2. CONTENIDO
1.1 Conceptos básicos
- Química
- Aplicaciones de la química
- Temperatura y calor
- Medición – Masa - Volumen
1.2 Materia y energía
- Propiedades de la materia
- Transformaciones de la materia
- Clases de materia
- Separación de mezclas
- La energía
3. 1.1 CONCEPTOS BASICOS
Que es Quimica?
Es una ciencia de IMPACTO. Es la ciencia que estudia: La estructura de la materia y la composicion
de la materia, las leyes que rigen los cambios de la materia y su interrelacion con la energia.
La QUIMICA es el estudio de las propiedades de los materiales y de los cambios que sufren éstos.
Uno de los atractivos de aprender química es ver cómo los principios químicos operan en todos los
aspectos de nuestra vida, desde las actividades cotidianas como encender un fósforo hasta
cuestiones más trascendentes como el desarrollo de medicamentos para curar el cáncer y otras
enfermedades.
La química permite obtener un entendimiento importante de nuestro mundo y su funcionamiento.
Se trata de una ciencia eminentemente práctica que tiene una influencia enorme sobre nuestra vida
diaria. De hecho, la química está en el centro de muchas cuestiones que preocupan a casi todo
mundo………. ¿Por qué tantos temas diversos tienen un vínculo esencial con la química? La
respuesta es que la química, por su misma naturaleza, es la ciencia central. (Brown Theodore I,
2004)
5. TEMPERATURA Y CALOR
Temperatura
Sentimos la temperatura como una medida de la calidez o frialdad de un objeto. En realidad, la temperatura
determina la dirección de flujo del calor. El calor siempre fluye espontáneamente de una sustancia que está a
una temperatura más alta hacia una que está a una temperatura más baja. Por ello, sentimos la entrada de
energía cuando tocamos un objeto caliente, y sabemos que ese objeto está a una temperatura más alta que
nuestra mano. Las escalas de temperatura que comúnmente se emplean en los estudios científicos son las
escalas Celsius y Kelvin. La escala Celsius también es la escala de temperatura cotidiana en la mayor parte de
los países, y se basó originalmente en la asignación de 0ºC al punto de congelación del agua y 100ºC a su punto
de ebullición en el nivel del mar.
Fig. Comparacion de las escalas de temperatura: kelvin, Celsius y Fahrenheit
6. TEMPERATURA Y CALOR
La escala Kelvin es la escala de temperatura SI, y la unidad SI de temperatura es el kelvin (K).
Históricamente, la escala Kelvin se basó en las propiedades de los gases. El cero en esta escala es la
temperatura más baja que puede alcanzarse, 273.15ºC, a la cual llamamos cero absoluto.
Ambas escalas, Celsius y Kelvin, tienen unidades del mismo tamaño; es decir, un kelvin tiene el
mismo tamaño que un grado Celsius. Por tanto, la relación entre las escalas Kelvin y Celsius es la
siguiente:
K = °C + 273.15 (1)
El punto de congelación del agua, 0ºC, es 273.15 K. Adviértase que no usamos un signo de grado (º)
con temperaturas en la escala Kelvin.
La escala de temperatura común en Estados Unidos es la escala Fahrenheit, que no se emplea
generalmente en estudios científicos. En esa escala, el agua se congela a 32ºF y hierve a 212ºF. Las
escalas Fahrenheit y Celsius están relacionadas como sigue:
°C = 5/9 (°F – 32) o bien °F =9/5 (°C + 32) (2)
9. LA MASA
La inercia es una propiedad general de la material. Para medirla se utiliza una magnitude llamada masa,
proporcional a lacantidad de material que hay en los cuerpos y tambien proporcionas a su peso, la masa no
solo depende deltamano sino tambien del material. Aunque aparentemente lo tengamos claro no debemos
enganarnos por el ojo. Un objeto no tiene mayor masa cuanto mas grande es, sino cuanto mas pesa.
La masa se mide en gramos si es pequena, y si es grande en Kilogramos.
1 Kiogramo (kg) = 1000 gramos (g)
Como pasamos de Kilogramos a gramos y viceversa?
Kg g (x 1000)
g Kg (: 1000)
El hecho de medir la masa de un objeto se llama pesar, para lo cual utilizamos balanzas
10. EL VOLUMEN
Otra propiedad general de la material es la extension. Una de las magnitudes utilizada para medirla es el volume. Que es el
volumen? Es la cantidad de espacio que ocupa. Ej: una pelota de baloncesto tiene mayor volume que una de tenis.
Hay objetos que tienen mucho volume y poca masa, u objetos que tienen mucha masa y poco volume. En los liquidos el
volume coincide con la capacidad del recipient que ocupan. Si llenamos una botella que tiene capacidad de 1L, solo puede
sontener 1l del liquido. Los liquidos adaptan su forma al recipient que los contiene.
Los volumenes especialmente en los liquidos suele expresarse en mililitros (ml) si son volumenes pequenos o, en litros (l) si
son volumenes grandes.
1 l = 1000 ml
l ml (x 1000)
ml l (: 1000)
El volumen de un cuerpo depende solo de su tamano y no de su material
13. La densidad.
La densidad relaciona la masa con el volumen (las dos propiedades de la material).
