Quimica Preuniversitaria Firme

1 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO

QUÍMICA

CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]


Definición de Química 1 Ciencia que estudia la composición, prop propiedades, iedades, estructura estructura y reacciones reacciones de la materia. Definición de Química 2 <> >>. (Lin u s P au au lin g, g, 1 90 90 11- 1 99 99 4, 4, laureado laureado dos veces con el prem premio io Nobel). Nobel). Químic ímicaa es la cienc iencia ia que estu estud dia la estr estruc uctu tura ra,, prop propieda iedades des y transformaciones transformaciones de la materia materia a part partir ir de su comp composic osición ión atóm atómica ica,, forma ormand ndoo difere ferent ntes es substancias, substancias, con el fin fin de establecer establecer las leyes leyes que que las las rigen. igen. (Bol (Bolet etín ín CIENTEC, IENTEC, noviem noviembre bre 2004. 2004. San José, Costa Rica) Rica).. La químic ímicaa es una cienc iencia ia nat natura ural, su estu estud dio es metó metódi dico co y se hace hace sobre sobre hech hechos os expe experi rime ment ntal ales, es, constituyé constituyéndose ndose en una ciencia ciencia fáctic fáctica. a. Históricamente, esta ciencia surgió de la alquimia y, en su proceso proceso evolut evolutivo ivo,, se divi dividi dióó en dos ramas ramas que que aún se aceptan: i) L a químic a inorg á ni c a , que s e c e ntr a en el estudio de los minerales. ii) L a qu í m i c a o r g á n i c a , qu e e s t u d i a l a s sustancias sustancias basadas en la comb combina inación ción de los átomos átomos de carb carbon onoo e incl ncluye uye a los hidroca rocarb rbur uros os y sus derivado vadoss que está estánn presen resentes tes en los prod roducto uctoss naturales naturales y en los tejidos tejidos vivos. vivos. La separació separaciónn entr entree lo orgán orgánico ico e inor inorgán gánico ico es cada cada vez menos rigu rigurosa, rosa, así la biolo biología gía a logrado logrado estrechar sus víncu vínculos los con la quím química ica,, por por ejemp ejemplo lo en campos campos como los biomateriales biomateriales y la nanotecnología. nanotecnología. Hoy en día día estas defin definici iciones ones se han amplia ampliado do y divers diversifi ificado cado aún más; más; así así se puede uedenn enco encont ntra rarr otros ros camp campos os de la química indust industri rial al,, la química químic ímicaa como como la química

la bioquím bioquímica ica

“ Ll a ma ma mo mo s mat er eri a a todo aqu e llo qu e s e encuent enc uentra ra en movimi movimient ento, o, y no puede puede moverse moverse de otro otro modo modo que que en el espacio y en el tie tiemp mpo”. o”. Mater Materia ialismo lismo y Empiriocrit Empiriocriticismo icismo , V. Lenin Lenin))

L a m ateri a e s tod o a qu e llo que exi s t e indepen epend dient ientem emen ente te de nues uestr tros os sen senti tidos dos y pensam pensamien iento to,, mani manife festá stánd ndose ose como como sustanc sustancia ia (mat (mater eria ia loca locali lizad zadaa o cuer cuerpo po)) y como como campo campo o mater materia ia dispe dispersa rsa (no (no local localiza izada) da).. ( Av e nt ur a de l pen p en s a m i e nt o , Alb Al b er t Ein st e n

Definición de Química 3

analítica ,

Concepto Una idea basta astant ntee difundida y acep acepta tada da de mater materia ia es esta: “Todo “Todo aquell aquelloo que tiene tiene masa y ocupa ocupa un lugar lugar en el espacio, constit constituyén uyéndose dose en el material físico del Universo”.

inorgán norgánica, ica,





MA S A Medida Medida de cantidad de materia. Invariable





PESO Medida de fuerza de atracción gravitatoria ejercida sobre los cue cuerp rpos. os. Variabl Variablee según la gravedad.

Ecuación Ecuación que que relac relacion ionaa la masa y peso: W = peso W= m.g m = masa g = F u e r z a gr a v it a c i o n a l aceleración aceleración de la gravedad.

o

I. FENOME FENOMENOS NOS DE DE LA MATER MATERIA IA Es cualquie cualquierr cambio que sufre la materia. materia. 1.-Fenómeno Físico: No hay hay alte alterac ración ión de la estructura intima de la materia, sólo cambia su aspecto físico (forma, tamaño, etc -

Ejemplo: Rotura de tiza tiza Dilatación Mezclas Lanzamiento de una piedr piedraa

la fís i c o

química, química, etc.

MATERIA MATERIA: “Es todo aquel uello que existe iste en el univ univer erso, so, tiene iene masa y por por lo tan tanto to ocupa ocupa un lugar lugar en el espacio”. CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

3 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO 3.-Fenómeno alotrópico: Cuando un elemento químico se encuentra en dos o má s forma diferentes. Ejemplo: O 2 y O 3 son alótropos del elemento químico oxigeno.Ejemplo:

2.-Fenómeno Químico: Si hay alteración de la estructura íntima de la materia. Ejemplo: Combustión de madera

I. II. III. IV.

Descompo sición de los alimentos Oxidación de los m etales Agriado de la leche Fermentación del vino.

Alótropo: Una de do s o ma s forma s de una sustancia elemental.

4.-Fenómeno Transmutativo: Ocurre en procesos nucleares 235 92

92 U +01n→141 56 Ba +36 Kr

1 + 0

3 n + energia

II.- PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA S on caracterí stica s comune s a todo s lo s cuerpos. Extensión: Es la propiedad por la cual 1. los cuerpos ocupan un lugar en el espacio; el espacio ocupado por cuerpo s e denomina volumen.

2.

Impenetrabilidad: Dos cuerpos no pueden ocupar simultáneamente el mismo espacio.

3.Divisibilidad: La materia es capaz de dividirse en porciones cada vez más pequeña

Método Método Método Transmutación CuerpoMecánico Partículas Físico Moléculas Químico Átomos Artificial Partículas

quarks , bosones

Subatómicas

eptones

3.

Porosidad: La materia al estar formada por partículas, moléculas y átomos están separados

por espacios poros.

aparentemente

vacíos,

llamados

5. Inercia: Los cuerpos tienden a conservar el estado de reposo o movimiento en que se encuentra



III. CLASIFICACION DE LA MATERIA

Materia Sustancia

Campo

Mezcla

Sustancia Química

Sustancia Simple (elemento) K H2 Cu

S8 P4 Ne

Gravitatorio Eléctrico Magnético

Sustancia Compuesta

Homogénea (solución)

Heterogénea

(compuesto) H2O NaCl H2S

H2SO4 HCNO NH3

Aire seco Agua Potable Bronce

a) SUSTANCIA (SUSTANCIA QUÍMICA).-Es todo cuerpo material homogéneo con composición química definida (pos ee formula o representación simbólica) y por tanto, sus propiedades especificas o propias, como por ejemplo la densidad, solubilidad, reactividad, punto de ebullición, etc. Son constantes a determinadas condiciones. La sustancia se clasifica en sustancia simple (elemento) y sustancia compuesta (compuesto) 1.- Sustancia simple (elemento) Esta conformado por uno o m á s átom os iguale s :F e , C, C u, O2 , P 4

2.- Sustancia compuesta (compuesto) Est a conformado por dos o más átomos diferentes: H 2 O, HNO 3 , CO 2 , NaCl

