Materiaren Egitura: Atomo Eredu, Espektro eta Propietate Periodikoak

1. Gaia: Materiaren egitura

1. Oinarrizko partikulak eta magnitude atomikoak

• A = masa atomikoa → protoi + neutroi kopurua
• Z = zenbaki atomikoa → protoien kopurua
• Isotopoa: elementu bereko nukleoek masa atomiko desberdina izan dezakete.

2. Espektro atomikoa

2.1. Espektroskopia

Newtonek eguzki-espektro jarraitu baten deskonposaketa ikusi zuen.

2.2. Espektro atomikoa

• Igorpen espektroa: elementu bat gas egoeran, presio txikian eta energia jasotzen duenean igortzen duen argia prisma batetik pasatzean, lortzen den espektroa ez-jarraia da.
• Xurgapen espektroa: argi zuria substantzia gaseoso batetik igarotzen denean, atomoek erradiazioaren zati bat xurgatzen dute eta espektro jarraituan lerro ilunak agertzen dira.

Elementu kimiko batek beti espektro propioa igortzen du, eta ez dago espektro bera duen bi elementu kimikorik. Hori da elementuaren hatz-marka.

3. Planck-en teoria kuantikoa

Frekuentzia batean, erradiazioaren energia (E) eta frekuentzia (v) zuzenki proportzionalak dira.

4. Efektu fotoelektrikoa

Hertz-en behaketak

• Metal batzuek elektroiak igortzen dituzte argia jasotzen dutenean.
• Metalak elektroiak igortzen ditu erradiazioaren frekuentzia minimo batetik gorakoa bada → atari-frekuentzia.
• Argiaren intentsitatea handitzean, igortzen diren elektroi kopurua handitzen da.
• Argiaren frekuentzia atari-frekuentzia baino txikiagoa bada, ez da elektroirik askatzen.

Einstein-en azalpena

• Argia fotoi izeneko partikulez osatuta dago, eta haien energia E = h × v da.
• Elektroiak metaletatik askatzeko, nukleoaren erakarpena gainditzeko adina energia behar dute: atari energia.
• Argiaren intentsitatea fotoi kopuruaren adierazlea da. Beraz, intentsitatea handitzen denean, igortzen den elektroi kopurua handitzen da, baldin eta frekuentzia atari-frekuentzia baino handiagoa bada.

5. Bohr-en eredu atomikoa

5.1. Bohr-en eredua

1. Elektroiak nukleoaren inguruan orbita zirkularretan biraka mugitzen dira; orbita horietan ez dute energiarik igortzen edo xurgatzen.
2. Elektroiak orbita batetik bestera aldatzen direnean bakarrik absorbatu edo igorriko dute energia. Energia hori erradiazio moduan igortzen/jasotzen bada, Planck-en formula erabiliz kalkulatzen da.

• Arrakasta: H atomoaren espektro atomikoa azaldu zuen.
• Muga: atomo konplexuagoetan (multielektronikoetan) ez zuen funtzionatzen.

5.2. Sommerfeld-en eredua (Bohr-en luzapena)

• Orbitak eliptikoak izan daitezke.
• Zenbaki kuantiko sekundarioa (l) sartu zuen.

6. Mekanika kuantikoa

6.1. Materiaren uhin-partikula bikoiztasuna (De Broglie)

Argiaren izaera bikoitzean oinarrituta, materiak ere uhin-partikula izaera duela proposatu zuen.

6.2. Ziurgabetasun printzipioa (Heisenberg)

Ezin da, aldi berean eta zehaztasun osoz, partikula baten kokapena eta momentu lineala (p = m × v) jakin. Beraz, ezin da atomoan elektroiak egiten duen ibilbide zehatza definitu; orbita kontzeptua orbitala kontzeptuarekin ordezkatu behar da.

6.3. Schrödinger-en ekuazioa

Uhin-ekuazio baten bidez, elektroia non egon daitekeen matematikaren bidez deskribatzen da. Ekuazioaren emaitzak:

• Uhin-funtzioa (ψ): orbital atomikoa deskribatzen du.
• ψ² (probabilitatea): elektroia non egoteko probabilitate handiena dagoen adierazten du.

