QUIMICAQUIMICA BASICABASICA

Profesora: Ing. Bilma Osorio MarujoProfesora: Ing. Bilma Osorio Marujo

I. INTRODUCCIÓNI. INTRODUCCIÓN El desarrollo tecnológico actual exige que El desarrollo tecnológico actual exige que

las universidades formen ingenieros las universidades formen ingenieros competitivos en el ámbito nacional e competitivos en el ámbito nacional e internacional para enfrentar los retos de la internacional para enfrentar los retos de la globalización, por lo que es necesario globalización, por lo que es necesario replantear las ciencias básicas, en sus replantear las ciencias básicas, en sus contenidos y la metodología de la contenidos y la metodología de la enseñanza, para que los estudiantes enseñanza, para que los estudiantes tengan la capacidad para razonar y ser tengan la capacidad para razonar y ser creativos e innovadores en la solución de creativos e innovadores en la solución de problemas del área que le compete. problemas del área que le compete.

CIENCIAS BÁSICAS.CIENCIAS BÁSICAS. Es la ciencia o investigación científica

que se lleva a cabo sin fines prácticos inmediatos, sino con el fin de incrementar el conocimiento de los principios fundamentales de la naturaleza .

No obstante, en un plazo mayor o menor los resultados de la investigación básica encuentran aplicaciones prácticas, en forma de desarrollos comerciales, nuevas técnicas en la producción o las comunicaciones, u otras formas de beneficio social.

La relación entre la ciencia básica y la ciencia aplicada es crucial para la interrelación entre la investigación y desarrollo o investigación, desarrollo e innovación (I+D o I+D+I), objeto de los estudios de ciencia, tecnología y sociedad (CTS).

Hoy, la tecnología es parte del sistema de Hoy, la tecnología es parte del sistema de vida de todas las sociedades. La ciencia y vida de todas las sociedades. La ciencia y la tecnología proporcionan a la sociedad una la tecnología proporcionan a la sociedad una amplia variedad de opciones en cuanto a lo amplia variedad de opciones en cuanto a lo que podría ser el destino de la humanidad. que podría ser el destino de la humanidad.

CIENCIAS BÁSICAS.CIENCIAS BÁSICAS.Matemática.Matemática. Es una ciencia que estudia las propiedades Es una ciencia que estudia las propiedades

y relaciones cuantitativas entre los entes y relaciones cuantitativas entre los entes abstractos(números, figuras geométricas, abstractos(números, figuras geométricas, símbolos). símbolos).

Mediante las matemáticas conocemos las Mediante las matemáticas conocemos las cantidades, las estructuras, el espacio y los cantidades, las estructuras, el espacio y los cambios.cambios.

Matemática nos permite optimizar Matemática nos permite optimizar procesos e implementar medidas de procesos e implementar medidas de administración de calidad, crear administración de calidad, crear rápidamente prototipos e implementar rápidamente prototipos e implementar aplicaciones interactivas, y generar aplicaciones interactivas, y generar informes dinámicos automáticamente -informes dinámicos automáticamente -todo en un sistema, con una corriente de todo en un sistema, con una corriente de trabajo integrada.trabajo integrada.

Todos los ingenieros, incluyendo Todos los ingenieros, incluyendo Ingenieros Industriales, toman Ingenieros Industriales, toman matemáticas con cálculo y ecuaciones matemáticas con cálculo y ecuaciones diferenciales.diferenciales.

La ingeniería industrial es diferente ya que La ingeniería industrial es diferente ya que está basada en matemáticas de" variable está basada en matemáticas de" variable discreta", mientras que el resto de la discreta", mientras que el resto de la ingeniería se basa en matemáticas de " ingeniería se basa en matemáticas de " variable continua". Así los Ingenieros variable continua". Así los Ingenieros Industriales acentúan el uso del álgebra Industriales acentúan el uso del álgebra lineal y de las ecuaciones diferenciales, en lineal y de las ecuaciones diferenciales, en comparación con el uso de las ecuaciones comparación con el uso de las ecuaciones diferenciales que son de uso frecuente en diferenciales que son de uso frecuente en otras ingenieríaotras ingeniería

Física.Física.

Estudia la energía y sus transformaciones.Estudia la energía y sus transformaciones.

La energía se define como la capacidad de La energía se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Tenemos realizar trabajo o transferir calor. Tenemos algunas formas de energía :algunas formas de energía :

• MecánicaMecánica• EléctricaEléctrica• RadianteRadiante• TérmicaTérmica• QuímicaQuímica• Nuclear, etc.Nuclear, etc.

• Para estudiar la química se debe tomar en Para estudiar la química se debe tomar en cuenta lo siguiente:cuenta lo siguiente:

– La observaciónLa observación– La representaciónLa representación– La interpretación.La interpretación.• la materia.la materia. Es todo aquello que tiene masa y ocupa un Es todo aquello que tiene masa y ocupa un

lugar en el espacio. La masa es la medida lugar en el espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia contenida en una de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier material. muestra de cualquier material.

Química.Química.• Es la ciencia central ; que se apoya Es la ciencia central ; que se apoya

en los fundamentos matemáticos y en los fundamentos matemáticos y físicos y a su vez es el fundamento físicos y a su vez es el fundamento de las ciencias de la vida.de las ciencias de la vida.