B) MEZCLA Es la unión no química de dos o mas sustancias (simples o compuestas), las cuales conservan sus propiedades particulares y por lo tanto, cada su st an ci a con ser va su identidad química. La mezcla se clasifica en mezcla homogénea y mezcla heterogénea. Materia homogénea.- es materia, los componentes de la cual no pueden ser distinguidos ni por el ojo humano ni por un microscopio convencional. En cuanto a sus

Coloide Mayonesa Leche magnesia

Suspensión Jugo de papaya Agua con arena

características, sus partículas están colocadas de forma uniforme i su composición se mantiene constante en cualquiera de sus partes. Por ejemplo: Agua potable: agua y cloro Formol: Agua + metanol Vinagre: Ácido acético + agua Latón: cobre (Cu) y Zinc (Zn) Bronce: Cobre (Cu) y Estaño (Sn) Acero: Hiero (Fe y Carbono (C) Amalgam a: Metal y Mercurio (Hg) Agua de mar (salmuera): Agua y Sal (ClNa)

Materia heterogénea .-es materia, los componentes de la cual sí que pueden ser distinguidos tanto por el ojo humano como por un microscopio poco potente. Al contrario que las materias heterogéneas, la distribución de sus partículas no es uniforme i por lo tanto la composición en todos sus puntos no es la misma. Por ejemplo:. Concreto: Agua, cemento, piedra y agua. Mezcla de arena y s al común. Líquidos no miscibles como aceite y agua la sangre


5 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO el granito mezcla es s : agua, es por lo NOTA: El compuesto se forma mediante una trifásica aceite, s al tanto el combinación química (sinónimo de reacción (cloruro de sistema es química). sodio) y cuaternario trozos de hierro DIFERENCIA ENTRE COMPUESTO Y MEZCLA

COMPUESTO - Las sustancias que se unen participan en proporciones constantes y definidas. - El co mpu es to obtenido tiene propiedades diferentes a las sustancia de origen. - El co mpu es to puede separarse por procedimientos físicos muy energético s en los cuales intervienen factores como la electricidad y calor, etc. Ejemplo: Ele ctroli si s del agua.

MEZCLA - Sus componentes se reúnen en cualquier proporción.

- Sus componentes conservan sus propiedades iniciales.

- Sus componentes pueden separarse por procedimientos físicos ya sean mecánicos o térmicos. Ej em plo : Mezcla s sólidas (Ejm. Tamizado), Mezclas liquidas (Ejm. Destilación fraccionada), Mezclas gaseosa s (Ejm. Cromato grafía de gases)

Ejemplo si mezclamos agua, aceite, sal (cloruro de sodio), trozos de hierro

III.- PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DE LA MATERIA A) PROPIEDADES FÍSICAS: Determina el comportamiento de la materia, sin que ella se transforme en otra u otras sustancias. Estas propiedades pueden ser de dos tipos: 1.-Propiedades Específicas (intensivas): No dependen de la cantidad de mue stra analizada. Ejemplo: Color, olor, sabor, densidad, brillo, temperatura de ebullición, dureza, mal ea bilidad, ductibilidad, elasticidad, tenacidad, fragilidad, etc. 2.-Propiedades Extensivas: Si dependen de la cantidad de muestra analizada. Ejemplo: Peso, volumen, tamaño, etc.

Nota: Hay propiedades que pueden cambiar en una misma muestra, tal como la presión, temperatura y estado de reposo o de movimiento, etc. a ella se les designa como “condiciones” . B)PROPIEDADES QUÍMICAS: La s propiedades químicas se aprecian por el comportamiento de las sustancias cuan do é st as rea ccio na n con otra s o s e descomponen en otras sustancias. Todo esto mediante una reacción química, formándose entonces sustancias diferentes a las iniciales. IV. ESTADOS DE LA MATERIA A) ESTADOS FUNDAMENTALES DE LA MATERIA: Son el estado sólido, liquido y gaseoso.

Sólido: Tiene forma y volumen definido FASES

COMPONEN TE S

Son los aspectos o colores que presenta la mezcla 3 fases entonces la

4 componente

SISTEMA El nombre del sistema depende de la cantidad de component es Existen 4 component

Liquido: Tiene forma variable (adquiere la forma del recipiente que lo contenga) y volumen definido. Ga s eo s o : Care ce de forma y volum en definido.


6 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO sus moléculas o átomos. Un cristal es un mineral que toma una forma geométrica determinada.

4.

F C

= fuerzas

de cohesión

F R

= fuerzas

de repulsión

Coloidal: Estado intermedio entre el líquido y sólido .La materia viva que forma a los seres vivos, se encuentra en este estado.

ENERGIA Es la capacidad para realizar un trabajo o, producir un cambio en la materia. Ejemplo: energía mecánica, energía eléctrica, energía química, energía nuclear, energía eólica, etc. LEY UNICA DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA-ENERGIA “La materia y la energía en el universo pueden transformarse mutuamente, pero la suma total de ambas permanece constante, es decir, no puede aumentar ni disminuir” (Abert Einstein 1879-1955)

B) ESTADOS ESPECIALES DE LA MATERIA:

1.

Plasmático: E s el cuarto e st ad o de la materia sig ue o s e prolong a de spué s del ga seo so, es generado cuando un gas es sometido a altas temperaturas (el plasma del sol es aproximadamente de 10 000 0000 ºC ) Es un ga s cargado eléctricam ente (ionizado) conformado por moléculas, átomos, electrones y núcleos; éstos últimos provenientes de átomos desintegrados. - ) Es el estado que más abunda en el universo, el 99.9% del universo se encuentra en este estado, el plasma es de alto contenido energético.

SISTEMA C.G.S (centímetro, gramo, segundo) SITEMA M.K.S (metro, kilogramo, s egun do)} E : Energía en Joule (J) o en Ergios (Erg.) M: Masa en gramos o en kilogramos C: Velocidad de la luz (300 000 km/seg. ;3 x 10 8 m/seg. ; 3 x 10 10 cm/seg

2.

Amorfo: Son sólidos que presentan sus molé cula s de sor de na da s , s e le s con si der a intermedios entre líquidos y los cristales.

3.

Cristalino: Son sólidos que se caracterizan por el orden en la disposición de CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

7 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO RELATIVIDAD DE LA MASA

De acuerdo con la misma teoría de la relatividad, se plantea que: “La m a sa d e to do c ue rp o s e ve sen si ble me nt e aumentada cuand o éste se m o vi liza c o n alg un a rapi de z e n rela ci ó n a u n determinado marco de referencia inercial”.

La bo mb a ató mic a F at Man fue lanz ad a en Nagaski. (Fat Man, una bomba de 5 toneladas, medía 3.2 metros de largo por 1.5 metros de diámetro. Utilizaba el método de implosión producida por la reacción en cadena generada por el bom bard eo de 6 4 detona dor es que disparaban simultáneamente piezas de Plutonio hacia un punto central dentro de la estructura de la bomba.) Con esta ecuacion Einstein pudo establecer la relación fundamental entre energía y masa. Esta s dos magnitudes mecánicas están relacionadas entre sí de manera inseparable. El c o n t e ni d o d e e ner gía d e un o bj et o pu ed e s er m ed id o p or m as a, y a l a in ve rs a, p ue d e m e di rs e la m a sa u n o bj et o p or s u e ne rg ía , y a qu e la e n er gí a pr op or ci o nal a la ma sa. La con stant e pr op or ci o nal ida d es la ve lo cidad de la luz cuadrado.

su de es de al

ENERGIA MECANICA Puede ser de dos formas:

1. Energía Cinética (Ec). Es la capacidad de un

Una de las consecuencias de esta teoría es que la masa “m f ” de una partícula en movimiento es mayor que su masa “m i” en repo so . Pero únicamente a velocidades próximas a la de la luz es significativa la diferencia entre las masas “m f ” y “m i”, y en el caso de que llegase a ser igual a la velocidad de la luz, la masa de la partícula será infinita. De esta manera se tiene ya una imagen física de por que la velocidad de la luz constituye un límite natural, o sea, por qué ninguna partícula, cu ya ma sa e n re po s o m i s e a m ay o r q ue 0 p ue d e ll eg ar a mo v e r s e c o n u na v e lo c i d a d i gu al o m ay o r q ue c.

