Tema 1. Taula periòdica i enllaç (I).

Els àtoms. Estructura i configuració electrònica. 


1.- LA CONSTITUCIÓ DE L'ÀTOM.

L’àtom és una estructura amb un nucli molt petit en relació amb la mida total de l'àtom.
  • Al nucli hi ha protons i neutrons.
  • Al voltant d'aquest nuncli es mouen els electrons a una distància del nucli molt gran en comparació amb la mida d'aquest. És a dir, la major part de l'àtom està buida.
També sabem que en l'àtom hi ha altres partícules més petites, anomenades quarks, que formen els protons i els neutrons.

 

Per representar un àtom s'utilitzen un símbol i dos nombres:

  • El nombre atòmic, Z, indica el nombre de protons de l'àtom.
  • El nombre màssic, A, indica la suma del nombre de protons i el nombre de neutrons.

En un àtom neutre, el nombre de protons coincideix amb el nombre d'electrons. Per tant, Z també representa el nombre d'electrons de l'àtom neutre.

Tots els àtoms d'un element químic tenen el mateix Z, és a dir, tots tenen el mateix nombre de protons.

Els isòtops són els àtoms que tenen el mateix nombre de protons i diferent nombre de netrons. Els isòtops són àtoms d'un mateix element químic.
En aquest video podeu veure de què està feta la matèria. Ens explica la constitució dels àtoms i de la matèria. També us permetrà recordar alguns dels conceptes que heu treballat a Biologia.

 També podeu veure-ho, fent click aquí.

2.- L'ÀTOM QUANTITZAT .

S'ha descobert que els electrons giren només a certes distàncies del nucli atòmic. És a dir, no poden girar a qualsevol distància.
Per això es diu que l’àtom està quantitzat, això vol dir que els electrons s'organitzen en nivells energètics que tenen una capacitat limitada com veurem posteriorment.

Per arribar al coneixement actual de l'àtom, molts han estat els que han proposat diferents models atòmics (Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, ...).
El següent video fa un recorregut per aquests models predecesors del que es considera model atòmic actual.


Ens centrarem ara amb el model atòmic de Bohr i el model del núvol electrònic:

      2.1.- EL MODEL ATÒMIC DE BOHR
 
 També podeu veure-ho, fent clic aquí. 

La càrrega negativa dels elements fa que siguin atrets pel nucli, que té càrrega positiva. Una manera de vèncer aquesta atracció és estar en moviment continu. 

El científic Niels Bohr (1885-1962),va fer un seguit d'estudis dels quals va deduir que els electrons giren al voltant del nucli descrivint només unes determinades òrbites circulars, on no perden energia encara que girin i, per consegüent, no cauen cap al nucli tal com es deia en models atòmics anteriors (per ex: Rutherford)

Així doncs, en l'àtom, els electrons i les seves òrbites s'organitzen en "capes" i en cada capa tindran una certa energia. Per això les capes s'anomenen nivells d'energia.
  • En el primer nivell, (el més proper al nucli atòmic) hi pot haver fins a 2 electrons .
  • En el segon nivell, hi pot haver fins a 8 electrons.
  • En el tercer nivell, hi pot haver fins a 18 electrons.
  • En el quart nivell, hi pot haver fins a 32 electrons.
 Els electrons es col.loquen en l'àtom ocupant el nivell de menys energia que estigui lliure. És a dir, si un àtom o ió té un electró, aquest se situarà en el primer nivell d'energia, és a dir, més a la vora del nucli.

Així doncs, en el model de Bohr, els electrons només es poden trobar girant en uns nivells d'energia determinats.
 
     2.2.- EL MODEL DEL NÚVOL ELECTRÒNIC
També podeu veure-ho, fent clic aquí.

Aquest és un video extret de la web: www.quimitube.com, on trobareu molta més informació de la matèria de química.