• Es la ciencia que describe la materia , Es la ciencia que describe la materia , sus propiedades físicas y químicas, sus propiedades físicas y químicas, los cambios que experimenta y las los cambios que experimenta y las variaciones de energía que variaciones de energía que acompañan a dichos procesos.acompañan a dichos procesos.

II.-Estados fundamentales de la II.-Estados fundamentales de la materiamateria

Los estados físicos en que puede Los estados físicos en que puede encontrarse la materia son básicamente encontrarse la materia son básicamente tres. Sólido ,líquido y gaseoso ,el agua es tres. Sólido ,líquido y gaseoso ,el agua es una de las pocas sustancias que puede una de las pocas sustancias que puede encontrase en los 3 estados.encontrase en los 3 estados.

ESTADOS DE LA MATERIA

SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO

Los diferentes estados en que podemos Los diferentes estados en que podemos encontrar la materia de este universo en el encontrar la materia de este universo en el queque vivimos se denominan estados de vivimos se denominan estados de agregación de la materia, porque son las agregación de la materia, porque son las distintas maneras en que la materia se distintas maneras en que la materia se "agrega", distintas presentaciones de un "agrega", distintas presentaciones de un conjunto de átomos. Los estados de la conjunto de átomos. Los estados de la materia son cinco: materia son cinco:

NOTA:NOTA:

1. Sólido1. Sólido2. Líquido2. Líquido3. Gaseoso3. Gaseoso4. Plasma4. Plasma5. Condensado de Bose-Einstein5. Condensado de Bose-Einstein

Los tres primeros son conocidos por todos Los tres primeros son conocidos por todos nosotros y los encontramos en numerosas nosotros y los encontramos en numerosas experiencias de nuestro día a día. experiencias de nuestro día a día. El El sólidosólido lo experimentamos en los objetos lo experimentamos en los objetos que utilizamos, que utilizamos, el el líquidolíquido en el agua que en el agua que bebemos y el bebemos y el gasgas en el aire que en el aire que respiramos. respiramos.

El El plasma. plasma. EEs un estado que nos rodea, s un estado que nos rodea, aunque lo experimentamos de formaaunque lo experimentamos de forma indirecta. El plasma es un gas ionizado, indirecta. El plasma es un gas ionizado, esto quiere decir que es una especie de esto quiere decir que es una especie de gas donde los átomos o moléculas que lo gas donde los átomos o moléculas que lo componen han perdido parte de sus componen han perdido parte de sus electrones o todos ellos. Así, el plasma es electrones o todos ellos. Así, el plasma es un estado parecido al gas, pero un estado parecido al gas, pero compuesto por electrones, cationes (iones compuesto por electrones, cationes (iones con carga positiva) y neutrones. En con carga positiva) y neutrones. En muchos casos, el estado de plasma se muchos casos, el estado de plasma se genera por combustión. genera por combustión.

Condensado de Bose - EinsteinCondensado de Bose - Einstein

En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló En 1920, Santyendra Nath Bose desarrolló una estadística mediante la cual se una estadística mediante la cual se estudiaba cuándo dos fotones debían ser estudiaba cuándo dos fotones debían ser considerados como iguales o diferentes. considerados como iguales o diferentes. Envió sus estudios a Albert Einstein, con Envió sus estudios a Albert Einstein, con el fin de que le apoyara a publicar su el fin de que le apoyara a publicar su novedoso estudio en la comunidad novedoso estudio en la comunidad científica y, además de apoyarle, Einstein científica y, además de apoyarle, Einstein aplicó lo desarrollado por Bose a los aplicó lo desarrollado por Bose a los átomos. Predijeron en conjunto el quinto átomos. Predijeron en conjunto el quinto estado de la materia en 1924. estado de la materia en 1924.

A las temperaturas increíblemente bajas que se A las temperaturas increíblemente bajas que se necesitan para alcanzar el estado de condensado necesitan para alcanzar el estado de condensado de Bose-Einstein, se observa que los átomos de Bose-Einstein, se observa que los átomos pierden su identidad individual y se juntan en una pierden su identidad individual y se juntan en una masa común que algunos denominan superátomo.masa común que algunos denominan superátomo.

ESTADO SÓLIDOEn este estado predomina la fuerza de En este estado predomina la fuerza de

cohesión o atracción .Las moléculas que cohesión o atracción .Las moléculas que forman los sólidos están unidas por forman los sólidos están unidas por fuerzas de atracción unidas muy fuerzas de atracción unidas muy fuertemente.fuertemente.

Características :Características :Tienen forma y volumen definidos.Tienen forma y volumen definidos.Son casi incompresibles.Son casi incompresibles.Suelen tener mayor densidad que los Suelen tener mayor densidad que los líquidos.líquidos.

No son fluidos.No son fluidos. Se difunden muy lentamente a través de Se difunden muy lentamente a través de

otros sólidos.otros sólidos. El movimiento de las moléculas es muy El movimiento de las moléculas es muy

poco o nulo por estar muy juntas, poco o nulo por estar muy juntas, únicamente con movimiento vibratorio.únicamente con movimiento vibratorio.Ej.. La piedra, cerros, hielo, etc.Ej.. La piedra, cerros, hielo, etc.