Como podemos ver en esta fórmula “m f ” se aproxima a infinito, si v se acerca a c, esto implica que la fuerza aplicada a la partícula tendría que hacer un trabajo de magnitud infinita para darle a la partícula una velocidad igual a la de la luz. Para esto se consumiría una cantidad infinita de energía, que obviamente no está disponible. Si v llegara a ser mayor que c, “m f ” sería una cantidad imaginaria.

cuerpo de realizar un trabajo, cuando está en movimiento.

m = Masa de cuerpo v = Velocidad del cuerpo 2. Energía Potencial (Ep) Es la capacidad de un cuerpo de realizar un trabajo cuando esta en reposo, con respecto a un nivel de referencia.

g= gravedad ; TEORIA DE EINSTEIN):

mi = masa inicial o en reposo

h= altura LA

RELATIVIDAD

;

m f = masa final o en movimiento

(ALBERT

v = velocidad

del cuerpo



2. El atomo Partícula mas pequeña de un elemento; la materia e sta con stituida por átomo s combinados químicamente de varias formas. Ejemplo: el átomo de “O” es la partícula más pequeña del elemento oxígeno. Se combinan dos átomos de oxigeno para formar la molécula de O 2 .. DEFINICIÓN PRIMARIA DE ÁTOMO

El término átomo del latín: ato mu m , a=sin ; tomo= división , fue propuesto al inicio por Leucipo y Demócrito, a partir de concepciones filosóficas, según las cuales, el átomo es la unidad más pequeña posible de la sustancia (concepto aún vigente), en las que se conservan las propiedade s de dicho elemento. El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que, por su inaccesibilidad, la mayoría que lo trataba se limitaba a especular sobre él. DEFINICIÓN MODERNA DE ÁTOMO El átomo es un sistema energético y dinámico en equilibrio, eléctricamente neutro que presenta una parte interna llamada n úc l e o at óm i c o y otra externa conocida como zona extranuclear. El núcleo atómico contiene principalmente nucleones, llamados: pr ot one s (p+) y neutrones (n0 ) y la zona extranuclear contiene electrones (e-). Cada átomo posee un número característico de protones, neutrones y de electrones. Los elementos químicos (sustancias simples) están formados por átomos de características similares pero no son idénticos. Cada uno tiene un nombre y un símbolo. Ejemplo: carbono (C), potasio (K), níquel (Ni), Mercurio (Hg); etc.

I.-COMPONENTES DEL ÁTOMO Encontramos a mas de 200 partículas subatómicas dentro de ellas tenemos al protón, neutrón, electrón, meso ne s, positrón, neutrino, pión , etc.Son considerados como partículas s ub- ató mi ca s funda me nt al es al protón, neutrón , y electrón

A) NÚCLEO: Aquí se encuentra casi la totalidad de la masa del átomo.

Neutrones: Descubierto por J. CHADWICK (1932) demostró la existencia del neutrón como partícula, constituyente del núcleo al bombardear placas de berilio (Be) con partícula sin carga neutra y de masa igual que el a 1. 9 4

12 1 Be +24 He → 6 C +0 n

(neutrón) Nota: La s partícula s má s e st able s s on lo s protone s y neutrone s a los cuale s s e les denomina “NUCLEONES” . B) NUBE ELECTRÓNICA: En esta zona se encuentran los electrones, que giran alrededor del núcleo, formando una espe cie de nube (nube electrónica). Electrones: Tiene carga negativa igual al del protón pero de signo contrario. Cuando se le da valor en u.m.a se le atribuye el valor de cero. No significa que lo sea pero su valor másico es despreciable frente a la del protón y neutrón J. J. Thomp son (1897) demostró que los rayos catódicos estaban constituidos por partículas c ar ga do s ne gativa me nt e a la s que llamo electrones. Determino la relación carga y mas a de electrones, cuyo valor es: qe − me −

=1,76 x10

8

Coulomb

/ gr .

qe − : c arg a del electrón me − : masa del electrón

1 u.m.a (unidad de masa atómica) = 1,66 x 10 gr.

-24

II.-PROPIEDADES NUCLEARES 1. Número

atómico (Z): Determinado por MOSELEY (1914) luego de muchos experimentos efectuados con tubos de rayos catódicos con diversos ánodos metálicos. Nos indica el número de protones contenidos en el núcleo del átomo.

Partícula Símbolo

Electrón Protón − 0 e−, 1 e p , 11 p 9,1x10 -28 1,67x10 -24 +

Neutrón n o , 01 n 1,7x10 -24

Masa absoluta (en Protones: Son partículas de carga 1. gramos) eléctrica positiva y de masa 1 u.m.a (unidad Masa 0 1 1 relativa de masa atómica) (en u.m.a) -19 -1,602x10 +1,602x10 0 ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA,Carga 19 absoluta BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS (Coulomb Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected] Carga -1 +1 0 relativa Científico THOMPS RUTHERFO J. Descubri ON (1897) RD (1919) CHADWI dor CK

9 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO En un átomo eléctricamente neutro se cumple. 1.-ISÓTOPOS (Hílidos) Son átomo s de un mismo elemento químico que tienen igual número atómico, pero diferente número de masa y por lo tanto diferente número de neutrones.

2. Número de masa(A): Nos indica la suma total de protones y neutrones contenidos en el núcleo atómico.

Donde: X= símbolo del elemento correspondiente Z = número atómico o carga nuclear A = número de masa o número de nucleones

Por ejemplo, en la naturaleza el carbono se presenta como una mezcla de tres isótopos con números de masa 12, 13 y 14: 12 C, 13 C y 14 C. Sus abundancias respecto a la cantidad global de carbono son respectivamente: 98,89%, 1,11% y trazas. Los isótopos se subdividen en isótopos estables (existen menos de 300) y no estables o isótopos radiactivos (existen alrededor de 1200). El concepto de estabilidad no es exacto, ya que existen isótopos casi estables. Su estabilidad se debe al hecho de que, aunque son radiactivos, tienen un tiempo de neutralización extremadamente largo, aún comparado con la edad de la Tierra.Solamente 21 elementos (ejemplos: berilio, flúor, sodio) pose en un solo isótopo natural. La mayoría de los elementos químicos poseen más de un isótopo Ej. 11 H ( protio ), 12 H (deuterio ),13 H (tritio )

IONES .-En química , se define al ión o ión (del griego ió n , participio presente de ienai "ir", de ahí "el que va ") como una especie química, ya se a un átomo o una molécula, cargada eléctricamente . E st o s e debe a que ha ganado o perdido electrones de s u dotación, originalmente neutra, fenómeno que se conoce como ionización. También suele llamársele molécula libre, cuando se trata de una molécula .Los iones cargado s negativamente, producidos por la ganancia de electrones , se conocen como aniones (que son atraído s por el ánodo ) y los cargados positivamente, consecuencia de una pérdida de electrones , se conocen como cationes (los que son atraídos por el cátodo ). Carga del ión (q)Ejemplos: H+, Ca 2+, Na +, Fe 3+,F -, S 2-, NO 3 1- , S O 4 2Número de electrones en iones = Z - (q)

III.-TIPOS DE ÁTOMOS

2.-ISÓBAROS: S on áto mo s de difer ente s elementos que teniendo distinto número atómico y distinto número de neutrones, poseen igual número de masa. Ejm. 146 C ,147 N 3.-ISÓTONOS: S on átomo s de eleme nto s diferentes que poseen igual número de neutrones. 57 58 59 Fe , 27 Co , 28 Ni Ej. 26 ; 12 6

C ,

11 5

B

4.-ISOELECTRÓNICOS: Son aquellas especies químicas diferentes que tienen la misma configuración electrónica y por con si guiente la mi sm a cantidad de electrones.En otras palabras son átomos o iones con igual número de electrones.

Ej.: 8

O

−2

(10 electrones ) ,

−

F 1 (10 electrones )

9

5.-ISÓMEROS Son un tipo de núclidos de un mismo elemento que poseen los mismos números A y Z, pero se diferencian entre sí en su contenido energético.

Ejemplo:

99 43

Tc ∗→ 99 43Tc + γ


10 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO El primero es el tecnecio metaestatable, que al Se descubrieron en base a la modificación del ser obtenido de una reacción nuclear presenta un experimento de Crookes a partir de lo cual se exceso de energía que le produce una ligera empezó a estudiar su comportamiento tratando inestabilidad. Para lograr su estabilidad elimina de identificar su naturaleza y procedencia. En este exceso en forma de radiación gamma. experiencias diversas se pudo comprobar que los rayos catódicos, en un tubo de vacío y voltaje de 1 0 k V entre cátodo y ánodo, presentan las PESO ATOMICO DE UN ELEMENTO siguientes características: Es el promedio de las masas atómicas de todos a) Se mueven del cátodo al ánodo, en línea los isótopos de un mismo elemento teniendo en recta, a una velocidad que llega a cuenta su abundancia. 1,5.10 8 m/s. b) No dependen del tipo de gas encerrado Los isótopos de un elemento se encuentran en el tubo. mezclados en la naturaleza, unos en mayor c) Se desvían hasta el polo positivo cuando porcentaje que otros.Ejemplo: s e s om et en a la ac ci ón de un ca mp o eléctrico. d) P ued en de svi ar se por la ac ció n de un 35 ) y 17 Cl (75 .4 % abundancia campo magnético. 37 C l abundancia ( 24 . 6 % ) 17 e) Producen sombras y se hallan formados 75 .4(35 ) + 24 .6(37 ) por partículas materiales = 35 .5 u.m.a peso atomico = 100

EXPERIENCIAS QUE EVIDENCIAN INDIVISIBILIDAD DEL ÁTOMO

LA

NO

f) Pueden poner al rojo una barra de mica que se interponga en su camino. g) La relación carga/masa es independiente de la naturaleza del ga s. q

Experiencias relacionadas con fenómenos eléctricos A raíz de las experiencias de Faraday, s obre todo las relacionadas con la electrólisis que se hizo en torno a 1830, se empezó a pensar seriamente en la posible divisibilidad de los átomos y en la naturaleza eléctrica de la materia, de los propios átomos, que debían ser algo más complejo de lo imaginado por los primeros estudiosos. Periodicidad en las propiedade s de la s sustancias simples A partir de 1830, la observación de ciertas regularidades en el comportamiento de las sustancias, supusieron la existencia de algo que tuvieran en común los átomos de las sustancias si mple s y que permitieran explicar tale s propiedades. Experiencias en tubos de descarga con gases a baja presión Iniciadas por Crookes a partir de 1870, en tales condiciones cada gas emite un resplandor de color característico. Analizando la luz con espectroscopios se pudo ver que cada gas daba, en el mismo, un espectro propio, lo que hacía pensar que ese espectro fuese consecuencia de una cierta organización interior en el átomo (con lo que se afianzaba también la idea de que el átomo no era indivisible). Descubrimiento de los rayos catódicos

m

1,7.10 8

=−

coulomb gramo

De e st as y otra s experienci as s e llegó a la conclusión de que los rayos catódicos estaban con stituido s por partí cu la s ca rg ada s negativamente y que todas esas partículas eran idénticas, independientemente del gas que hubiera en el tubo o del material que estuvieran hechos los electrodos. A estas partículas se les llamó electrones, fueron identificados por Jo seph Thoms on (1856- 1940) y a partir de la relación anterior se pudo determinar la carga y masa del electrón (qe =1,6 . 10 -19 C, m e =0,00055 uma) uma=unidad de mas a atómica.

La Teoría Atómica se basa en la suposición (ratificada después por datos experimentales) de que la materia no es continua, sino que e stá formada por partículas distintas. Esta teoría describe una parte de nuestro mundo material a la que no es posible acceder por observación directa, y permite explicar las propiedades de las diversas sustancias. El concepto de átomo ha ido pasando por diversas concepciones, cada una de las cuales explicó en su momento todos los datos experimentales de que se disponía, pero con el tiempo fue necesario modificar cada modelo para adaptarlo a los nuevos datos. Cada modelo se


11 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO apoya en los anteriores, conservando determinados aspecto s y modificando otros.

La primera aparición conocida del concepto de átomo procede de una escuela filosófica griega (Demócrito, Leucipo), la cual considera ba que la susta ncia esencial de cualquier objeto debía permanecer constante, y trató de conciliar es a idea con el hecho de que en la materia se puede observar un cambio constante. Sin embargo, esta primera aproximación no puede considerarse una teoría científica, tal y como la entendemos hoy en día, ya que le faltaba el apoyarse en experimentos rigurosos (la idea moderna de que el conocimiento científico debe apoyarse siempre en experimentos que cualquiera pueda reproducir, procede del Renacimiento, con los trabajos de Copérnico, Galileo, Newton...). La primera teoría científica sobre el átomo fue propuesta por John Dalton a principios del siglo XIX, y a partir de ahí se fueron proponiendo diversos modelos:

MODELO DE THOMSON (1898) Representa al átomo como una esfera homogénea de carga positiva, en donde se encuentran distribuidos los electrones atraídos electrostáticamente.Se le llamo “Modelo de Átomo Estacionario” por la inmovilidad que presentan los electrones.

