Unidad 1 Química General
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
Química General
Unidad 1
Esudianes Die!" #uenes
UNIVERSIDAD UNIVERS IDAD NACIONAL N ACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA DISTANCIA UNAD
1$ de %ar&" '(1)
1* TABLA DE CONTENIDO '* INTRODUCCI+N ,* OB-ETIVOS General Es.ecí/ic"s 0* DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD ase I 2aci3idad !ru.al4 Leer el artículo LA QUICA EN EL AULA! ENTRE LA CIENCIA Y LA A"IA el cual #e encuentra en el entorno de conoci$iento % dar re#&ue#ta a la# #i'uiente# &re'unta# de $anera 'ru&al( a( Co$o la )uí$ica e#ta relacionada con la *ida cotidiana( +( No$+rar $íni$o 1, #u#tancia# )uí$ica# con la# cuale# entra$o# en contacto en el día % en )ue o+-eto# &ode$o# encontrarla#( c( Co$o de#&ertaría el docente el inter.# en u#ted #o+re la )uí$ica( d( /or )ue a&render )uí$ica e# di0ícil( e( Co$o inter&retaría la# tre# di$en#ione# &ara lo'rar el ca$+io conce&tual en el a&rendia-e de la )uí$ica( 0( No$+re un reto )ue ten'a la )uí$ica en la# nue*a# 'eneracione# en lo #i'uiente# ca$&o#! a( edicina( +( Conta$inaci2n( c( Ener'ía( '( De#cri+ir el &roce#o )uí$ico )ue #e da de una de la# e3&eriencia# )ue re*ela e# a#&ecto $4'ico % curio#o de la )uí$ica 5&a'ina 67 #u'erida# &or el autor(
ASE II*2aci3idad indi3idual4 Cada e#tudiante eli'ir4 uno de lo# $odelo# at2$ico# )ue #e relacionan a continuaci2n % entre'ara una de#cri&ci2n de lo# a&orte# del $odelo at2$ico al $odelo actual( •
odelo at2$ico de De$2crito(
•
odelo at2$ico de Dalton(
•
odelo at2$ico de T8o$#on(
•
odelo at2$ico de Rut8er0ord(
•
odelo at2$ico de Bo8r (
•
odelo at2$ico de Sc8r9din'er (
N"m5re Au"r Dem6cri"
%"del" #r".ues"
#"sulad"s
Insu/iciencias
NO SE #RESENTA De$2crito de#arroll2 la :teoría at2$ica del uni*er#o;< conce+ida
•
&or #u $entor< el 0il2#o0o Leuci&o( E#ta teoría< al i'ual )ue toda# la# teoría# 0ilo#20ica# 'rie'a#< no a&o%a #u# &o#tulado# $ediante e3&eri$ento#< #ino )ue #e e3&lica $ediante raona$iento# l2'ico#( La teoría ato$i#ta de De$2crito % Leuci&o #e &uede e#)ue$atiar a#í! Lo# 4to$o# #on eterno#< indi*i#i+le#< 8o$o'.neo#< inco$&re#i+le# e in*i#i+le#( Lo# 4to$o# #e di0erencian #olo en 0or$a % ta$a=o< &ero no &or cualidade# interna#( La# &ro&iedade# de la $ateria *arían #e'>n el a'ru&a$iento de lo# 4to$o#(
-"7n Dal"n
1( La $ateria e#t4 di*idida en una# &artícula# indi*i#i+le# e
1( Se #a+e )ue lo# 4to$o# #í &ueden di*idir#e % alterar#e(
inaltera+le#< )ue #e deno$inan 4to$o#( ?( La# E3&eriencia# de T8o$#on( ?( Todo# lo# 4to$o# de un $i#$o ele$ento #on id.ntico# entre #í 5&re#entan i'ual $a#a e i'uale# &ro&iedade#7( @( Lo# 4to$o# de di#tinto# ele$ento# tienen di#tinta $a#a % di#tinta# &ro&iedade#( ( Lo# co$&ue#to# #e 0or$an cuando lo# 4to$o# #e unen entre #í< en una relaci2n con#tante % #encilla(
-*-* T7"ms"n
Introduce la idea de )ue el 4to$o &uede di*idir #e en la# El 4to$o no e# $aio ni co$&acto co$o #u&onía T8o$#on< lla$ada# &artícula# 0unda$entale#!