ESTADO LÍQUIDOESTADO LÍQUIDOEn este estado la fuerza de cohesión y repulsión En este estado la fuerza de cohesión y repulsión

actúan con igual intensidad en sus moléculasactúan con igual intensidad en sus moléculasCaracterísticas: Características: Carecen de forma definida. Adoptan la forma del Carecen de forma definida. Adoptan la forma del

recipiente que las contienen.recipiente que las contienen. Volumen definido. Son ligeramente compresibles.Volumen definido. Son ligeramente compresibles. Tienen alta densidad.Tienen alta densidad. Son fluidos.Son fluidos. Se difunden a través de otros líquidos.Se difunden a través de otros líquidos. El movimiento de las moléculas es constante y El movimiento de las moléculas es constante y

desordenado.desordenado. Ej.: ríos, lagos, lagunas, mares océanos, etcEj.: ríos, lagos, lagunas, mares océanos, etc

ESTADO GEASEOSOESTADO GEASEOSO

Predomina la fuerza de repulsión en las Predomina la fuerza de repulsión en las moléculas. Tenemos algunas características: moléculas. Tenemos algunas características: No tienen forma definida, llenan el recipiente No tienen forma definida, llenan el recipiente que lo contienen. que lo contienen.Son compresibles.Son compresibles.Tienen baja densidad.Tienen baja densidad.Son fluidos.Son fluidos.Se difunden con rapidez.Se difunden con rapidez.Partículas extremadamente desordenadas; Partículas extremadamente desordenadas; movimiento aleatorio rápido.movimiento aleatorio rápido.Ej. : nubes, humo, aire, etc.Ej. : nubes, humo, aire, etc.

SistemaSistemaEs la parte del universo en la cual Es la parte del universo en la cual

tenemos un interés especial o es la parte tenemos un interés especial o es la parte del universo físico cuyas propiedades se del universo físico cuyas propiedades se están investigando. En torno al sistema están investigando. En torno al sistema están sus alrededores, en los que están sus alrededores, en los que efectuamos nuestras observaciones. efectuamos nuestras observaciones. Ambas partes están separadas por la Ambas partes están separadas por la frontera y se mantienen en contacto. frontera y se mantienen en contacto.

TIPOS DE SISTEMAS

(a). Sistema abierto.

Es cuando hay transferencia de energía y materia entre el sistema y sus alrededores.

(b).sistema cerrado.

Es cuando hay transferencia de energía y no de materia entre el sistema y sus alrededores.

(c). Sistema aislado.

Es cuando no hay transferencia de materia ni de energía entre el sistema y los alrededores. No hay interacciones a través de las paredes del sistema. El café caliente del termo es una aproximación de un sistema aislado.

Fase Es una región uniforme en un sistema.

Esto significa composición química uniforme y propiedades físicas uniformes.

PROPIEDADES QUIMICAS Y FISICAS

Para diferenciar muestras de diferentes tipos de materia se determinan y comparan sus propiedades.

Propiedades químicas.

Son las que exhibe la materia cuando experimenta cambios en su composición.

Estas propiedades de las sustancias se relacionan con los tipos de cambios químicos que experimentan.

Ejemplo .Mg(s)+ ½ O2(g) MgO(s)

Esta reacción es un cambio químico.

Propiedades físicas.

Se observan cuando no hay cambio en la composición. El color, la densidad el punto de ebullición , etc. ,son propiedades físicas.

Propiedades extensivas e intensivas.

Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de material que se examine. Ejemplo: volumen, masa, etc.

Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de material que se examine. Ejemplo : temperatura, presión, etc.

La materia puede clasificarse en dos categorías principales: Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades. Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:

CLASIFICACION DE LA MATERIA

P. FísicosP. Físicos

P.

Fís

ico

s

P.

Qu

ímic

os

SEPARACIÓN DE MEZCLASSEPARACIÓN DE MEZCLAS

cuando se prepara un compuesto en el cuando se prepara un compuesto en el laboratorio, se requieren varias laboratorio, se requieren varias operaciones de laboratorio para separarlo operaciones de laboratorio para separarlo en forma pura de la mezcla de reacción en forma pura de la mezcla de reacción donde se formó. Ejemplo: filtración, donde se formó. Ejemplo: filtración, destilación, cromatografía, secado, destilación, cromatografía, secado, decantación, evaporación, sedimentación, decantación, evaporación, sedimentación, etc. etc.

EL ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS EL ÁTOMO Y SUS PARTÍCULAS FUNDAMENTALESFUNDAMENTALES

El ordenamiento de las partículas fundamentales determina las propiedades físicas y químicas de cada elemento.Las partículas fundamentales son los bloques constituyentes básicos de cualquier átomo.El átomo y por tanto, toda la materia, está formado principalmente por tres partículas fundamentales:Electrones, protones y neutrones.

PARTÍCULA MASA CARGA

Electrón (e-)0,0005458 uma (9,10939x10-28g) 1-

Protón (p ó p+)1,0073 uma (1,67262x10-24g) 1+

Neutrón (n o nº) 1,0087 uma (1,67495x10-24g) ninguna

Un átomo consiste en dos clases de Un átomo consiste en dos clases de partículas:partículas:

Un núcleo, el corazón central del átomo, el Un núcleo, el corazón central del átomo, el cual está cargado positivamente y contiene cual está cargado positivamente y contiene

la mayor parte de la masa del átomo,la mayor parte de la masa del átomo,Y uno o más electrones, que se Y uno o más electrones, que se

encuentran en la región alrededor del encuentran en la región alrededor del núcleo, que está cargada negativamente y núcleo, que está cargada negativamente y

muy ligera.muy ligera.

Unidad de Masa AtómicaUnidad de Masa Atómica“Un uma equivale exactamente a 1/12 de la “Un uma equivale exactamente a 1/12 de la

masa del átomo de carbono – 12”masa del átomo de carbono – 12”1 uma = 1,6606 x 10 -24 g1 uma = 1,6606 x 10 -24 g

El descubrimiento de los Electrones El descubrimiento de los ElectronesLa evidencia mas convincente de la La evidencia mas convincente de la

existencia de electrones se obtuvo mediante existencia de electrones se obtuvo mediante los experimentos con tubos de rayos los experimentos con tubos de rayos

catódicos(CRT catódicos(CRT

El CRT es el corazón de los monitores El CRT es el corazón de los monitores de ordenador y los aparatos de de ordenador y los aparatos de televisión .televisión .Dos electrodos se sellan en un tubo de Dos electrodos se sellan en un tubo de vidrio que contiene gas a presión muy vidrio que contiene gas a presión muy baja.baja.Al aplicar voltaje alto hay flujo de Al aplicar voltaje alto hay flujo de corriente y se desprenden rayos en el corriente y se desprenden rayos en el cátodo (-) y viajan hacia el ánodo (+). cátodo (-) y viajan hacia el ánodo (+). 

* Los rayos catódicos viajan en línea recta, * Los rayos catódicos viajan en línea recta, se demuestra al colocar ZnS en la se demuestra al colocar ZnS en la trayectoria de estos rayos y proyectan trayectoria de estos rayos y proyectan sombra.sombra.* Se desprenden los rayos catódicos en el * Se desprenden los rayos catódicos en el cátodo y viajan hacia el ánodo.cátodo y viajan hacia el ánodo.* Al aplicar campos eléctricos y magnéticos * Al aplicar campos eléctricos y magnéticos sobre estos rayos ocasionan desviaciones sobre estos rayos ocasionan desviaciones que demuestran tener carga negativa.que demuestran tener carga negativa.* Los rayos catódicos tienen masa, se * Los rayos catódicos tienen masa, se demuestra al colocar una pequeña rueda de demuestra al colocar una pequeña rueda de paletas en la trayectoria.paletas en la trayectoria.

En 1897, J.J. Thomson estudió estas partículas con En 1897, J.J. Thomson estudió estas partículas con carga negativa y las llamó electrones. carga negativa y las llamó electrones.

Thomson determinó la relación entre la carga (e) y la Thomson determinó la relación entre la carga (e) y la masa (m) de los electrones.masa (m) de los electrones.

El valor de esta relación es:El valor de esta relación es:

e/m = 1,7588x10 8 coul/ge/m = 1,7588x10 8 coul/g

En 1909, Robert Millikan llevó a cabo su famoso En 1909, Robert Millikan llevó a cabo su famoso experimento de la “gota de aceite” y determinó la experimento de la “gota de aceite” y determinó la

carga del electrón.carga del electrón.

Este valor es Este valor es 1,60219 x 10 – 191,60219 x 10 – 19 coulomb (valor coulomb (valor actual) actual)

m= 9,10952 x 10 -28 gm= 9,10952 x 10 -28 g

Rayos Canal y ProtonesRayos Canal y Protones

En 1886, Fugen Godstein observó por primera vez En 1886, Fugen Godstein observó por primera vez que el tubo de rayos catódicos también generaba que el tubo de rayos catódicos también generaba una corriente de partículas con carga positiva que una corriente de partículas con carga positiva que

se movían hacia el cátodo.se movían hacia el cátodo.

Estos rayos positivos o iones positivos llamados Estos rayos positivos o iones positivos llamados rayos canales se originan cuando los rayos rayos canales se originan cuando los rayos

catódicos desplazan electrones de los átomos catódicos desplazan electrones de los átomos gaseosos en el tubo.gaseosos en el tubo.

Se forman iones positivos por el siguiente proceso:Se forman iones positivos por el siguiente proceso:

Átomo Átomo catión + e- catión + e- ……………………………..……………………………..

x x+ + e- x x+ + e-

NeutronesNeutronesEn 1932 fue descubierta por James En 1932 fue descubierta por James

Chadwick, al bombardear berílio con Chadwick, al bombardear berílio con partículas alfa de alta energía.partículas alfa de alta energía.

El neutrón es una partícula sin carga, con El neutrón es una partícula sin carga, con masa ligeramente mayor que la del protón.masa ligeramente mayor que la del protón.

Los núcleos de todos los átomos con Los núcleos de todos los átomos con excepción de la forma común del excepción de la forma común del hidrógeno contienen neutrones.hidrógeno contienen neutrones.

Reactividad y Reacciones Nucleares de Reactividad y Reacciones Nucleares de BombardeoBombardeo

Veremos dos tipos de reacciones nucleares.Veremos dos tipos de reacciones nucleares. Uno es el decaimiento reactivo, el proceso en el Uno es el decaimiento reactivo, el proceso en el

cual un núcleo se desintegra espontáneamente cual un núcleo se desintegra espontáneamente emitiendo radiación.emitiendo radiación.

La radiación consiste en: electrones, neutrones, La radiación consiste en: electrones, neutrones, núcleos más pequeños (núcleos de He) y núcleos más pequeños (núcleos de He) y radiación electromagnética.radiación electromagnética.

El segundo tipo de reacción nuclear es una El segundo tipo de reacción nuclear es una reacción nuclear de bombardeo, el proceso en reacción nuclear de bombardeo, el proceso en el cual un núcleo es bombardeado o golpeado el cual un núcleo es bombardeado o golpeado por otro núcleo o por una partícula nuclear.por otro núcleo o por una partícula nuclear.

RadiactividadRadiactividad Un núcleo puede sufrir una reacción que Un núcleo puede sufrir una reacción que

cambie su identidad. cambie su identidad. Algunos núcleos son inestables y emiten Algunos núcleos son inestables y emiten

partículas y reacciones electromagnéticas partículas y reacciones electromagnéticas en forma espontánea.en forma espontánea.

Esta emisión espontánea del núcleo de un Esta emisión espontánea del núcleo de un átomo se conoce como reactividad.átomo se conoce como reactividad.

El descubrimiento de este fenómeno fue El descubrimiento de este fenómeno fue hecho por Henri Becquerel en 1896.hecho por Henri Becquerel en 1896.

Los isótopos radiactivos se conocen como Los isótopos radiactivos se conocen como radioisótopos.radioisótopos.

Ejem.: uranio – 238, emite Ejem.: uranio – 238, emite espontáneamente rayos alfa. espontáneamente rayos alfa. 

Un estudio posterior de la naturaleza de la Un estudio posterior de la naturaleza de la radioactividad, principalmente por el radioactividad, principalmente por el Científico Ernest Rutherford, reveló tres Científico Ernest Rutherford, reveló tres tipos de radiación: alfa ,beta y gama.tipos de radiación: alfa ,beta y gama.

Cada tipo de radiación difiere en su Cada tipo de radiación difiere en su respuesta a un campo eléctrico.respuesta a un campo eléctrico.

     

Los tres tipos de radiación producidos por los Los tres tipos de radiación producidos por los materiales radiactivosmateriales radiactivos

Radiación alfa: Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio). Son poco penetrantes aunque muy ionizantes. Son muy energéticos. Radiación beta: Son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas). Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Radiación gamma: Son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación.

NOMBRE SIMBOLO IDENTIDAD CARGA MASA (Kg)

PARTICULAS ALFA

α NUCLEO DE He2+ +2 6.6446X10-27

PARTICULAS BETA

βFLUJO DE

ELECTRONES (e-)-1 9.11X10-31

PARTICULAS GAMMA

γ

RADIACION ELECTROMAGNETICA (FOTONES DE ALTA

ENERGIA)

0 0

Rutherford y el átomo NuclearRutherford y el átomo NuclearEl modelo de J.J. Thomson que prevalecía, El modelo de J.J. Thomson que prevalecía,

consistió en una nube de cargas positivas consistió en una nube de cargas positivas en el que los electrones con carga negativa en el que los electrones con carga negativa se encontraban en el interior como las se encontraban en el interior como las semillas de una sandía.semillas de una sandía.

En 1910, Rutherford y sus colaboradores En 1910, Rutherford y sus colaboradores realizaron un experimento que eliminó el realizaron un experimento que eliminó el modelo de Thomson.modelo de Thomson.

Bombardearon una placa de oro muy Bombardearon una placa de oro muy delgada con partículas alfa procedentes de delgada con partículas alfa procedentes de una fuente radiactiva.una fuente radiactiva.

EXPERIMENTO DE RUTHER FORDEXPERIMENTO DE RUTHER FORDConsistió en bombardear una lámina muy Consistió en bombardear una lámina muy

fina de oro (10 mm de espesor) con un haz fina de oro (10 mm de espesor) con un haz de partículasde partículas α α (las partículas (las partículas αα son iones son iones He2+; son uno de los tipos de partículas He2+; son uno de los tipos de partículas que se producen cuando se descompone que se producen cuando se descompone una sustancia radiactiva).una sustancia radiactiva).

Según el modelo de Thomson, lo que Según el modelo de Thomson, lo que cabía esperar es que el haz de partículas cabía esperar es que el haz de partículas atravesase la lámina, separándose algo atravesase la lámina, separándose algo más unas partículas de otras.más unas partículas de otras.

Sin embargo, Rutherford obtuvo resultados Sin embargo, Rutherford obtuvo resultados sorprendentes: algunas partículas sufrían sorprendentes: algunas partículas sufrían desviaciones considerables y una mínima desviaciones considerables y una mínima parte incluso rebotaba en la lámina y volvía parte incluso rebotaba en la lámina y volvía hacia atrás.hacia atrás.

Rutherford describe su asombro ante tal Rutherford describe su asombro ante tal resultado con estas palabras: "resultado con estas palabras: "...Esto era ...Esto era lo más increíble que me había ocurrido en lo más increíble que me había ocurrido en mi vida. Tan increíble como si un proyectil mi vida. Tan increíble como si un proyectil de 15 pulgadas, disparado contra una hoja de 15 pulgadas, disparado contra una hoja de papel de seda, se volviera y le golpeara de papel de seda, se volviera y le golpeara a uno...”a uno...”

Las grandes desviaciones de algunas Las grandes desviaciones de algunas partículas partículas αα sólo se podían explicar por sólo se podían explicar por choque contra una partícula de gran masa y choque contra una partícula de gran masa y elevada carga positiva. Esto hizo suponer a elevada carga positiva. Esto hizo suponer a Rutherford que toda la carga positiva del Rutherford que toda la carga positiva del átomo estaba concentrada en un pequeño átomo estaba concentrada en un pequeño núcleo donde residía además la casi núcleo donde residía además la casi totalidad de su masa. totalidad de su masa.

El modelo atómico de Rutherford puede El modelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:resumirse de la siguiente manera:

El átomo posee un núcleo central pequeño, El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.casi toda la masa del átomo.

Los electrones giran a grandes distancias Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.alrededor del núcleo en órbitas circulares.

La suma de las cargas eléctricas negativas La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.eléctricamente neutro.

NUMERO DE MASA E ISOTOPOSMoseley generó rayos x disparando un

rayo de electrones de alta energía contra un blanco constituido de un elemento puro único.

Moseley demostró que las longitudes de onda de los rayos x podían correlacionarse mejor con el número atómico.

Por primera vez fue posible ordenar todos los elementos conocidos por orden de incremento de carga nuclear.

La mayoría de los elementos están formados de átomos con masa distinta que se llaman isótopos.

IsótoposSon átomos con el mismo número de

protones pero diferente número de neutrones.

El número de protones del núcleo se llama número atómico.

La suma del número de neutrones y de protones de un núcleo dado se llama número de masa del átomo.

Para identificar de qué isótopo del elemento se trata, se emplea el símbolo.

Donde: X representa el símbolo del elemento

A representa el número de masa

Z representa el número atómico

A = número de protones + número de neutrones

A

XZ

23 (A =23 , Z =11 y 12 neutrones).

Na 11

Abundancia de isótopos La mayoría de los elementos se

encuentran como una mezcla de isótopos. Ejm.; El cobre se encuentra en la tierra en

forma de mezcla isotópica de 69,09 % de (masa = 62,93 uma por átomo) y

30,91 % de (masa = 64,93 uma por átomo)

¿Cuál es el peso atómico del cobre?

63

Cu

29

65

Cu

29

Como 100 átomos de cu constan de: 69,09 átomos de y

39,91 átomos de La masa total de esos 100 átomos es: 69,09 átomos x 62,93 uma + 30,91 x 64,93 = 6355 uma

átomo La masa promedio de un átomo de cobre es: 6355 uma /100 átomos = 63,55 uma /átomo

63

Cu29

65

Cu29

Pesos Atómicos Una unidad importante del átomo es la masa. La masa de 1 átomo de 0 es 2,7 x 10 – 23g La masa de un átomo se expresa generalmente

mediante una unidad pequeña llamada la unidad de masa atómica.

Expresados en unidades de masa atómica, las masas de los átomos se llaman PESOS ATÓMICOS ( P.A.)

Ejem.: el P.A. del 0 es 16,0 uma La masa de 1 átomo de 0 es 16,0 uma La masa de 1 mol de átomo de 0 es 16,0g

Mol. Se define como la cantidad de sustancia que contienen tantas entidades como el número de átomos en 0,012kg de carbono-12 puro.

Número de avogrado = 6,022045 x 10 (23) partículas = 1 mol

“La masa en gramos de una mol de átomos de un elemento puro es numéricamente igual al peso atómico en uma de dicho elemento”. Ejem.: el P.A. del 0 es 16,0 uma

1 mol de átomos de 0 es 16,0 o g.

Pesos moleculares La masa de una molécula también se expresa en

uma como una molécula es un grupo de átomos, su masa es la suma de las masas de todos los átomos del grupo.

La suma de los pesos atómicos de todos los átomos de una molécula es igual a su peso molecular.

P.A. del C ----- 12 uma Peso molecular del C2 H4 es: 28 uma P.A. del H ------ 1 uma La masa de una molécula de C2 H4 es 28 uma La masa de 1 mol de moléculas de C2 H4 es 28 g

Ejemplos:¿Cuántas moles de átomos contienen

245,2 g de níquel metálico?

P.A. del níquel es de 58,69 uma

1 mol de átomos de Ni es 58,69 g

X ------ 245,2 g

X= 245,2gx1mol átomos de Ni/58,69g

X =4,178 mol de atomos de Ni.

¿Cuántos átomos hay en 4,178 moles de átomos de Ni.?

mol de átomos de Ni ---- 6,022 x 10 (23) átomos de Ni.

4,178 mol de átomos de Ni ----- X

X=6,022x10(23) át. deNix4,178mol at.de Ni/

1 mol de átomos de Ni

X = 2,516 x 10 (24) átomos de Ni.

Calcule la masa en g de 1 átomo de Ni.

1mol át.de Ni---58,69g--- 6,022x10(23)at.Ni

X ----- 1 at.de Ni

X =58,69gx1atomo Ni/6,022x10(23)at.Ni

X = 9,746x10(-23)g de Ni.

RADIACION ELECTROMAGNETICA

La Radiación es la emisión y transmisión de energía a través del espacio en forma de ondas.

Onda, se puede considerar como una perturbación vibraciónal por medio de la cual se transmite la energía. Hay muchas clases de ondas, como ondas de agua, ondas sonoras y ondas de luz.

Propiedades Fundamentales de una Onda Longitud de Onda (λ) Es la distancia entre dos puntos idénticos en ondas

sucesivas (dos crestas o valles consecutivos). (Distancia/Onda).

Frecuencia ( ) Es el número de onda que pasa a través de un punto

especifico en un segundo . (Ondas/Tiempo). Amplitud (A) Es la distancia vertical de la línea media de la onda a la

cresta o al valle. Velocidad (ѵ)

Viaja a través del espacio y depende del número de ciclos de la onda que pasa a través de un punto dado por segundo y de la longitud de onda.

v= λ (1) Distancia x ondas = distancia onda tiempo tiempo

ONDAS SUPERPUESTAS

Cuando las ondas se encuentran coincidiendo en sus crestas (o en sus valles ), las ondas se combinan formando las crestas más altas (o valles más profundos). En este caso, se dice que las ondas están en fase y la suma de ondas se llama interferencia constructiva o refuerzo de ondas.

INTERFERENCIA CONSTRUCTIVA

Cuando las ondas se encuentran de modo que el máximo de una onda coincide con el valle de otra, las ondas se anulan. Estas ondas no están en fase y la anulación de las ondas se denomina interferencia destructiva .

INTERFERENCIA DESTRUCTIVA

ONDA ELECTROMAGNETICA

Una onda electromagnética tiene por componentes un campo eléctrico y un campo magnético.

Estos dos componentes tienen la misma longitud y frecuencia en consecuencia la misma velocidad, pero viajan en planos perpendiculares.

Constituido por radiación electromagnética de diferentes longitudes de onda.

La radiación electromagnética se desacelera al pasar por la materia. Algunos materiales la desaceleran mas que otros; la velocidad de la luz es menor a través del agua que del aire.

Un prisma separa la luz en un espectro por que la velocidad a través del vidrio de la luz azul es menor que la de la luz roja.

TIPOS DE RADIACION ELECTROMAGNETICA (ESPECTRO ELECTROMAGNETICO)

Teoría quántica de PlanckCuando se calientan los sólidos, emiten

una radiación con una amplia gama de longitudes de onda. Podemos considerar un cuerpo negro. Un cuerpo negro es un material que absorbe y emite todas las longitudes de onda del espectro .

Un cuerpo negro experimental podría ser un trozo de hierro con cavidad en su interior .

En 1900, Planck, predijo la forma de la curva, siguiendo una suposición revolucionaria.

“ El material de las paredes de la cavidad no absorbía ni emitía todas las radiaciones en forma continua, sino que lo hacía en porciones discretas de energías, a las que llamo Cuanta o Cuanto”.

Cuanto es la mínima cantidad de energía que puede ser emitida (o absorbida) en forma de radiación electromagnética.

La energía de un solo Cuanto de energía emitido es :E = hμ (2)

Donde : h = Constante de Plank= 6,6262x 10-34 J.S Max Planck recibió el premio Nóbel en 1918.

EL EFECTO FOTOELECTRICO En 1888, Heinrich Hertz descubrió que

cuando la luz choca con la superficie de ciertos metales, se emiten electrones. Este fenómeno se denomina efecto fotoeléctrico y sus características son:

La emisión de electrones solamente ocurre cuando la frecuencia de la luz incidente excede un valor umbral determinado ( ).

El número de electrones emitidos depende de la intensidad de la radiación incidente.

Las energías cinéticas de los electrones emitidos dependen de la frecuencia de la luz.

En el modelo corpuscular, un fotón de En el modelo corpuscular, un fotón de energía golpea a un electrón que energía golpea a un electrón que absorbe la energía del fotón. Si la energía absorbe la energía del fotón. Si la energía del fotón es mayor que la energía de del fotón es mayor que la energía de unión del electrón a la superficie , una unión del electrón a la superficie , una magnitud conocida como función trabajo, se magnitud conocida como función trabajo, se libera un fotoelectrón. Así, la luz de menor libera un fotoelectrón. Así, la luz de menor frecuencia que produce el efecto frecuencia que produce el efecto fotoeléctrico es la frecuencia umbral y fotoeléctrico es la frecuencia umbral y cualquier energía superior a la función cualquier energía superior a la función trabajo aparece como energía cinética en trabajo aparece como energía cinética en los fotoelectrones emitidos. los fotoelectrones emitidos.

Con el potencial de Frenado, la energía cinética de los fotoelectrones se ha convertido en energía potencial expresada mediante la siguiente ecuación.

Como resultado de experimentos del tipo que se acaba de describir, se encuentra que Vs es proporcional a la frecuencia de la Luz incidente pero independiente de la intensidad de la luz. Además, si la frecuencia,( ), es inferior a la frecuencia umbral,( ), no se produce corriente fotoeléctrica, como se muestra en la Figura 9.12. A frecuencias mayores de ( ) la ecuación empírica para el potencial de frenado es

La constante K es independiente del metal utilizado pero () varia de un metal a otro. Aunque no hay relación entre Vs y la intensidad de la luz, la corriente fotoeléctrica es proporcional a la intensidad (I) de la luz.

Como la función trabajo (eVo) es característica del metal utilizado en el experimento, () también es característica del metal, como se confirma experimentalmente.Cuando un fotón de energía () choca con un electrón y este supera la función trabajo (eVo), el electrón es liberado con la energía cinética (1/2 ) . De acuerdo con la ley de conservación de la energía, tenemos, que da lugar a:

Que es idéntica a la ecuación determinada empíricamente para Vs con K = h/e cuando . Experimentos precisos demostraron que la constante h tenía el mismo valor que el determinado por Planck para la radiación del cuerpo negro.

ESPECTROS La radiación que consta de una sola longitud

de onda se llama monocromática.Cuando la luz blanca de un foco pasa a través de un prisma se dispersa en una gamma continua de colores.Este aro iris de colores, contiene luz de todas las longitudes de onda y se denomina espectro continuo.

El espectro de la radiación emitida por una sustancia se denomina espectro de emisión. Las líneas de emisión son brillantes. Las sustancias también presentan un espectro de absorción.

Un espectro que contiene una relación de sólo algunas longitudes de onda específica es

denominado espectro lineal.

Para cada elemento, su espectro de emisión coincide con su espectro de absorción ( las líneas).Cada elemento tiene espectro único ya sea de emisión o de absorción.

Los sólidos generalmente dan espectros continuos.

Los gases y los vapores producen espectros de líneas o espectros de bandas.

Los espectros de bandas corresponden a radiaciones emitidas por moléculas.

Los espectros de líneas se deben a los átomos.

ESPECTROS DE LINEAS DEL ATOMO DE HIDROGENO

En 1885, Balmer excitó moléculas de Hidrógeno, para que se disociarán, con el fin de que dieran átomos excitados de Hidrógeno y examinó la radiación visible que emitían, con un espectrógrafo de prisma, como se muestra.Porción visible del espectro para átomos de Hidrógeno

El espectro consta de cierto número de líneas que se pueden clasificar en grupos o series Cada serie de líneas se relaciona con una fórmula, la cual para la serie de Balmer, tiene la forma:

Al observar otras regiones del espectro electromagnético otros investigadores descubrieron otras series de líneas.Rydberg relacionó todas estas líneas de todas las series mediante la siguiente ecuación general:

Serie n1 n2 Región espectral

LymanBalmarPaschenBrackettPfeendHumphrey

123456

2,3,4,.......3,4,5,......4,5,6,........5,6,7,.......6,7,8,.....7,8,9,...

Ultravioleta (UV)Visible y UV InfrarrojoInfrarrojoInfrarrojoInfrarrojo

donde : n1 y n2 se muestra en la siguiente tabla y RH = Constante de Rydberg

RH = 109,677.58 cm-1

MODELO DE BOHR

Con el propósito de explicar el espectro de líneas del Hidrógeno Niels Bohr ideó su modelo de la estructura electrónica del átomo de Hidrógeno.Aunque el modelo de Rutherford para el átomo explica la distribución de masas positivas y negativas en el átomo, no explica el origen de los espectros lineales.

Bohr en 1913, fue el primero en presentar un modelo sencillo del átomo, que explicaba la aparición de los espectros lineales.Utilizando la idea de Rutherford de un átomo similar al sistema solar y la de Planck de la cuantización de la energía, Bohr pudo predecir las longitudes de onda de las líneas del espectro del Hidrógeno.

Sus razonamientos implicaban los postulados siguientes:1.- En un átomo el electrón se mueve sólo en ciertos estados estacionarios, llamados niveles de energía y cada uno de estos estados estacionarios tiene una energía fija y definida.2.- Cuando un electrón está en uno de estos estados, no irradia energía, pero al cambiar de un estado de alta energía a un estado de energía inferior, el átomo emite un cuanto de radiación cuya energía hμ es igual a la diferencia de energía entre los dos estados.

3.- En cualquiera de estos estados el electrón se mueve siguiendo una orbita cirular alrededor del núcleo.4.- El momento angular del electrón en estos estados estacionarios es un múltiplo entero de h/2π.

RELACION DE BROGLIEEn 1924, Louis De Broglie,

considerando la naturaleza de la luz y de la materia, formuló una proposición sorprendente: las partículas mas pequeñas de materia pueden mostrar propiedades de ondas.

De Broglie propuso que la longitud de onda, , su masa, m, y su velocidad, v, se relacionan con la siguiente ecuación:

Donde h = constante de Planck

En 1927, C. J. Davisson y L. H. Germer procedentes de los Estados Unidos mostraron que un haz de electrones es difractado por un cristal de níquel. En ese mismo año, G. P. Thomson, procedente de Escocia, dirigió un haz de electrones hacia una hoja metálica fina y obtuvo la misma imagen de difracción que con rayos X de la misma longitud de onda.

EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

Los objetos son visibles por que notamos sus interacciones con la luz.

Según Heisenberg, la incertidumbre en la posición de un objeto, multiplicada por la

incertidumbre con el momento del objeto, es igual o mayor que

Esta expresión corresponde al principio de incertidumbre de Heinsenberg y significa que no podemos medir la posición y el momento simultáneamente con precisión.