MODELO DE RUTHERFORD (1911) “MODELO PLANETARIO” TEORIA ATOMICA DE DALTON Jhon Dalton (1808) propu so la primera teoría con ba se científica, la cual encu entra explicaciones satisfactorias, a las leyes pondérales de las combinaciones químicas. Ley de la conservación de la masa (Lavoisier – 1789) Ley de las proporcione s definida s o composición constante (Proust – 1801) Ley de las proporciones múltiples (Dalton – 1803) Ley de las proporciones reciprocas (Richter – 1792) Postulados de la teoría atómica de Dalton. 1º El átomo es la mínima porción de materia que no puede dividirse por ningún proceso conocido. 2º Los átomos de un mismo elemento son iguales tanto en masa, tamaño como en sus demás propiedades. 3º Lo s átom os de ele me nto s diferente s s on también diferentes en todas sus propiedades 4º Los átomos se combinan para formar compuestos, participando en proporciones con st ant es y definida s, expre sá nd os e el número de átomos de cada clase en relación de números enteros y pequeños. •

•

•

•

- El electrón se encuentra girando alrededor del núcleo, describiendo orbitas circulares de forma similar a los planetas que giran alrededor del sol. - Diámetro del átomo es mas 10 000 veces mayor que el diámetro del núcleo, el átomo en su mayor parte es espacio vació. - El núcleo tienen el 99% de la masa total del átomo - El átomo esta constituido por un núcleo central que es la región donde se encuentran las cargas positivas. La f uerza c entrifuga que de sarrolla el electrón al girar, contrarresta la fuerza de de atracción electrostática que ejerce el núcleo (+) sobre el electrón (-)

MODELO DE DALTON (1808) Repre se nt a al átom o com o una e sf er a compacta e indivisible e indestructible. CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]


MODELO ATÓMICO ACTUAL -

Según el grafico la mayoría (a) de partículas alfa atraviesan la lamina porque la mayor parte del átomo es espacio vacío ocupado por electrones en movimiento); pocas (b) atraviesan la lamina y se desvían porque pasan cerca del núcleo al ser el núcleo positivo y las partículas alfa positivas hay un rechazo; muy pocas (c) rebotan y no atraviesan la lamina porque chocan con el núcleo, s on muy poc as porque la ma yoría atraviesa la lamina al ser el átomo mayormente espacio vacío.

Los electrones presentan un carácter dualístico de ondapartícula (al igual que los fotones de luz) Los electrones no tienen trayectoria circular ni elíptica, sino vibraciones en tres direcciones del espacio. El electrón, en su movimiento alrededor del núcleo, no gana ni pierde energía. Es imposible determinar al mismo tiempo, la velocidad y posición del electrón.

MODELO DE NIELS BOHR (1913) Discípulo de Rutherford propone u nuevo modelo para el áto mo de HIDROG EN O aplic ando acertada mente la teoría cuántica de la radioactividad de MAX PLANK. - El átomo de hidrogeno consta de un núcleo positivo y a su alrededor gira en forma circular un electrón. - Un electrón sólo gira en determinadas órbitas de radios definidos. - El electrón mientras gira en una misma órbita, no emite ni absorbe energía, debido a que dichas órbitas son estados estacionarios de energía. - Un átomo pierde energía cuando un electrón cae, de un nivel superior de energía a otro inferior y gana energía cuando salta de un nivel inferior a otro nivel sup erior de energía. - Alrededor del núcleo (+) de hidrogeno gira en forma circular un electrón (-) de tal manera que la fuerza centrifuga contrarreste la fuerza de atracción electrostática. - La energía emitida o absorbida por el átomo recibe el nombre de fotón o cuanto de luz.

E s el proce s o media nte el cual, un núcle o inestable sufre espontáneamente desintegración emitiendo a sí radiaciones de alta energía. La radiactividad puede ser natural o artificial; la desintegración atómica da lugar a la formación de nuevos elementos químicos con la liberación de partículas como: α , β , γ , e − , n º ,... etc .

1.-Radiaciones alfa ( α =24 He +2 =24α )son flujos de partículas cargada s positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de Helio). Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes aunque muy ionizante s, su velocidad e s aproximadamente 20000 km/seg.. Y son muy energéticos. 238 92

4 U →2390 Th +24 He

2.-Radiaciones Beta ( β − =−10β ) son flujos de electrones (beta negativa s) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protone s del núcle o cua ndo e ste s e Cuanto.-Es la mas pequeña cantidad de energía encuentra en un estado excitado. Es emitida o absorbida por un átomo. desviada por campos magnéticos. Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado, su velocidad e s CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

13 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO aproximadamente 27000 km./seg. como pueden transformar en un núcleo diferente, por el de las partículas alfa. Por lo tanto lo tanto, se transformaría en un elemento que no cuando un átomo expulsa una partícula existe en la naturaleza. beta aumenta o disminuye su número atómico una unidad (debido al protón La radiactividad natural fue descubierta por Irene ganado o perdido). Curie (hija de los esposos curie) y su esposo Frederic J oliot, pue s s e perc ata n que al bombardear ciertos núcleos con partículas 234 234 0 o 90Th → 91 Pa + 1 e( β ) procedentes de fuentes radiactivas estos se 0 30 30 + P ----> Si + e ( 1 β ) o vuelv en radiactivo s. Si la energía de la s partículas es adecuada entonces puede penetrar en el núcleo generando inestabilidad y por ende La c aptura electrónica es un tipo de induciendo a la desintegración de su núcleo. desintegración beta. En este proceso un electrón de un átomo , normalmente de la capa K, se Gracias al bombardeo de núcleos se logro combina con un protón del núcleo y forma un obtener elementos químicos artificiales como neutrón y un neutrino. Es un proceso alternativo el neptunio y el plutonio. a la desintegración beta con emisión de positrones . Los primeros isótopos radiactivos artificiales −

−

+

ejemplos:

0 ( γ =0 γ ) 3.-Radiaciones Gamma So n radiaciones electromagnéticas de longitud de onda muy corta ( γ =0,0005 a 0,1 nm), consiste en una emisión de fotones de alta energía son eléctricamente neutros. son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Y la mas energetica, su velocidad es 300000 km/seg. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen m ay or penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlos. 9 9 4 Be→4 Be + (γ ) RADIACTIVIDAD NATURAL

Fue descubierta por HENRI BÉCQUEREL (198 6) ca si accidentalmente mientra s estudiaba los fenómenos de fluorescencia de sales de uranio. Posteriormente MARIE CURIE llamo a este proce so RADIOACTIVIDAD. En 18 98 el matrimonio MARIE Y PIERR E CURIE trabajando con pechblendas (minerales de oxido de uranio) lograron aislar nuevos elementos químicos (Po y Ra) los cuales poseían una radiactividad mas intensa que el uranio.

fueron elaborados, en 1934 por Irene Curie (18971956) y Frédéric Joliot (1900-1958), bombardeando isótopos estables con partículas a de alta energía. Por ejemplo, el aluminio se transforma en fósforo-30 radiactivo y se libera un neutrón, se representa mediante la ecuación nuclear: 13

27

Al + 2 4 He --->

15

30

P + 01n

El fósforo-30, que es radiactivo, se desintegra emitiendo una partícula llamada positrón, que tiene la misma masa que un electrón pero con carga +1 (1 0 e, e +), este proceso se representa mediante la ecuación nuclear: 15

30

P --->

14

30

Si + e

+1

( positrón )

En la radiactividad natural nunca se emiten positrones pero es frecuente en la desintegración en la radiactividad inducida o radiactividad artificial. Se puede observar en la ecuación de desintegración del fósforo-30, que el resultado de la emisión de un positrón e s la transformación de un protón del núcleo en un neutrón (el 15 30 P tiene 15 protones y 15 neutrones y el 14 30 Si tiene 14 protones y 16 neutrones). Vida media o semivida de los elementos radiactivos.