e# &r4ctica$ente 8ueco % el n>cleo e# $u% &e)ue=o co$&arado con el ta$a=o del 4to$o< #e'>n de$o#tro E(
Electrone#< con car'a el.ctrica ne'ati*a /rotone#< con car'a el.ctrica &o#iti*a Neutrone#< #in car'a el.ctrica % con una $a#a $uc8o
Rut8er0ord en #u# e3&eriencia#(
$a%or )ue la de electrone# % &rotone#( T8o$#on con#idera al 4to$o co$o una 'ran e#0era con car'a el.ctrica &o#iti*a< en la cual #e di#tri+u%en lo# electrone# co$o &e)ue=o# 'ranito# 5de 0or$a #i$ilar a la# &e&ita# de una #andía7(
E*Ru7er/"r d
Con#idera )ue el 4to$o #e di*ide en!
Se contradecía con la# le%e# del electro$a'neti#$o de a3ell< la# cuale# e#ta+an a$&lia$ente co$&ro+ada#
Un n>cleo central< )ue contiene lo# &rotone# % neutrone#
$ediante nu$ero#o# dato# e3&eri$entale#( Se'>n la# le%e#
5% &or tanto allí #e concentra toda la car'a &o#iti*a % ca#i
de a3ell< una car'a el.ctrica en $o*i$iento 5co$o e# el toda la $a#a del 4to$o7( electr2n7 de+ería e$itir ener'ía continua$ente en 0or$a de Una cortea< 0or$ada &or lo# electrone#< )ue 'iran radiaci2n< con lo )ue lle'aría un $o$ento en )ue el electr2n alrededor del n>cleo en 2r+ita# circulare#< de 0or$a caería #o+re el n>cleo % la $ateria #e de#truiría e#to de+ería #i$ilar a co$o lo# &laneta# 'iran alrededor del Sol( ocurrir en un tie$&o $u% +re*e( Lo# e3&eri$ento# de Rut8er0ord de$o#traron )ue el n>cleo e# $u% &e)ue=o co$&arado con el ta$a=o de todo el 4to$o! el 4to$o e#t4 &ractica$ente 8ueco(
No e3&lica+a lo# e#&ectro# at2$ico#(
-*-* T7"ms"n
Introduce la idea de )ue el 4to$o &uede di*idir #e en la# El 4to$o no e# $aio ni co$&acto co$o #u&onía T8o$#on< lla$ada# &artícula# 0unda$entale#!
e# &r4ctica$ente 8ueco % el n>cleo e# $u% &e)ue=o co$&arado con el ta$a=o del 4to$o< #e'>n de$o#tro E(
Electrone#< con car'a el.ctrica ne'ati*a /rotone#< con car'a el.ctrica &o#iti*a Neutrone#< #in car'a el.ctrica % con una $a#a $uc8o
Rut8er0ord en #u# e3&eriencia#(
$a%or )ue la de electrone# % &rotone#( T8o$#on con#idera al 4to$o co$o una 'ran e#0era con car'a el.ctrica &o#iti*a< en la cual #e di#tri+u%en lo# electrone# co$o &e)ue=o# 'ranito# 5de 0or$a #i$ilar a la# &e&ita# de una #andía7(
E*Ru7er/"r d
Con#idera )ue el 4to$o #e di*ide en!
Se contradecía con la# le%e# del electro$a'neti#$o de a3ell< la# cuale# e#ta+an a$&lia$ente co$&ro+ada#
Un n>cleo central< )ue contiene lo# &rotone# % neutrone#
$ediante nu$ero#o# dato# e3&eri$entale#( Se'>n la# le%e#
5% &or tanto allí #e concentra toda la car'a &o#iti*a % ca#i
de a3ell< una car'a el.ctrica en $o*i$iento 5co$o e# el toda la $a#a del 4to$o7( electr2n7 de+ería e$itir ener'ía continua$ente en 0or$a de Una cortea< 0or$ada &or lo# electrone#< )ue 'iran radiaci2n< con lo )ue lle'aría un $o$ento en )ue el electr2n alrededor del n>cleo en 2r+ita# circulare#< de 0or$a caería #o+re el n>cleo % la $ateria #e de#truiría e#to de+ería #i$ilar a co$o lo# &laneta# 'iran alrededor del Sol( ocurrir en un tie$&o $u% +re*e( Lo# e3&eri$ento# de Rut8er0ord de$o#traron )ue el n>cleo e# $u% &e)ue=o co$&arado con el ta$a=o de todo el 4to$o! el
No e3&lica+a lo# e#&ectro# at2$ico#(
4to$o e#t4 &ractica$ente 8ueco(
Niels B"7r
#rimer ."sulad" 8 El electr2n 'ira alrededor del n>cleo en
El $odelo de Bo8r &er$iti2 e3&licar adecuada$ente el
2r+ita# circulare# #in e$itir ener'ía radiante(
e#&ectro del 4to$o de 8idr2'eno< &ero 0alla+a al intentar a&licarlo a 4to$o# &olielectr2nico# % al intentar -u#ti0icar el
Se!und" ."sulad"8 S2lo #on &o#i+le# a)uella# 2r+ita# en la#
enlace )uí$ico(
)ue el electr2n tiene un $o$ento an'ular )ue e# $>lti&lo entero de 85? &7(
Ade$4#< lo# &o#tulado# de Bo8r #u&onían una $ecla un tanto con0u#a de $ec4nica cl4#ica % $ec4nica cu4ntica(
A#í< el Se'undo /o#tulado no# indica )ue el electr2n no &uede e#tar a cual)uier di#tancia del n>cleo< #ino )ue #2lo 8a% una#
El $odelo no con#i'ue e3&licar co$o lo# 4to$o# indi*iduale#
&oca# 2r+ita# &o#i+le#< la# cuale# *ienen de0inida# &or lo# o+ran recí&roca$ente con otro# 4to$o# &ara 0or$ar lo# *alore# &er$itido# &ara un &ar4$etro )ue #e deno$ina n>$ero cu4ntico< n(
Tercer #"sulad"8 La ener'ía li+erada al caer el electr2n de#de una 2r+ita a otra de $enor ener'ía #e e$ite en 0or$a de 0ot2n< cu%a 0recuencia *iene dada &or la ecuaci2n de /lancF! A#í< cuando el 4to$o a+#or+e 5o e$ite7 una radiaci2n< el electr2n &a#a a una 2r+ita de $a%or 5o $enor7 ener'ía< % la di0erencia entre a$+a# 2r+ita# #e corre#&onder4 con una línea del e#&ectro de a+#orci2n 5o de e$i#i2n7(
a're'ado# de la #u#tancia )ue o+#er*a$o#(
Niels B"7r
#rimer ."sulad" 8 El electr2n 'ira alrededor del n>cleo en
El $odelo de Bo8r &er$iti2 e3&licar adecuada$ente el
2r+ita# circulare# #in e$itir ener'ía radiante(
e#&ectro del 4to$o de 8idr2'eno< &ero 0alla+a al intentar a&licarlo a 4to$o# &olielectr2nico# % al intentar -u#ti0icar el
Se!und" ."sulad"8 S2lo #on &o#i+le# a)uella# 2r+ita# en la#
enlace )uí$ico(
)ue el electr2n tiene un $o$ento an'ular )ue e# $>lti&lo entero de 85? &7(