Segun el cociente entre la masa de un objeto y su volumen.
masa (Kg o g)
Densidad = ----------------------- = kg/l o g/ml
volume (l o ml)
Densidad de algunas substancias:
Agua: 1 kg/ l Aceite: 0,92 kg / l
Alcohol: 0,78 kg /l Hierro: 7,9 Kg / l Plomo: 11,3 kg / l
Cuales de estas substancias flotaran en el agua y por que?
La densidad es una propiedad especifica de la maeria, que nos permite distinguir unos materiales de
otros. Se trata, de calcular que masa tendra un cuerpo que ocupa un volume de un centimetro cubico.
16. CLASIFICACION DE LA MATERIA
PROPIEDADES FISICAS: color, olor,
densidad, punto de fusión, punto
de ebullición y dureza);
PROPIEDADES QUIMICAS:
reacciones.
PROPIEDADES INTENSIVAS: No
dependen de la cantidad de
muestra: ToC, punto fusión,
densidad).
PROPIEDADES EXTENSIVAS:
Dependen de la cantidad de
sustancia: volumen y masa.
Fg: Esquema de clasificación de la materia. En el nivel
químico, toda la materia se clasifica en última instancia como
elementos o compuestos.
27. CONTENIDO
2.1 El átomo
Estructura del átomo
Propiedades del átomo
2.2 Mecánica cuántica
Modelo atómico actual
Arquitectura electrónica
2.3 Periodicidad química
Tabla periódica moderna
Propiedades físicas y químicas de los elementos químicos.
28. Descubrimientos fundamentales que respaldan la existencia del
átomo y su estructura
John Dalton 1808. La imagen del atomo expuesta por Dalton es su
Teoria atomica, Los principios fundamentals de esta teoria son:
- La material esta formada por minusculas particulas indivisibles
llamadas atomos.
- Hay distintas clases de atomos que se distinguen por su masa y
sus propiedades. Todos los atomos de un elemento poseen las
mismas propiedades quimicas. Los atomos de elementos
distintos tienen propiedades diferentes.
- Los compuestos se forman al combinarse los atomos de dos o
mas alementos en proporciones fijas y sencillas. De modo que en
un compuesto los atomos de cada tipo estan en una relacion de
numerous enteros o fracciones sencillas.
- En las reacciones quimicas los atomos, los atomos se
intercambian de una a otra sustancia pero ningun atomo de un
elemento desaparece ni se transforma en un atomo de otro
elemento.
29. J. J. Thomsom 1897: Demostro que dentro de los atomos hay unas particulas diminutas, con carga
electrica negativea, a las que llamo electrones.
De este descubrimiento dedujo que el atomo debia de ser una esfera de material cargada (+), en
cuyo interior estaban incrustados los electrones. Al que llamo “budin de pasa”. Tambien descubre los
isotopos.
Thomson construyó un tubo de rayos catódicos con una pantalla fluorescente, para poder medir
cuantitativamente los efectos de los campos magnético y eléctrico sobre el delgado haz de
electrones que pasaban por un agujero en el electrodo positivo. Tales mediciones le permitieron
calcular un valor de 1.76 10Λ8 coulombs por gramo para la relación carga eléctrica-masa del
electrón.*
Al conocerse la relación carga-masa del electrón, si se pudiera medir ya sea la carga o la masa de un
electrón se podría calcular el valor de la otra cantidad. En 1909, Robert Millikan (1868-1953) de la
University of Chicago logró medir la carga de un electrón realizando lo que se conoce como
“experimento de la gota de aceite de Millikan” (Figura 2.5 ). Luego, Millikan calculó la masa del
electrón usando su valor experimental para la carga, 1.6 1019 C, y la relación carga-masa de
Thomson, 1.76 108 C/g:
Masa del electrón = 1.60 * 10Λ-19 C/1.76 * 10Λ8 C/g=9.10 * 10Λ-28 g.
Empleando valores un poco más exactos, obtenemos el valor que se acepta actualmente
para la masa del electrón, 9.10939 10Λ-28 g. Esta masa es unas 2000 veces más pequeña
que la del hidrógeno, el átomo más pequeño.
Brown pg 37-..
30. E. Rutherford 1911: Demostro que los atomos no eran
macizos, como se creia, sino que estan vacios en su mayor
parte y en su centro hay un diminuto nucleo.
Dedujo que el atomo debia estar formado por una corteza
con los electrons girando alrededor de un nucleo central
cargado positivamente. Descubre el neutron que no tiene
carga pero posee un alto contenido de energia.
31. Niels Bohr 1913: Propuso un Nuevo modelo atomico segun el
cual los electrones giran alrededor del nucleo en unos niveles
definidos.
Espectros atomicos discontinuos originados por la radiacion
emitida por los atomos excitados de los elementos en estado
gaseoso.
Modelo atomico del Hidrogeno propuesto por Bohr.
Postulados de la teoria del quantum:
1. Los e se mueven en orbitas de energia definidos.
2. Mientras conserven su orbita, no absorben ni desprenden energia.
3. Los e pueden pasar a un nivel menor o mayor, siempre y cuando
absorban o desprendan energia necesaria.
4. Cuando los e desprenden o absorven energia lo hacen en cantidades
unitarias llamadas “cuantos”
5. Represento a los niveles de energia con la letra “n”, que toma valores
enteros de 1, 2, 3…
32.
33. Modelo Atomico de Schrodinguer:
En 1926, Schrodinger, partiendo de ideas
de Plank y Luis Broglie y las matematicas
de William Rowam Hamilton, desarrollo
un modelo matematico en donde
aparecen tres parlamentos: n, l y m
34. En 1916, Arnold Sommerfeld con la ayuda de la relatividad de Albert
Einsteinm hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:
- Los electrones se mueven alrededor del nucleo en orbitas circulares o
elipticas.
- A partir del segundo nivel energetico existen dos o mas subniveles en
el mismo nivel.
- El electron es una corriente electrica minuscula.
35. 1926, fisico aleman Werner Heisenberg, despues de haber disenado varios
experimentos hipoteticos para determiner con precision la posicion y velocidad del
electron, llego a la conclusion de que esa determinacion era imposible.
Es imposible determiner con precision y simultaneamente la posicion y velocidad de
un electron ya que al precisar su posicion su velocidad se altera y viceversa.
Es [psible deducir donde se encuentra un electron, por medio de los numerous
cuanticos: n, l, m y s.
El numero cuantico principal (n) describe el tamano del orbital, por ejemplo: los
orbitals para los cuales n= 2 son mas grandes que aquellos para los cuales n=1.
Puede tomar cualquier valor entero, empezando desde 1: n=1, 2, 4, 4, etc.
El numero cuantico del momento angular orbital (I) describe la forma del orbital
atomico. Toma valores desde 0 hasta n-1. Por ejemplo si n=5, los valores de I
pueden ser: I= 0,1,2,3,4.
I=0 orbital s (sharp)
I=1 orbital p (principal)
I=2 orbital d (diffuse)
I=3 orbital f (fundamental)
36.
37. El numero cuantico magnetico (mI), determina la orientacion especial del
orbital. Se denomina magnetico porque esta orientacion especial se acostumbra
a definer en relacion a un campo magnetico externo.
Toma valores enteros desde -1 hasta +1. Por ejemplo, si I=2, los valores posibles
para m son: mI = -2, -1, 0, 1, 2.
El numero cuantico de espin (s), solo puede tomar valores: +1/2 y -1/2/
Principio de construccion de Auf Bau
En un atomo los electrons buscan su acomodo primero en aquellos subniveles
de menor energia, es decir, aquellos en que su valor de n+ l sea menor.
38. PRINCIPIO DE EXCLUSION DE PAULI
En un atomo no puede haber dos electrones con los cuatro numeros
cuanticos iguales.
REGLA DE HUND.
Al llenar orbitales de igual energia (los tres orbitals p, los cinco orbitales
d, o los siete orbitales f) los electrones se distribuyen, siempre que sea
posible, con sus espines paralelos, es decir, desapareados.
39. EL ATOMO. Vision moderna de la
estructura atomica
Un atomo es la menor cantidad de un element quimico que tiene existencia propia, y que no
es possible divider mediante procesos quimicos. El atomo esta formado por protones (carga
+) y electrons (carga - ). Los protons y neutrones forman el nucleo, y los electrons la
corteza. Un atomo se caracteriza por su numero atomico (numero de protones, Z), que
es lo que distingue un elemento de otro, y su numero masico (numero de protones mas
neutron, A). Los atomos de representan asi:
40. ISOTOPOS
Son atomos (nuclides) de un mismo elemento (con igual numero
atomico), y distinto numero masico (con diferente numero de
neutrones). También llamados hílidos.
42. ISOBAROS
Son núclidos que pertenecen a elementos diferentes, poseen igual numero de masa,
diferente numero atómico y diferente numero de neutrones, es decir igual numero de
nucleones fundamentales.
iso = igual
baro = masa
Son núclidos con propiedades físicas y químicas diferentes.
43. ISOTONOS
Son núclidos pertenecientes a elementos diferentes. Poseen diferente
numero de protones e igual numero de neutrones; por lo tanto
tienen diferentes números de masa: También son núclidos
con propiedades físicas y químicas diferentes.
44. Distribucion electronica
Es la distribucion de los electrons en los subniveles orbitales y orbitals de un atomo. La
configuracion electronica de
Los elementos se rige segun
el diagrama de Moelli:
Para encontrar la notacion electronica se escribe las notaciones en forma diagonal de
arriba hacia abajo y de derecha a izquierda:
Se puede representar:
Para encontrar la configuracion electronica se usa el mismo procedimiento anterior
incluyendo ahora el No. maximo de e:, finalmente queda la configracion como sigue:
45. En este sitio web: http://www.educaplus.org/play-73-Configuraci%C3%B3n-electr%C3%B3nica.html
El estudiante puede escoger cualquier elemento de la table periodica y observar las relaciones entre las estructuras del Sistema periodico y la configuracion electronica.
