Números cuánticos

Los números cuánticos son usados para describir la distribución de electrones en un átomo. Si enfocamos nuestra atención en el átomo de hidrógeno, encontramos que consta de varios niveles de energía. A esos niveles se les asigna un valor de n. Sin embargo, el los átomos polielectrónicos, se vuelve esto un poco más complicado y recurrimos en realidad, que usamos tres números cúanticos para saber la localización del electrón y un cuarto número cuántico para saber el comportamiento de dicho electrón.

El número cuántico principal (n):

El número cuántico principal (n) puede tomar valores enteros, ya sea 1, 2, 3… etc. está relacionado con la distancia del núcleo al electrón. Mientras más grande sea el valor de n, más lejos estará el electrón del nucleo.

Número cuántico del momento angular (l):

Este número cuántico describe la forma del orbital atómico y expresa la energía de los subniveles. Puede tomar valores desde 0 hasta (n-1) recordando que n es es número cuántico principal. Por ejemplo si n toma un valor de 5 los valores permisibles para l son:

l=0, 1, 2, 3, 4

De acuerdo con la terminología de les espectrocopistas, se designa a los orbitales atómicos en función del valor del número cuántico secundario, por lo tanto:

Número cuántico secundario	Nombre del orbital	Abreviación de
l=0	Orbital s	Sharp
l=1	Orbital p	Principal
l=2	Orbital d	Diffuse
l=3	Orbital f	Fundamental

Número cuántico magnético (m_l):

Determina la orientación espacial del orbital. Se le denomina así porque esta orientación espacial se acostumbra a definir en relación a un campo magnético externo. Solo puede tomar valores de –l hasta l. Es decir si l vale 3, ml puede valer:

ml= -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

Número de spin (m_s):

Porque los experimentos que se realizaron con los espectros de emisión de los átomos de sodio e hidrógeno indican que las lineas del espectro de emisión se podían separar usando un campo mangnético, los físicos solo pudieron explicar este comportamiento si se asume que los electrones se comportan como pequeños imanes. De esto surge el número de spin, que toma valores de ½ y -½.  

Bibliografía:

Química. Chang, Raymond.  novena edición, McGrawHill

Wolrd of Chemistry. Zumdahl, Decoste. McDougall Littell

Estructura de la Materia, Juan José Guzmán Andrade

Radio Atómico y Iónico

           Una propiedad clave de los átomos es su radio atómico, que puede ser definida como la distancia y el último electrón en la capa de valencia. De esto derivan varias cosas como la estructura de las moléculas, su energía de ionización y de más. La teoría cuántica no determina un valor exacto para el radio atómico pues solo se puede determinar una nube de probabilidad. El radio atómico se determina midiendo la mitad de la distancia que existe entre dos átomos que están en contacto.

Una propiedad parecida es el radio iónico de los átomos, esto quiere decir, el radio del catión o anión de algún elemento. Este valor se determina mediante difracción por rayos X. El tamaño iónico influye en muchas propiedades de los sólidos iónicos, desde como es que se compactan entre si, hasta su energía de red. También afecta en su comportamiento en disolución. El tamaño iónico depende de:

·      Su carga nuclear efectiva

·      Su número de electrónes

·      Orbitales donde residen los electrones

Como es de esperarse, los iones positivos (los que perdieron un electrón) son siempre más pequeños que sus átomos de donde derivan, mientras que los iones negativos (los que tienen un electrón de más) siempre son más grandes que los átomos originales.

Las propiedades de los iones de átomos en un grupo son similares, y en sus tamaños hallamos también ciertos patrones. Iones con la misma carga aumentan de tamaño conforme bajamos en la tabla y disminuyen al desplazarnos a la derecha.

Configuración Electrónica

          La tabla periódica es un arreglo ordenado de los elementos químicos conocidos hasta el día de hoy. La tabla periódica tuvo que pasar por muchos intentos fallidos de organización antes de convertirse en lo que conocemos ahora. Los siguientes científicos propusieron algunos modelos que aportaron para la construcción final de la Tabla Periódica contemporanea.

•     Johann Wolfgang Döbereiner: Fue un químico aleman que en sus trabajos en 1829 descubrió ciertas tendencias en ciertos grupos de elementos. Por ejemplo, se percató que el peso atómico promedio entre el lítio y el potasio era similar al del sodio. Y que patrones similares se repetían en el calcio, estroncio y bario. Al igual que con el cloro, el bromo y el yodo. De aquí se derivan las famosas “Triadas de Döbereiner
•       John Newlands: Un químico británico que se apoyó en el trabajo de  Döbereiner y fue el primero en organizar a los elementos por peso molecular. Su aportación más importante fue la ley de los octetos, que establece que cualquier elemento dado presentará un comportamiento análogo al elemento que le preceda ocho lugares en la tabla
•      Dmitri Ivanovich Medeleev: Fue un químico ruso a quien se le da crédito por crear la primera versión de la tabla periódica y predecir las propiedades de elementos que aun no se descubrían. Publicó sus aportaciones a la sociedad química de Russia en 1960 y se destaca lo siguiente

o   Observando a los elementos y su peso atómico, se nota una periodicidad aparente.

o   Los elementos con propiedades químicas similares, tienen un peso atómico similar.

o     El ordenamiento respecto al peso atómico corresponde también a su valencia

o   Los elementos adyacentes a un elemento desconocido permiten predecir sus propiedades y peso atómico

El modelo de Mendeleev aportó mucho, sin embargo, dejó también varios aspectos sin resolver. Como por ejemplo:

• ·      No se estableció un lugar para el Hidógeno
•       No se explicaba porque algunos periodos contituían de 8 elementos, otros de 18, otros de 32, etc.
•     La distribución de los elementos no siempre se da en orden creciente de sus pesos atómicos.
•      Solo se señala una sola valencia

           En 1913, Henry Moseley realizando experimentos con difracción por rayos X determinó los números atómicos y con esto surgió un nuevo concepto, el número atómica y de esto se derivó la ley periódica que establece que la organización de los elementos en la tabla periódica se da por número atómico ascendente. La tabla periódica se organiza con 7 periodos enumeradas en números arábigos. Los elementos con propiedades similares se integran en la misma franja horizontal, conocidas como grupos o familias. Se distinguen con números romanos, distinguiendo los grupos A y B. Los elementos en el grupo A se conocen como elementos representativos y los del grupo B se conocen como elementos de trancisión. La tabla periódica clasifica a los metales y a los no metales.  La tabla tiene una linea diagonal quebrada, a su derecha se encuentran los no metales y a su izquierda los metales. Los elementos que colindan con esta linea diagonal se conocen como metaloides.

Elementos representativos: Constan de ocho grupos y se caracterízan porque su distribución electrónica termina en s-p o en p-s. Algúnos grupos elementos representativos tienen nombres especiales. Por ejemplo:

Configuración de Valencia	Nombre	Elementos en el grupo
ns1	Metales Alcalinos	Li, Na,K, Rb, Cs, Fr
ns2	Metales Alcalinoterreos	Mg, Be, Cal, Sr, Ba, Ra
ns2 np7	Halógenos	F, Cl, Br, As, I
ns2 np8	Gases Nobles	He, Ne, Ar, Xe, Ra

*El Helio tiene la configuración 1s2, sin embargo, pertenece al grupo de los gases nobles porque todos los orbitales posibles para su número cuántico principal están ocupados. A diferencia de los metales alcalinoterreos, que tienen configuraciones de ns2.

