bloque d de elementos, se localiza en la región central de la tabla periódica, donde hay 10 columnas, de d1 a d10, q corresponden a los electrones q pueden ocupar un subnivel d y q son 1 a 10. Esto quiere decir q los metales de transición presentan 10 subcapas.

8. ¿Por qué los electrones de valencia del calcio y el potasio residen en el orbital 4s en el lugar del 3d? * Es por esto; deberíamos empezar a llenar los orbitales 3d, sin embargo, el comportamiento químico del potasio es que mantienen un electrón de valencia desapareado en un orbital s, por lo que al potasio le correspondería la configuración [Ar] 4s1 y el calcio la configuración es [Ar] 4s2. Por lo tanto, el orbital 4s tendrá que tener menor energía que los orbitales 3d (el apantallamiento de los electrones en los orbitales 3d es mayor que el de los electrones en los orbitales 4s). 9. Mencione cinco similitudes entre los elementos del grupo 1 A 1. Son tan reactivos que en la naturaleza siempre se encuentran combinados con otros elementos. 2. Tienen un punto de fusión bajo en comparación con otros metales. 3. Son blandos. 4. Se caracterizan por la pérdida de un electrón por átomo metálico, estos metales son agentes reductores muy fuerte. 5. Muestran recién cortados un color blanco argentino que se empaña rápidamente por oxidación al exponer la superficie al aire. Conclusiones 1. Se logró conocer de una mejor manera la tabla periódica y la importancia que tiene esta y como se divide. 2. Aprendimos acerca de los elementos representativos, de transición y de tierras raras, acerca de los subniveles que abarca cada uno, y las propiedades que sus elementos tienen en común para estar ubicados. 3. Aprendimos cómo funciona la configuración electrónica y usamos ciertas reglas como la de Pauli, Hund y el principio de Aufbau.

Bibliografía Chang, R. (1999). Quimica . Mc Graw Hill. Whitten, D. P. (1998). Quimica General. Mc Graw Hill. wikiquote.org. (n.d.). Retrieved from https://es.wikiquote.org/wiki/Tabla_ peri%C3%B3dica_de_los_elementos