El model del Bohr no és prou precís per indicar on es troba cada electró d'un àtom. Unes investigacions van demostrar que alguns nivells d'energia tenien, al seu torn, subnivells.
Aquests estudis realitzats pel científic austríac Schrödinger (1887-1961), van permetre establir el model del núvol electrònic, que és el que actualment es considera vàlid.

La diferència més important entre aquests dos models és en aquests punts:
  • El model del Bohr suposa que els electrons estan situats en unes òrbites concretes a unes distàncies definides del nucli.
  • El model del núvol electrònic estableix que els electrons estan situats al voltant del nucli ocupant unes posicions més o menys probables, però no se'n pot predir la posició amb exactitud total.

Si poguéssim fotografiar les posicions que ocupa l'electró en el moviment que fa al voltant del nucli, tindríem un núvol de punts que seria més dens a les zones en què és més probable trobar l'electró i  més lleuger el les quals és menys probable.

Per tant, un orbital és la regió de l'espai en què hi ha una probabilitat elevada (superior al 90%) de trobar l'electró.

     2.2.1.- TIPUS D'ORBITALS

Hi ha diferents tipus d'orbitals que s'identifiquen amb les lletres: s, p, d i f. La forma i la mida d'un orbital depenen del nivell i del subnivell d'energia en què es troben, així:
  • Els orbitals s tenen forma esfèrica.
  • Els orbitals p tenen forma de vuit (8).
  • Els orbitals d i els f tenen formes més complexes.
 
Orbital tipus s
Orbitals tipus p
Orbitals tipus d

A més, l'orbital s del nivell 2 (anomenat 2s) és més gran que l'orbital s del nivell 1 (1s). I passa el mateix si comparem els 3s amb el 2s (el 3s és més gran), o el 3p amb el 2p.

El tipus d'orbital que hi ha en cada nivell també està determinat:
  • En el primer nivell, només hi ha un orbital de tipus s.
  • En el segon nivell, hi ha orbitals de tipus s i p.
  • En el tercer nivell, hi ha orbitals de tipus s, p i d.
  • En el quart nivell i els següents, hi ha orbitals de tipus s, p,d i f.



 3.- DISTRIBUCIÓ DELS ELECTRONS EN UN ÀTOM 

     3.1.- LA CONFIGURACIÓ ELECTRÒNICA

La configuració electrònica d'un àtom és la manera en què estan distribuits els electrons al voltant del nucli d'aquest àtom. 

La configuració electrònica d'un àtom s'obté seguint unes regles:
  1. En cada orbital només hi pot haver dos electrons.
  2. Els electrons es van col.locant en l'àtom ocupant l'orbital de menys energia que estigui vacant.
L'ordre d'ocupació dels orbitals està recollit a l'anomenat Diagrama de Moeller, on s'hi representen els tipus d'orbitals, és a dir, quan s'escriu un 2p, es representen els tres orbitals 2p (2px, 2py, 2pz); si s'escriu 3d, es representen els cinc orbitals 3d; i si s'escriu 4f es representen els set orbitals 4f.
Diagrama de Moeller


      3.2.- ELECTRONS DE VALÈNCIA I VALÈNCIA

Els electrons de valència són els electrons que es troben en els majors nivells d'energia de l'àtom, sent aquests els responsables de la interacció entre àtoms de diferents espècies o entre els àtoms d'una mateixa. Els electrons en els nivells d'energia externs són aquells que seran utilitzats en la formació de compostos i als quals se'ls denomina com electrons de valència.

Per exemple, el sofre (S) té z=16 i la seva configuració electrònica és:


                             1s2 2s2 2p6 3s2 3p4



Veiem que la capa de valència de l'àtom és la 3. En aquesta capa hi ha 6 electrons de valència (3s2 3p4).


Els gasos nobles tenen l'últim nivell complet, no hi caben més electrons. Per això diem que tenen 8 electrons de valència, tret de l'heli, que en té 2. Així podem també definir la valència d'un element com el nombre d'electrons que necessita o que li sobra per tenir complet el seu últim nivell.
Àtom de clor




Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada