Estructura y Propiedades Atómicas

Objetivo de Aprendizaje 1.1.A: Calcular cantidades de una sustancia o su número relativo de partículas utilizando el análisis dimensional y el concepto de mol.

• 1.1.A.1 No es posible contar las partículas directamente durante los trabajos de laboratorio. Por lo tanto, debe existir una conexión entre las masas de las sustancias que reaccionan y el número real de partículas que experimentan cambios químicos.
• 1.1.A.2 El número de Avogadro ($N_{\mathrm{A}} = 6.022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$) establece la conexión entre el número de moles en una muestra pura de una sustancia y el número de partículas constituyentes (o unidades de fórmula) de dicha sustancia.
• 1.1.A.3 Expresar la masa de un átomo o molécula individual en unidades de masa atómica (uma) es útil porque la masa promedio en uma de una partícula (átomo o molécula) o unidad de fórmula de una sustancia será siempre numéricamente igual a la masa molar de esa sustancia en gramos. Así, existe una conexión cuantitativa entre la masa de una sustancia y el número de partículas que esta contiene.
  • Ecuación: $n = m/M$

Objetivo de Aprendizaje 1.2.A: Explicar la relación cuantitativa entre el espectro de masa de un elemento y las masas de los isótopos de dicho elemento.

• 1.2.A.1 El espectro de masa de una muestra que contiene un solo elemento puede utilizarse para determinar la identidad de los isótopos de ese elemento y la abundancia relativa de cada isótopo en la naturaleza.
• 1.2.A.2 La masa atómica promedio de un elemento puede estimarse a partir del promedio ponderado de las masas isotópicas, utilizando la masa de cada isótopo y su abundancia relativa.
  • Declaración de exclusión: No se evaluará en el Examen AP la interpretación de espectros de masa de muestras que contienen múltiples elementos o de picos que provienen de especies distintas a iones monatómicos con carga unitaria.

Objetivo de aprendizaje 1.3.A: Explicar la relación cuantitativa entre la composición elemental por masa y la fórmula empírica de una sustancia pura.

• 1.3.A.1 Algunas sustancias puras están compuestas por moléculas individuales, mientras que otras consisten en átomos o iones unidos en proporciones fijas según se describe mediante una unidad de fórmula.
• 1.3.A.2 Según la ley de las proporciones definidas, la relación de las masas de los elementos constituyentes en cualquier muestra pura de ese compuesto es siempre la misma.
• 1.3.A.3 La fórmula química que enumera la razón más baja de números enteros de átomos de los elementos en un compuesto es la fórmula empírica.

Objetivo de Aprendizaje 1.4.A: Explicar la relación cuantitativa entre la composición elemental en masa y la composición de las sustancias en una mezcla.

• 1.4.A.1 Las sustancias puras contienen átomos, moléculas o unidades de fórmula de un solo tipo. Las mezclas contienen átomos, moléculas o unidades de fórmula de dos o más tipos, cuyas proporciones relativas pueden variar.
• 1.4.A.2 El análisis elemental puede utilizarse para determinar los números relativos de átomos en una sustancia y para determinar su pureza.

Objetivo de aprendizaje 1.5.A: Representar la configuración electrónica del estado fundamental de un átomo de un elemento o de sus iones utilizando el principio de Aufbau.

• 1.5.A.1 El átomo está compuesto por electrones con carga negativa y un núcleo con carga positiva, formado por protones y neutrones.
• 1.5.A.2 La ley de Coulomb se utiliza para calcular la fuerza entre dos partículas cargadas.
  • Ecuación: $F_{coulombic} \propto \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
• 1.5.A.3 En átomos e iones, los electrones pueden considerarse ubicados en "capas (niveles de energía)" y "subcapas (subniveles)", tal como lo describe la configuración electrónica del estado fundamental. Los electrones internos se denominan electrones nucleares, y los electrones externos se denominan electrones de valencia. La configuración electrónica se explica mediante la mecánica cuántica, según lo establecido en el principio de Aufbau y ejemplificado en la tabla periódica de los elementos.
  • Afirmación de exclusión: No se evaluará en el Examen AP la asignación de números cuánticos a los electrones en las subcapas de un átomo.
• 1.5.A.4 La energía relativa requerida para eliminar un electrón de diferentes subcapas de un átomo o ion, o de la misma subcapa en diferentes átomos o iones (energía de ionización), puede estimarse mediante una aplicación cualitativa de la ley de Coulomb. Esta energía está relacionada con la distancia al núcleo y la carga efectiva (de apantallamiento) del mismo.

Objetivo de Aprendizaje 1.6.A: Explicar la relación entre el espectro fotoelectrónico de un átomo o ion y: i. La configuración electrónica del estado fundamental de la especie. ii. Las interacciones entre los electrones y el núcleo.

• 1.6.A.1 Las energías de los electrones en una capa dada pueden medirse experimentalmente mediante espectroscopía fotoelectrónica (PES, por sus siglas en inglés). La posición de cada pico en el espectro PES está relacionada con la energía necesaria para eliminar un electrón del subnivel correspondiente, y la altura relativa de cada pico es (idealmente) proporcional al número de electrones en ese subnivel.

Objetivo de Aprendizaje 1.7.A: Explicar la relación entre las tendencias en las propiedades atómicas de los elementos y su estructura electrónica y periodicidad.

• 1.7.A.1 La organización de la tabla periódica se basa en patrones de propiedades recurrentes de los elementos, los cuales se explican mediante patrones de configuraciones electrónicas del estado fundamental y la presencia de capas (y subcapas) de electrones completamente o parcialmente llenas en los átomos.
  • Declaración de exclusión: No se evaluará en el Examen AP la escritura de la configuración electrónica de elementos que son excepciones al principio de Aufbau.
• 1.7.A.2 Las tendencias en las propiedades atómicas dentro de la tabla periódica (periodicidad) pueden predecirse según la posición del elemento en la tabla periódica y entenderse cualitativamente utilizando la ley de Coulomb, el modelo de capas y los conceptos de apantallamiento y carga nuclear efectiva. Estas propiedades incluyen:
  • i. Energía de ionización
  • ii. Radios atómicos e iónicos
  • iii. Afinidad electrónica
  • iv. Electronegatividad.
• 1.7.A.3 La periodicidad (en 1.7.A.2) es útil para predecir/estimar valores de propiedades en ausencia de datos experimentales.

Objetivo de aprendizaje 1.8.A: Explicar la relación entre las tendencias en la reactividad de los elementos y la periodicidad.

• 1.8.A.1 La probabilidad de que dos elementos formen un enlace químico está determinada por las interacciones entre los electrones de valencia y los núcleos de los elementos.
• 1.8.A.2 Los elementos situados en la misma columna de la tabla periódica tienden a formar compuestos análogos.
• 1.8.A.3 Las cargas típicas de los átomos en los compuestos iónicos están regidas por el número de electrones de valencia y se predicen según su ubicación en la tabla periódica.