Ade$4#< lo# &o#tulado# de Bo8r #u&onían una $ecla un tanto con0u#a de $ec4nica cl4#ica % $ec4nica cu4ntica(
A#í< el Se'undo /o#tulado no# indica )ue el electr2n no &uede e#tar a cual)uier di#tancia del n>cleo< #ino )ue #2lo 8a% una#
El $odelo no con#i'ue e3&licar co$o lo# 4to$o# indi*iduale#
&oca# 2r+ita# &o#i+le#< la# cuale# *ienen de0inida# &or lo# o+ran recí&roca$ente con otro# 4to$o# &ara 0or$ar lo# *alore# &er$itido# &ara un &ar4$etro )ue #e deno$ina n>$ero
a're'ado# de la #u#tancia )ue o+#er*a$o#(
cu4ntico< n(
Tercer #"sulad"8 La ener'ía li+erada al caer el electr2n de#de una 2r+ita a otra de $enor ener'ía #e e$ite en 0or$a de 0ot2n< cu%a 0recuencia *iene dada &or la ecuaci2n de /lancF! A#í< cuando el 4to$o a+#or+e 5o e$ite7 una radiaci2n< el electr2n &a#a a una 2r+ita de $a%or 5o $enor7 ener'ía< % la di0erencia entre a$+a# 2r+ita# #e corre#&onder4 con una línea del e#&ectro de a+#orci2n 5o de e$i#i2n7(
Sc7r9din!e r
La ec4nica Cu4ntica 516?G7 en'lo+a la 8i&2te#i# de Loui#
E#te $odelo e# *4li do &ara e3&licar la con0i'uraci2n
de Bro'lie % el /rinci&io de indeter$inaci2n de Hei#en+er'(
electr2nica de lo# 4to$o#( /or la con0i'uraci2n electr2nica #e
El car4cter ondulatorio del electr2n #e a&lica de0iniendo una
deducen la# &ro&iedade# de lo# 4to$o#< % en +a#e a la#
0unci2n de onda#< :; utiliando una ecuaci2n de onda#< )ue
&ro&iedade# de lo# 4to$o# #e e3&lican lo# enlace# )ue
$ate$4tica$ente e# una ecuaci2n di0erencial de #e'undo
ori'inan la# di#tinta# #u#tancia# )uí$ica#(
'rado< e# decir< una ecuaci2n en la cual inter*ienen deri*ada# #e'unda# de la 0unci2n :( Al re#ol*er la ecuaci2n di0erencial< #e o+tiene )ue la 0unci2n : de&ende de una #erie de &ar4$etro#< )ue #e corre#&onden con lo# n>$ero# cu4ntico#< tal % co$o #e 8an de0inido en el $odelo de B98r( La ecuaci2n #2lo #e cu$&lir4 cuando e#o# &ar4$etro# to$en deter$inado# *alo re# &er$itido# 5lo# $i#$o# *alore# )ue #e 8an indicado ante# &ara el $odelo de B98r7( El cuadrado de la 0unci2n de onda#< :'< corre#&onde a la &ro+a+ilid ad de encontrar al electr2n en una re'i2n deter$inada< con lo cual #e e#t4 introduciendo en el $odelo el /rinci&io de Hei#en+er'( /or ello< en e#te $odelo a&arece el conce&to de or+ital! re'i2n del e#&acio en la )ue 8a% una $43i$a &ro+a+ilidad de encontrar al electr2n(
Sc7r9din!e r
La ec4nica Cu4ntica 516?G7 en'lo+a la 8i&2te#i# de Loui#
E#te $odelo e# *4li do &ara e3&licar la con0i'uraci2n
de Bro'lie % el /rinci&io de indeter$inaci2n de Hei#en+er'(
electr2nica de lo# 4to$o#( /or la con0i'uraci2n electr2nica #e
El car4cter ondulatorio del electr2n #e a&lica de0iniendo una
deducen la# &ro&iedade# de lo# 4to$o#< % en +a#e a la#
