Estructura de la Materia Décimo segunda sesión Configuraciones electrónicas (2) Propiedades periódicas

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Primera Regla de Hund O de máxima multiplicidad de espín. El término de mayor multiplicidad de espín tiene menor energía. M=2S+1 S- espín total 3

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¿Por qué la excepción del Cr? Para el Cr, y solamente para él los orbitales 3d y 4s son degenerados

Multiplicidad

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Otras excepciones <=Lleno 4d y vacío 5s Cu [Ar]4s1 3d10 <= Prefiere llenar d, dejando s con 1 Nb [Kr]5s1 4d4 <= El 5s y el 4d están muy cercanos en energía Mo [Kr]5s1 4d5 <= Parecido al Cr. Ru [Kr]5s1 4d7 <= 5s semillena Rh [Kr]5s1 4d8 Pd [Kr]5s0 4d10 <=Lleno 4d y vacío 5s Ag [Kr]5s1 4d10 <=Semilleno 5s y lleno 4d 16

¿Qué átomos neutros se están indicando con las siguientes configuraciones electrónicas (no necesariamente del estado basal)?: [Ar]4s23d1 [Kr]4d45s2 [Kr]5s25p1 1s22s23s1 Presente las razones de su respuesta.

Propiedades Periódicas de los Elementos 18

“La Tabla Periódica (los elementos y la estructura atómica)” Librito: http://cea.quimicae.unam.mx/~Estru/ “La Tabla Periódica (los elementos y la estructura atómica)” 19

Ley Periódica Dimitri Ivánovich Mendeleiev (1834-1907) 20

Ley Periódica (2) “Las propiedades de los elementos químicos dependen periódicamente de sus números atómicos” (pesos atómicos, según la definición original de Mendeleiev) 21

Tabla Periódica Larga (2016) 22

Nomenclatura 23

Alrededor de 30 propiedades de los elementos muestran periodicidad 24

Propiedades Periódicas 1 Radio atómico Radio iónico Volumen atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad 25

Propiedades Periódicas 2 Valencia y número de oxidación Potencial estándar de óxido-reducción Densidad Puntos de ebullición y fusión Calores de evaporización, sublimación y solvatación 26

Propiedades Periódicas 3 Dureza Maleabilidad Comportamiento magnético Energía de enlace Coeficiente de expansión térmica Índice de refracción 27

Propiedades Periódicas 4 Espectro óptico (Visible, UV y RX) Conductividad térmica y eléctrica Etc. 28

Carga Nuclear Efectiva 29

Carga Nuclear Efectiva John C. Slater (1900-1976). En 1930, propuso una serie de reglas para calcular S. 30

Reglas de Slater Se escribe la configuración electrónica del elemento en cuestión en orden creciente de n y de l para la misma n: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p, etc. 31

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) Reglas de Slater (2) Se agrupan los orbitales de la siguiente forma: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) (5s 5p), etc. 32

Reglas de Slater (3) Si el electrón considerado está en un grupo (ns np): Los electrones a la derecha del grupos (ns np) considerado no contribuyen a la pantalla. 33

Reglas de Slater (4) Los electrones en el mismo grupo (ns np) que el considerado contribuyen a la pantalla con 0.35 de la carga del e-. Los electrones en n-1 contribuyen con 0.85 de la carga del e-. Los electrones en n-2 o menor contribuyen con 1 (pantalla completa). 34

Reglas de Slater (5) Si el electrón considerado está en un grupo (nd) o (nf). Los electrones a la derecha del grupos (nd) o (nf) considerado no contribuyen a la pantalla. 35

Reglas de Slater (6) Los electrones en el mismo grupo (nd) o (nf) que el considerado contribuyen a la pantalla con 0.35. Todos los electrones que se encuentran a la izquierda del grupo (nd) o (nf) considerado contribuyen a la pantalla con 1. 36

Ejemplo 1 ¿Cuál es la carga nuclear efectiva sobre el electrón de valencia del átomo del 7N?: 1s2 2s2 2p3 (1s)2 (2s2p)5 (1s)2 (2s2p)4  S = (40.35) + (20.85) = 3.10 Z* = 7 – 3.1 = 3.9 37

Ejemplo 2 Considérese el electrón de valencia del átomo de 30Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)2 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)1  S = (10.35) + (180.85) + (101) = 25.65 Z* = 30 - 25.65 = 4.35 38

Ejemplo 3 Considérese un electrón 3d del átomo de 30Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)2 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)9  S = (90.35) + (181) = 21.15 Z* = 30 - 21.15 = 8.85 39

Porcentaje de la Carga Nuclear Electrón de valencia del átomo de 30Zn: 14.5 % Electrón 3d del átomo de 30Zn 29.5 %

El electrón de valencia del Calcio. El electrón de valencia en el Mn. Utilizando las reglas de Slater, calcule la carga nuclear efectiva para los siguientes electrones: El electrón de valencia del Calcio. El electrón de valencia en el Mn. Un electrón 3d del Mn. El electrón de valencia del Br. 41

Carga Nuclear Efectiva Enrico Clementi (1931-) (en la foto) y D.L. Raimondi. Mejores cálculos para Z*. 42

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Na Mg Al Si P S Cl Ar Z 11 12 13 14 15 16 17 18 Z* (1s) 10.63 11.61 12.59 13.57 14.56 15.54 16.52 17.51 Z*(2s) 6.57 7.39 8.21 9.02 9.82 11.43 12.23 Z*(2p) 6.80 7.83 8.96 9.94 10.96 11.98 12.99 14.01 Z* (3s) 2.51 3.31 4.12 4.90 5.64 6.37 7.07 7.76 Z* (3p)   4.07 4.29 4.89 5.48 6.12 6.76

Tendencia de Z* sobre el electrón de valencia Aumenta 45

Radio Atómico No se pueden obtener radios de átomos aislados. Solo en agregados atómicos. No le puede asignar a un átomo un radio que le sea característico en todos los compuestos. 46

Radio Atómico (2) El procedimiento que se sigue consiste en medir el radio de un átomo en un gran número de compuestos (por medio de difracción de rayos X) y sacar un valor promedio cuando el átomo interviene en la formación de un cierto número y “tipo de enlace”. 47