Cada núclido (átomo) radiactivo se desintegra según la intensidad o rapidez específica constante, que se expresa en las llamadas unidades de semivida. La semivida (t1/2 o vida RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL O media) es el tiempo neces ario para que se RADIACTIVIDAD INDUCIDA desintegre la mitad de una determinada cantidad de un núclido radiactivo. Las semividas de los Se produce cuando se bombardea diversos elementos alcanzan, desde una fracción de núcleos atómicos con partículas como por segundo, hasta miles de millones de años. Por ejemplo las partículas alfa α de gran energía, se CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

14 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO ejemplo, el 238 92 U tiene una semivida de 4.5 x 10 9 años, el 226 88 Ra tiene una semivida de 1620 años y m mi = masa inicial a desintegrarse m el 15 6 C tiene una semivida de 2.4s. Como ejemplo, 2 226 si hoy se tuviera 1.0g de 88 Ra, al cabo de 1620 años se tendrían 0.5 g de 226 88 Ra; al final de otro período de 1620 años, quedarían 0.25 g y así m F =masa que queda sin desintegrarse sucesivamente. n = numero de desintegraciones i

F

=

n

Las semividas de los radioisótopos del mismo elemento s on distintas. En la tabla siguiente, aparecen las semividas de algunos isótopos del radio, carbono y uranio.

n =

tiempo tiempo

total

=

de vida media

1 t 1 / 2

Se puede obtener energía nuclear de dos formas diferentes, mediante fusión y fisión nuclear Todo co me nz ó cua ndo Albert Ein st ei n = descubrió su famosa formula: E

m c2

a) Fisión nuclear(o Escisión nuclear) Se produ ce al bom barde ar lo s núcle os de átomos pesados, como el uranio y plutonio pero específicamente su s isótopo s

Semividas de isótopos del y uranio Isótopo Semivida Isótopo Ra 223 11.7 días C 14 Ra 224 3.64 días C 15 Ra 225 14.8 días U 235 Ra 226 1620 años U 238 Ra 228 6.7 año s APLICACIONES DE RADIOISOTOPOS Son aquellos isótopos que son radiactivos CAMPO AGRICULT URA TRASADO RE S ISOTOPIC OS CONTROL DE PLAGAS

APLICACION Preservación alimentos So n perceptible s detectores radiaciones

de

RADIOISOTOPO Co-60 y Cs-137

a de

C-14, P-32, Fe-59, I13 1

RADIOTER APIA

Se elimina o controla mosca s gusanera s esterilizando las moscas macho Trazadore s para en el diagnostico medico Combaten células cancerosas

FECHADO O DATACION

Se calcula la antigüedad de lo s re st os f ós il es , minerales y plantas

MEDICINA

Co-60

I-131, Tl-201, C-11, As-74, Tc-99 Co-60 y Cs-137 ,I131(combate el hipertiroidismo), P32(tratamiento de leucemia) C-14, U-238

235 92

U y

radio, carbono Semivida 5668 años 24 segundos 7.1 x 10 8 años 4.5 x 10 9 años

239 94

Pu

con neutrones lentos. El núcleo bombardeado se rompe generando dos núcleos ligeros radiactivos o inestables produciendo una gran cantidad de energía en forma de calor y radiación principalmente, y neutrones de alta energía cinética. 35 U se Entre los productos de la fisión del 292 han identificado mas de 200 isótopos de 35 elementos diferentes. 235 92

1 92 U +01n→14 56 Ba +36 Kr

1 + 0

3 n + energia

b) Fusión nuclear (Reacción Termonuclear) Es la unión de núcleos livianos para formar un núcleo pesado, la energía que se puede obtener por fusión nuclear es considerablemente mayor que la que se obtienen por fisión de la misma masa de un elemento pesado. 2 1

H

+

3 1

H

4

1

→ 2 He+ 0 n + energia

Deut

erio Tritio Helio CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]


Son una forma de energía con características de onda, que s e muev e en el vacío a la velocidad de la luz, su movimiento esta a so ci ad o con ca mbi os periódico s en lo s campos eléctricos y magnéticos.

1. Longitud de Onda ( λ ) Es la distancia entre dos crestas consecutivas, también se mide como la distancia entre dos nodos alternos. λ

c =

f

2. Frecuencia ( f ) Es el número de ondas que pasan por un punto en una unidad de tiempo, su unidad e s el hertz ( 1 hertz = seg −1 = f

1 seg

)

−1

= λ

3. Periodo (T) Es el tiempo que demora en formar una longitud de onda λ T =

número

de onda f

4. Energía de una onda (E) Según MAX PLANCK (1900). La energía no puede ser absorbida ni emitida en forma continua, sino en pequeñas cantidades discretas (discontinua) o paquetes llamados fotones o cuantos de luz, donde la energía asociada es proporcional a la frecuencia con que se irradia. CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]


ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO TOTAL λ :10 -4 Aº

λ :10 -2 Aº

λ :10 Aº

Rayos cósmicos

Rayos Gamma

Rayos X

λ :10 2 Aº Rayos ultra violeta

λ :15x10 2 Aº

Rayos infrarrojos

λ :0,3 cm. Micro ondas

λ :30 cm. Ondas de TV

λ :30 Km. Ondas de radio

LUZ VISIBLE ESPECTRO DE LUZ VISIBLE

VIOLETA AZUL 3900 Aº 4500 Aº 6200 Aº 7000 Aº

VERDE 4900 Aº

AMARILLO 5700 Aº

ANARANJADO 5900 Aº

ROJO

aumenta λ aumenta

f

y energía (E) cantidades fotones.

definidas llamadas cuantos

o

- La energía E de un solo fotón es proporcional a la frecuencia ( f ) de la radiación emitida o absorbida. E n e r g ía

d e l

fo tó n

E F

=

E F

f

α

- La constante de proporcionalidad (h) para esta relación es conocida ahora como constante de PLANCK h = 6,63 x 10 -27 erg.seg = 6,63x10 -34 J.seg

- En particular cada fotón de longitud de onda λ tiene una energía de : La s propiedade s química s de los átomo s depende n de co mo e st én distribuido s los electrones alrededor del núcleo. El conocimiento de la estructura electrónica de un átomo nos permite predecir su comportamiento químico. Las energías de los electrones de los átomos se derivan de la teoría cuántica, desarrollada durante la primera parte del siglo XX.

A)

TEORÍA DE MAX PLANCK (1900) .Propuso que las radiaciones (luz o cualquier otra forma de energía radiante) no eran emitida s en forma continua, sino en

E F

=h f

B)

EFECTO FOTOELÉCTRICO (HERTZ-1887) Fenómeno descubierto por HERTZ.

Ciertos metales bajo la influencia de una radiación electromagnética con una frecuencia mínima, denominada


17 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO frecuencia de umbral, emiten fotoelectrones desde su superficie. El número de fotoelectrones emitidos no depende de la energía de la radiación incidente sino de la intensidad de la misma. h f =

energía

ALBERT EINSTEIN, estableció que un fotón cuya energía es h f , penetraba en el material fotoeléctrico e interaccionaba con el electrón menos sujeto de la sustancia, al cual se transfería toda su energía. Si la energía es igual o mayor a la cantidad que se requiere para liberar el electrón, este puede escapar y unirse a la corriente fotoeléctrica con una determinada energía cinética en consecuencia se tiene que: Si se cumple: h f ≥ h f o

C) NATURALEZA DEL ELECTRÓN (L. D’ BROGLIE – 1925)

ONDULATORIA

S ug irió que en circun st an ci as adec ua da s partículas muy pequeñas como los electrones pueden tener propiedades ondulatorias. Predijo que una partícula con ma sa “m” y velocidad “v” tiene una longitud de onda asociada a ella; onda que posee diferentes características de las ondas electromagnéticas conocidas, la expresión correspondiente es:

Entonces si se produce el efecto fotoeléctrico Por EINSTEIN:

h f

h f o

=

E

+ c

h f =

energía del fotón h f o =energía necesaria para arrancar el electrón mas externo o energía de escape o energía de umbral del metal. f o = frecuencia mínima para expulsar el

electrón (frecuencia de umbral o frecuencia de umbral del metal).

λ =

h m v

E c = energía cinética

m=masa; v= velocidad D) PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE EISENBERG

“Es imposible determinar simultáneamente el momento y velocidad del electrón.” Debido a lo anterior debemos hacer una aproximación estadística y hablar de la probabilidad de encontrar al electrón en determin ad as regione s del e sp ac io ; la relación entre la incertidumbre de posición ( ∆ x : cm , m ) y la incertidumbre de momento ( CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

18 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO p ∆

: gr .

cm seg .

; Kg .

matemáticamente ecuación:

p.∆ x ≥ ∆

m seg .

)

se

mediante

representa la

siguiente

h 4π

3. Lo s est ado s permitido s de energía de átomos o moléculas se pueden describir por una s erie de número s llamado s números cuánticos I.

NUMEROS CUANTICOS

TEORÍA CUÁNTICA

La teoría cuántica fue propuesta en primer lugar por MAX P LA NC K (19 00) para explicar la radiación de un cuerpo caliente. Unos pocos años después en 1905, fue utilizada por EINSTEIN para tratar la emisión de electrones por metales expuestos a la luz. En 1913 BOHR utilizo la teoría cuántica para desarrollar el modelo del átomo de hidrogeno. Hoy en día se sabe que la teoría cuántica es una teoría general que se aplica a todas las interacciones de la materia con la energía .Aquí discutiremos los postulados de la teoría aplicada a los electrones de átomos y moléculas.

A.

SHRODINGER (1926) propuso una ecuación de onda que describe el comportamiento del electrón en el átomo de hidrogeno se podía describir por tres números cuánticos “n”,”l”,”m l”. Los tres números cuánticos de la solución de SHRODINGER no son suficientes para explicar todas las propiedades del electrón, es por ello que es necesario introducir un cuarto número cuántico llamado Spin (m s ).

P

ostulados de la teoría cuántica :

1. Los átomos y las moléculas solo pueden existir en ciertos estado s, que se caracterizan por una cierta energía. Cuando un átomo o molécula cambia de estado, debe absorber o emitir la cantidad exacta para ir a dicho estado.

Orbital: Es la región espacial que rodea al núcleo, en donde existe la ma s alta probabilidad de encontrar dos electrones en sentido contrarios.

2. Cuando los átomos o moléculas absorben o emiten luz en el proceso de cambiar sus energías la longitud de onda λ de la luz esta relacionada con el cambio de energía por la ecuación.

1.

N. C. Principal (n).Indica la distancia del electrón al núcleo, CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

19 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO es decir el nivel de energía en que se encuentra. * Sin embargo los electrones ubicados en un mismo nivel (n) no tienen la misma energía, tienen ligeras diferencias (subniveles): s, p, d, f.

1< n <

-

∞

Representación de los niveles con letras: K, L, M ,N ,O ,P ,Q. Repre se nt ación de lo s nivele s con números: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

2.

N.C. Secundario (l ) (azimutal) Indica el subnivel y esta relacionado con el número cuántico n.

desde

Orbi

hasta

tales tipo “s”


20 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO N. C. Magnético (ml ) 3. Determinan la orientación en el espacio de cada orbital.

Orbitales tipo “d”

Orbitales tipo “p”

4.-N. C. SPIN

( m s ) Este parámetro se refiere

al sentido de rotación del electrón sobre su propio eje, los electrones que se ubican en un mismo orbital deben necesariamente tener spin opuesto o “antiparalelo”. La representación del electrón como una minús cula esfera de electricidad girando s obr e sí mis ma es completamente convencional, se observan los valores:

1 +

2

(giro en sentido antihorario)

1 −

2

(giro en sentido horario). Por convención, estos valores están asociados en direcciones que se representan por flechas.

SUBNIVEL ES

Orbitales tipo “f”

l Número de orbitales Número de electrones Forma de los orbitales

s (sharp ) 0

p (princip al) 1

2

f (fundament al) 3

1

3

5

7

2

6

10

14

esféri ca

dilobula r

tetralobu lar

compleja

d (difuse)

Principio de Exclusión de Pauli (1925) CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

21 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO “En un átomo no puede existir dos electrones que tengan iguales los 4 números cuánticos”. O sea en un orbital no pueden existir dos electrones con los spines en el mismo sentido.(al tener mismo spin tendrían mismo signo y por tanto repulsión)

REGLAS PRÁCTICAS a) Número máximo de electrones: # max e – = 2(2ℓ + 1) (subnivel) b) Número de orbitales: # orbitales = 2ℓ + 1 (subnivel) a) Número máximo de electrones. # max e – = 2 . n2 (nivel)

1. Nivel

2. Subniveles

3. 1

b) Número de subniveles: # subniveles = n (nivel)

10.

4. 2 5. 3

c) Número de orbitales: # orbitales = n2 (nivel)

6. 4 7. 5 8. 6 CUADRO RE SUMEN 9. 7 NÚMEROS SIGNIFICADO CUANTICOS ELECTRÓ ORBITAL N PRINCIPAL (n) Nivel Tamaño o volumen SECUNDARIO Sub-nivel Forma

CONFIGURACION EL EC TRONICA Ayudándonos de los conceptos de niveles y subniveles electrónicos es posible desarrollar la estructura electrónica de los elementos. x

nl

n = nivel de energía x = Número de electrones l = Sub- nivel de energía

(l )

MAGNETICO

Orbital

(ml )

SPIN ( m s )

Regla del Serrucho; es una regla que nos permite desarrollar la estructura electrónica de los elementos, llenando los subniveles de acuerdo al orden creciente de energía.

Orientaci ón

Giro del electrón (rotación)

n = niveles de energía

Secuencia total: En la configuración electrónica abreviada se usan a los gases nobles: 1s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3d10 4 p 6 5s 2 4d10 5 p 6 6s 2 4f 14 5d10 6 p 6 7s 2 5f 14 6d10 7 p 6

[2He] [10Ne] [18Ar] 2

0

2

6

[36Kr] 2

6

Ca : 1 s ,2 s ,2 p ,3 s ,3 p ,4 s

[54Xe] 2

[86Rn]

configurac ion electronic a



CONFIGURACIONES ELECTRONICAS DE LOS ATOMOS EN EL ESTADO FUNDAMENTAL

ENERGIA RELATIVA. ER. E n l Es la energía que se asume para un subnivel y todo lo que el contiene. Se calcula sumando los valores de n y l, donde n es el coeficiente y l la letra del s ubnivel. s. (SHARP) = 0. 3s. ER = 3+0 = 3 p. (PRINCIPAL) = 1 4p. ER = 4+1 = 5 d. (DIFUSS E) = 2 4d. ER = 4+2 = 6 f. (FRECU ENT LY)= 3 5f. ER = 5+3=8 R

=

+

ORBITALES DEGENERADOS. Se denomina así a los orbítales que tienen igual energía relativa. Como el 4p ,3d; y 5s. Su energía en cada caso es 5( como tiene igual energia se ordenan según el numero cuantico principal”n”, osea : ,3d;4p; 5s).Por esta razón es preferible recordar el orden de energía de la regla del serrucho para secuenciar a los subniveles de menor a mayor o de mayor a menor Regla de Hund o de Máxima Multiplicidad “Dentro de un s ubnivel lo s primero s electrones ocupan orbítales separados ”

3 p3 :

↑ ↓

↑

3Px

3Py

3Pz

incorrecto


23 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO Cuando un electrón desprende energía en forma ↑ ↑ ↑ 3 p3 : correcto de luz, vuelve en un estado de energía mas bajo. 3Px 3Py 3Pz Algunas de las transiciones se indican en la figura (a). Observe que el electrón puede volver. 3 orbitales semillenos Ejm. El estado fundamental (n = 1) los electrones que vuelven a este estado dan lugar a las líneas de la serie de LYMAN en el espectro del hidrogeno. PARAMAGNETISMO Y DIAMAGNETISMO

Paramagnetismo: Átomo con propiedades magnéticas, se le reconoce fácilmente porque tiene orbitales desapareado s.