Elementos de Trancisión: Son elementos que tienen una configuración de valencia terminada en d-s.  El subnivel d pertenece al penúltimo nivel de energía y el subnivel s pertenece al último. El grupo de determina sumando los electrones en s y en d. Si la suma resulta en 3, 4, 5, 6 o 7; entonces el elemento se ubicará en el grupo 3B, 4B, 5B, 6B y 7B respectivamente. Si la suma resulta en 8, 9 o 10 entonces lo hallaremos en el grupo 8B, en la primera, segunda o tercera columna respectivamente. Y si la suma es 11 o 12, ele

Por ejemplo, la plata tiene un número atómico de 47. Desglosando su configuración electrónica obtenemos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 4p6 5s2 4d9

 Si escribimos esto de forma ascendente nos resulta:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d9 5s2

 Podemos ver que el último nivel de energía es el 5. Por lo tanto, el elemento se debe situar en el quinto grupo. Mientras que si sumamos sumando los electrones en d y en s al último obtenemos 11 (9+2). Por lo tanto sabemos entonces que el elemento se encontrará en el grupo IB o IIB respectivamente.

Elementos de las tierras raras: Están repartidos en 14 grupos y su configuración ascendente termina en f s. Es importante mencionar que la serie de los lantánidos corresponden al periodo 6 y los actínidos al periodo 7 respectivamente.

Bibliografía:

http://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Wolfgang_Döbereiner

http://en.wikipedia.org/wiki/John_Alexander_Reina_Newlands

http://en.wikipedia.org/wiki/Dmitri_Mendeleev

Estructura de la Materia, M.C. Juan José Guzman Andrade

Propiedades de los líquidos

Los líquidos:

            Para comenzar a definir las propiedades de los líquidos, es importante tener en cuenta que un  líquido es un estado clásico de la materia con un volemen definido pero sin una forma determindada. Está compuesto de pequeñas partículas de materia vivrantes, ya sean átomos o moléculas unidas por enlaces químicos.

Al igual que un gas, un líquido tiene la capacidad de fluir y tomar la forma de su recipiente. Algunos líquidos se resisten  a ser comprimidos, mientras otros no. A diferencia de los gases, el líquido no se difunde para llenar el recipiente, sino que mantiene una densidad constante.

Siendo que la densidad de un líquido es similar al de la fase sólida del mismo elemento, y mucho mayor que su estado gaseoso; los sólidos y los líquidos son generalmente referidos con el término “materia condensada”. Mientras que la característica compartida de los gases y de los líquidos a fluir los convierte a ambos en “fluidos”.

Propiedades:

Tensión Superficial:

Una de las propiedades de los líquidos es la de su tendencia a tomar la forma de su recipiente. Sin embargo podemos observar cuando lavamos un coche que se forman círculos de agua sobre el chasis, en  lugar de formar una capa uniforme. La explicación a esto la podemos encontrar en  fuerzas intermoleculares del agua. Las moléculas en el interior del líquido experimentan de una fuerza en todas las direcciones, y por lo tanto, al experimentar fuerzas de la misma magnitud pero opuestas, las moléculas no tienden a moverse a ningún lado. Sin embargo, en la capa superficial son atraidas hacia abajo y hacia los lados pero no hacia arriba. Esto ocasiona que las moléculas de agua actuen como si estuviesen apretadas como si fuese una capa elástica. Por lo tanto, como hay poca o nula atracción entre las moléculas polares del agua con respecto a las de las moléculas no polares de un coche recién lavado, el agua asume la forma de un semicírculo apretado.

            La tensión superficial de un líquido está definido como la cantidad de energía requerida para que se extienda la superficie por unidad de area. Como es de esperarse, los líquidos que posseen grandes fuerzas intermoleculares también tienen la cualidad de poseer una gran tensión superficial. Por ejemplo: Por el simple hecho de la formación de puentes de hidrógeno, el agua es capaz de crear una mayor tensión superficial que la mayoría de los líquidos.

Capilaridad:

            Cuando un líquido asciende por un capilar espontaneamente una delgada capa de se adhiere a las paredes y se contrae, ocasionando que el líquido asienda por el capilar. Existen dos tipos de fuerzas que actuan en  este fenómeno de capilaridad. El primero se trata de las fuerzas intermoleculares al que denominamos fuerza de cohesión y la segunda es la atracción ejercida por las moléculas del líquido y aquellas moléculas no similares, o en otras palabras, las paredes del capilar. A esta fuerza se le conoce como adhesión. Si la adhesión es mayor que la cohesión, los contenidos del tubo son empujados hacia arriba a través de las paredes. Este proceso continua hasta que la fuerza de adhesión esté balanceada con el peso del agua en el tubo. Este fenómeno de capilaridad no es de ninguna manera algo universal entre líquidos. Cuando la fuerza de cohesión es más grande, como el caso del mercurio, se forma una depesión y el líquido asume una forma convexa con las paredes del tubo, a diferencia del agua (y cualquier líquido con mayor adhesión que cohesión) donde la forma se vuelve concava.

            La ley de Jurin define la altura que se produce al equilibrar el peso dde la columna del líquido y la fuerza de ascención ocacionado por la capilaridad. La altura h está dada en metros de una columna líquida está dada por esta ecuación:

  

El ángulo de contacto puede ser observado en el siguiente diagrama:

Viscosidad:

            La viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido a fluir. Entre mayor sea, más lentamente fluirá. Los líquidos que tienen altas fuerzas intermoleculares tendrán una mayor viscosidad que aquellos líquidos que tienen fuerzas débiles entre sus moléculas. Por lo mismo, el agua tiene mayor viscosidad que muchos líquidos comunes por su cualidad de puentes de hidrógeno.

            Es importante notar como la viscosidad del glicerol es significativemente más grandes que muchos otros fluidos. Tiene la siguiente estructura:

            Al igual que el agua, puede formar puentes de hidrógeno, y también podemos observar que el glicerol  posee tres grupos –OH que pueden participar en la formación de tres puentes de hidrógeno con otras moléculas de glicerol. Además, por su forma, estas moléculas tienden a entredarse unas con otras en lugar de pasar por un lado como sustancias menos viscosas lo hacen. Esto también contribuye a su alta viscosidad.

            La viscosidad de un líquido siempre disminuye conforme la temperatura aumente. El aceite lubricante para los motores son calificados de acuerdo a sus viscosidades, y los expertos recomiendan usar aceite altamente viscosos en el verano y uno de baja viscosidad en el invierno. La temperatura promedio en la que opera el motor de un automovil puede ser muy alta en el verano, así que encender un motor con un aceite viscoso asegura que no se vuelva demasiado delgado el aceite. Mientras que en un clima frío, la temperatura de lel m0otor no subirá tanto, y un aceite viscoso se vuelve menos eficiente.

Tabla de Viscosidad de Líquidos Comunes a 20oC
Líquido	Viscosidad (Ns/m2)
Acetona	0.000316
Benzeno	0.000625
Tetracloruro de Carbono	0.000969
Etanol	0.0012
Eter-etíl	0.000233
Glicerol	1.49
Mercurio	0.001554
Sangre	0.004
Agua	0.00101

Densidad:

La densidad de un líquido se refiere a la cantidad de materia que contenga por unidad de volumen. Su símbolo más común es la letra griega rho. Matemáticamente, de puede calcular dividiendo la masa sobre el volumen:

donde:

En ciertos casos, la densidad se define como unidad de peso sobre unidad de volumen. Aunque esta cantidad es más apropiadamente llamada peso específico. Las densidades cambian dependiendo que que material se esté tratando, así que la densidad es un concepto muy relecante cuando hablamos de flotación. Es sabido que el Osmio y el Iridio son los elementos más densos bajo condiciones STP. Aunque no sean los materiales más densos.

            Los fluidos menos densos flotan en fluidos más densos si estos no se mezclan. El ejemplo más ilustrarivo es el agua y el aceite. El aceite tiene una densidad menor a un gramo por militro, y el agua tiene una densidad de un gramo por mililitro. Por lo que el aceite flota en el agua. La densidad es una propiedad intensiva.

Bibliografía

·      http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad

·      Raymond Chang, General Chemistry: The Essential Concepts 5th edition

·      http://en.wikipedia.org/wiki/Density