8. Atomoen konfigurazio elektronikoa

• Aufbau printzipioa (eraikuntza printzipioa): elektroiak energia gutxieneko orbitaletan kokatzen dira lehenengo.
• Pauli-ren esklusio printzipioa: atomo berean ezin dira egon lau zenbaki kuantiko berdinak dituzten bi elektroi. Orbital bakoitzean gehienez 2 elektroi egon daitezke (spin kontrakoekin).
• Hund-en erregela (gehienezko aniztasuna): energia bereko orbitaletan elektroiak banatzean, ahalik eta gehien desparekatuta egongo dira (spin paraleloekin).

2. Propietate periodikoak

2.1. Erradio atomikoa

• Periodo berean: nukleoaren karga eraginkorra (Z*) handitzen da, erakarpena handiagoa da, beraz, erradio atomikoa txikitzen da.
• Talde berean: energia-maila berriak gehitzen dira (n handitzen da), beraz, erradio atomikoa handitzen da.

2.2. Erradio ionikoa

• Katioiak (+): elektroiak galtzen dituzte. Nukleoaren erakarpena gainerako elektroien gainean handiagoa da. Erradioa jatorrizko atomoarena baino txikiagoa da.
• Anioiak (−): elektroiak irabazten dituzte. Elektroien arteko errepultsioa handitzen da. Erradioa jatorrizko atomoarena baino handiagoa da.
• Espezie isoelektronikoak: elektroi kopuru bera duten espezieak. Z (protoi kopurua) handiagoa denean, nukleoak elektroiak gehiago erakartzen ditu, eta erradioa txikiagoa da.

2.3. Ionizazio-energia (IE)

Definizioa: gas egoeran dagoen atomo neutro bati elektroi bat kentzeko behar den energia minimoa.

• Periodo berean: Z* handitzen denez, erakarpena handiagoa da → IE handitzen da.
• Talde berean: erradioa handiagoa denez eta pantaila-efektua dela eta, erakarpena txikiagoa da → IE txikitzen da.

2.4. Afinitate elektronikoa (AE)

Definizioa: gas egoeran dagoen atomo bati elektroi bat gehitzean gertatzen den energia aldaketa.

• Periodo berean: elektroiak onartzeko joera handitzen da Z handitu ahala → AE handitzen da (balio negatiboagoa/exotermikoagoa).
• Talde berean: erradioa handitzean erakarpena txikiagoa da → AE txikitzen da.
• Gas geldoak: afinitate elektronikoa ia 0 da, konfigurazio oso egonkorra dutelako.

2.5. Elektronegatibotasuna

Definizioa: atomo batek lotura kobalente batean partekatutako elektroiak beregana erakartzeko duen gaitasuna.

• Periodo berean: nukleoaren erakarpena handiagoa denez, elektronegatibotasuna handitzen da.
• Talde berean: nukleoa urrunago dagoenez, elektronegatibotasuna txikitzen da.
• Gas geldoak: ez dute baliorik esleitzen, ez baitute loturarik eratzen.

3. Izaera metalikoa eta ahalmen oxidatzaile/erreduktorea

Izaera metalikoa

• Metalak: IE txikia dute, erraz galtzen dituzte elektroiak (katioiak sortzeko joera) eta elektronegatibotasun baxua dute.
• Ez-metalak: IE handia dute, erraz irabazten dituzte elektroiak (anioiak sortzeko joera) eta elektronegatibotasun altua dute.

Ahalmen oxidatzailea eta erreduktorea

• Oxidatzaileak: elektroiak irabazten dituzte (erreduzitzen dira).
• Erreduktoreak: elektroiak galtzen dituzte (oxidatzen dira).

Ondorioa: taularen goian eta eskuinean dauden elementuak dira oxidatzaile onenak (ez-metalak, halogenoak), eta behean eta ezkerrean daudenak erreduktore onenak (alkalinoak, lurralkalinoak).