Ej:

3

2 1 Li = 1s 2s

SERIE LYMAN

Ej: Be: 1s2 2s2

1

n p o n2

2, 3, 4,..., ∞

BALMER

2

3, 4, 5…,

REGION Ultraviolet a Visible

∞

PASCHE N BRACKE TT P FUND Diama gn eti sm o: Cuando el átomo no tiene propiedades magnéticas, se le reconoce por que tiene orbitales apareados.

nll o n1

3

4, 5, 6,…,

Infrarrojo cercano ∞ 4 5, 6, 7,…, Infrarrojo verdadero ∞ 5 6, 7, 8,…, Infrarrojo lejano ∞ n p o n2 : nivel de nll o n1 : nivel de llegada partida Las longitudes de onda ( λ ) de las diferentes líneas del espectro del hidrogeno s e pueden asociar a los diferentes niveles de energía mediante la ecuación de J.R Rydberg:  1 1  = R H  2 − 2  λ n 2  n1 1

R H = 109 678 cm −1 = 1,1 x10 5 cm −1

SERIES ESPECTRALES DEL ATOMO DE HIDROGENO Son las transiciones de los electrones de uno a otro nivel, ocasionan emisiones u absorciones, esta s se pueden recoger en los llamado s espectros. El espectro atómico mas simple es el que muestra el hidrogeno. En un átomo de hidrógeno tratamos con un simple electrón que s e mueve en diferentes estados de energía, cuando el átomo absorbe energía, el electrón se mueve a un estado de energía superior. Cuando el electrón vuelve al estado primitivo, desprende energía en forma de luz a longitudes de onda discretas. El espectro atómico del hidrogeno se estudió por primera vez en 1880. Por esta época se descubrieron una serie de líneas en la región visible. Estas líneas forman lo que se conoce como serie de BALMER. BOHR las conocía en la época en que estudiaba y desarrollaba su modelo s obr e el áto mo de hidro gen o m as tarde s e descubrieron otras s eries.

ESPECIES HIDROGENOIDES.-Llamadas también monoelectronicas, son átomos de elementos diferentes al hidrogeno pero que como el, solo tienen un electrón, y estos son: He +; Li +2 ; Be +3 ; etc . .Las relaciones determinadas por Bohr se veen afectadas por el numero atómico (Z)de cada elemento, de esta forma el radio ( r n ), la rapidez ( v n ) y la energía en cada orbita ( E n )


24 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO Mg 1 arroba = 25 libras 2 8 cm 0,529 .n 2,2 x10

r n =

Z

A°

E n = −

vn =

;

13,6 n

2

n

. Z

seg .

2

( Z ) e.V

3. Volumen 1 galón USA = 3,785 l = 4cuartos 1 galón inglés = 4,546 l 1 galón Perú = 4 l (doméstico) 1 pie 3 = 28,3 2 l = 7,48 galón USA 3 1 m = 10 3 l = 1 stereo (st)

1l = 10 3 ml = 10 3 cm 3 = 1 dm 3 1 barril = 42 l 1 cuarto = 2 pintas 1dm 3 = 1L 1m 3 = 1000L

4. Presión 1 bar = 10 5 Pa = 750 torr 1 atm = 1101 325 Pa 1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 14,7 lb/pulg 2 = 14,7 PSI

1 atm = 1033 gf/cm2 = 1,033 kgf/cm 2 1 mmHg = 133,322 39 Pa 1 pieza = 10 3 Pa 1 Pa : 0,9869 Atm 1 Torr = 133,332 Pa 17

EQUIVALENCIAS 1. Longitud 1 milla terrestre = 1 1 = 10 –4 cm = 10 –6 m 609 m 1 vara = 83,6 cm 1 milla marítima = 1 fermi = 10 –15 m = 1 1852 m fm 1 km = 10 3 m = 10 5 1spot = 10 12 m cm 1 UA = 149 597,870 x 1 m = 10 2 cm = 10 3 10 6 m mm 1 ly = 9,460 55 x 10 15 1 yd = 3 pies = 91,44 m (*) cm 1 pie = 12 pulg = 30,48 cm 1 pulg = 2,54 cm 1Å = 10 -8 cm = 10 -10 m (*) 1 año luz (ly) es el espacio recorrido a la velocidad de la luz en un año.

5. Energía 1 W.h = 3,6 x 10 3 J 1 e.V = 1,602 19 x 10 –19 J 1 cal = 4,186 8 J 1 erg = 100 nJ = 10 –7 J 1 k. gfm = 9,806 65 J 1 litro atmósfera = 101,328 J

1 BTU = 252 cal 1 kcal = 3,97 BTU 1 Megatón = 10 6 TON 1 Joule =1 J =1x10 7 erg 1 erg = 1x10 -7 J

6. Otras Equivalencias 1 Mx = 10 n Wb = 10 –8 Wb 1 c/s = 1 Hz 1 dyn = 10 uN = 10 –5 N 1 kgf = 9,806 65 N 1 ph = 10 klx = 10 4 lx 1 = 1 nt = 10 –9 T 1 Gs = 100 uT = 10 –4 T 1 sb = 10 kcd/m2 = 10 4 cd/m2 1 CV = 735,499 W 1 St = 100 mm 2 /s = 10 –4 m 2 /s POTENCIA 1 Kw = 1000 watt 1 watt = 1 Joule S Kw : kilowat ; S : segundo s

2. Masa 1 kg = 10 3 g = 2,2 lb 1 y = 1 g = 10 –9 kg 1 lb = 543,6 g = 16onz 1 quilate = 2 . 10 –4 kg 1 onz = 28,35 g 1 ton USA = 2 000 lb ALFABETO GRIEGO –24 1 UMA = 1,6 x 10 g = 1 1 ton UK = 2 240 lb SIMBOLO u 1 dracma = 3 NOMBRE IMPRENTA MANUSCRI 1 tonelada = 10 3 kg = 1 escrúpulos CLASES PARTICULARES : MATEMÁTICA, FÍSICA, QUÍMICA, CTA, ESTADÍSTICA, BIOLOGÍA, FISICOQUÍMICA, BIOQUÍMICA, BIOFÍSICA, ASESORÍA DE TESIS Cel.:952 545914 - 952 849673 / correo: [email protected]

25 CLASES PARTICULARES: PRIMARIA-SECUNDARIA-PREUNIVERSITARIO-UNIVERSIDAD-POSTGRADO TO Alfa A Beta B Gamma Delta Epsilon E Zeta Z Eta H Theta Iota I Kappa K k Lambda Mu M Nu N Cs i Omicron O Pi Rho P Sigma Tau Ipsilon t Fi Φ Xi X Psi x Omega


Quimica Preuniversitaria Firme

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