0unci2n de onda#< :; utiliando una ecuaci2n de onda#< )ue
&ro&iedade# de lo# 4to$o# #e e3&lican lo# enlace# )ue
$ate$4tica$ente e# una ecuaci2n di0erencial de #e'undo
ori'inan la# di#tinta# #u#tancia# )uí$ica#(
'rado< e# decir< una ecuaci2n en la cual inter*ienen deri*ada# #e'unda# de la 0unci2n :( Al re#ol*er la ecuaci2n di0erencial< #e o+tiene )ue la 0unci2n : de&ende de una #erie de &ar4$etro#< )ue #e corre#&onden con lo# n>$ero# cu4ntico#< tal % co$o #e 8an de0inido en el $odelo de B98r( La ecuaci2n #2lo #e cu$&lir4 cuando e#o# &ar4$etro# to$en deter$inado# *alo re# &er$itido# 5lo# $i#$o# *alore# )ue #e 8an indicado ante# &ara el $odelo de B98r7( El cuadrado de la 0unci2n de onda#< :'< corre#&onde a la &ro+a+ilid ad de encontrar al electr2n en una re'i2n deter$inada< con lo cual #e e#t4 introduciendo en el $odelo el /rinci&io de Hei#en+er'( /or ello< en e#te $odelo a&arece el conce&to de or+ital! re'i2n del e#&acio en la )ue 8a% una $43i$a &ro+a+ilidad de encontrar al electr2n(
ASE III2aci3idad indi3idual4 Cada e#tudiante ele'ir4 un ele$ento de la ta+la &eri2dica donde e#&eci0i)ue lo #i'uiente( Oro Ele$ento )uí$ico< #í$+olo Au< n>$ero at2$ico G6 % &e#o at2$ico 16(6G e# un $etal $u% den#o< +lando % de color a$arillo inten#o( El oro #e cla#i0ica co$o $etal &e#ado % no+le en el co$ercio e# el $4# co$>n de lo# $etale# &recio#o#( El co+re< la &lata % el oro e#t4n en el $i#$o 'ru&o en la ta+la &eri2dica( La 0uente del #í$+olo )uí$ico< Au< e# #u no$+re en latín auru$ 5a$anecer radiante7( Ha% #2lo un i#2to&o e#ta+le del oro< con n>$ero de $a#a 16G( a( El n>$ero at2$ico 5J7( El n>$ero at2$ico del oro e# el ,
ASE III2aci3idad indi3idual4 Cada e#tudiante ele'ir4 un ele$ento de la ta+la &eri2dica donde e#&eci0i)ue lo #i'uiente( Oro Ele$ento )uí$ico< #í$+olo Au< n>$ero at2$ico G6 % &e#o at2$ico 16(6G e# un $etal $u% den#o< +lando % de color a$arillo inten#o( El oro #e cla#i0ica co$o $etal &e#ado % no+le en el co$ercio e# el $4# co$>n de lo# $etale# &recio#o#( El co+re< la &lata % el oro e#t4n en el $i#$o 'ru&o en la ta+la &eri2dica( La 0uente del #í$+olo )uí$ico< Au< e# #u no$+re en latín auru$ 5a$anecer radiante7( Ha% #2lo un i#2to&o e#ta+le del oro< con n>$ero de $a#a 16G( a( El n>$ero at2$ico 5J7( El n>$ero at2$ico del oro e# el , +( El n>$ero $4#ico 5A7( El n>$ero $4#ico e# de 16G' c( Re&re#entar4 el 4to$o con el #í$+olo del ele$ento )ue le corre#&onde de la #i'uiente $anera! 79
Au
118
d( Co$&letar4 el #i'uiente cuadro(
Sím5"l"
N
N
N
N
de
del
a6mic"
m=sic"
.r""nes
neur"nes
elecr"nes
elemen" Au
G6
16G
G6
11K
G6
e( Realiara la di#tri+uci2n electr2nica( Oro JM G6 Hace$o# el dia'ra$a de oeller(58tt&!e#(iFi&edia(or'iFiDia'ra$adeoeller 7
n?1 n?' n?, n?0 n?) n?$
s 1#? ?#? @#? #? P#? #?
& ?& @& & P&
d @d1, d1, Pd6
DISTRIBUCIN ELECTRNICA DEL ORO 0 0 1
1#? ? #? ?& @ #? @& @d1, #? & d1, 0 1
P #? P& )d>
$ s'
0( Localiara en la ta+la &eri2dica el ele$ento de#cri+iendo 'ru&o % &eriodo( /ertenece al 'ru&o de lo# $etale# de tran#ici2n 11 % al 'ru&o
'( De#cri+ir la# #i'uiente# &ro&iedade# &eri2dica# del ele$ento( •
Ta$a=o at2$ico(
Radio atómico ( pm) :144 Radio iónico ( pm)( carga del ion) :137 (+ 1) , 91 (+ 3 )
•
/otencial de Ioniaci2n( Energía de ionización ( kJ .mol −1) :890
•
A0inidad Electr2nica( Afinidad electrónica ( kJ . mol−1 ) :223
•
Electrone'ati*idad( Electronegatividad :2,54
8( Re&re#entar la e#tructura de Lei# del ele$ento % la e#tructura de Lei# &ara una $ol.cula )ue conten'a el 4to$o #eleccionado( i( De#cri+ir )ue ti&o# de enlace# )uí$ico# de la $ol.cula re&re#entada en el íte$ anterior( -( Qu. cantidad de #u#tancia contienen P ' de una $ue#tra del ele$ento ele'ido F( Deter$inar la $a#a de la $ol.cula del íte$ anterior< de una cantidad de #u#tancia i'ual a ,
ASE IV 2!ru.al4 a( Enu$erar do# co$&ue#to# )ue #e utilicen en el a#eo )ue #e encuentren en cada uno de lo# #i'uiente# e#tado#( S2lido(
Lí)uido( "a#eo#o(
+( De#cri+ir la te$&eratura )ue re'i#tra #u $unici&io el día de 8o% en la# #i'uiente# e#cala# de te$&eratura5$o#trar c4lculo#7 Cel#iu#( a8ren8eit( el*in(
c( Cada e#tudiante eli'ira un &ro+le$a de le%e# de lo# 'a#e# % lo re#ol*er4 5$o#trar c4lculo#7( 1( Si una $a#a de un 'a# ocu&a un *olu$en de P, L a P, $$ H' % 1?C * Qu. *olu$en ocu&ar4 a G?,, $$ H' % ,C ?(
Cur3a de calenamien"2aci3idad !ru.al4 Deter$inar el calor nece#ario &ara &roducir *a&or de a'ua a &artir de 1,, 'ra$o# de 8ielo de#de WPC 8a#ta a'ua *a&or a 1?GC a &re#i2n de 1 at$2#0era(
Da"s8 T f 5H?O7 M ,C X te$&eratura de 0u#i2n del a'ua( T eb5 H?O7 =1,,C X te$&eratura de e+ullici2n del a'ua( Cal g C
calor e#&ecí0ico de la #u#tancia en el e#tado #2lido(
C (s) = 0.5 Cal g C
C (l) = 1
calor e#&ecí0ico de la #u#tancia en el e#tado lí)uido( Cal g C
C
= 0.5
(g)
calor e#&ecí0ico de la #u#tancia en el e#tado 'a#eo#o( Cal g
H(fusión) = 80
Cal g
H(ebullición) =540
)* Re/erencias 5i5li"!r=/icas Z( L( a#terton [ C( N( Hurle%< Quí$ica 5t8 ed7( adrid! 5?,,@7( ( D( Re+oira#< Quí$ica7( adrid! 5?,,7( ( Burriel artí< S( Arri+a# \i$eno< ( Lucena Conde< [ \( Hern4nde .nde< Quí$ica analítica cualitati*a 51Kt8 ed7( adrid! 5?,,K7
Be%ond t8e olecular rontier! C8allen'e# 0or C8e$i#tr% and C8e$ical En'ineerin' 5 ?,,@ 7 unda$ental /8%#ic# and C8e$i#tr%! S&ace Science in t8e Tent%ir#t Centur% I$&erati*e# 0or t8e Decade# 166P to ?,1P 516KK7
