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QUÍMICA CUARTO 1 Centro Educativo KINAL

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Page 1: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 1

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Page 2: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 2

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INTRODUCCIÓN.

El ser humano siempre ha estado interesado en conocer la estructura interna

de la materia, de fabricar materiales, más resistentes como los actuales, de

sintetizar nuevas medicinas para combatir las enfermedades, de conocer la

composición de los distintos cuerpos del universo. Para todas estas

interrogantes, hay una ciencia encargada de dar la respuesta: la química.

Muchas han sido nuestras motivaciones, pero las principales son

nuestros estudiantes que pasan por nuestras aulas y nos permiten crear

una propuesta didáctica novedosa y moderna para el aprendizaje de la

química. Una propuesta que en realidad les permita aprender y disfrutar de

esta ciencia, y por si fuera poco que les permita desarrollar sus habilidades

de pensamiento, esas que muchas veces están dormidas y sólo esperan un

estímulo para despertar. La química en realidad es una parte de muchas

ciencias, así como del mundo que lo rodea. La química puede ayudar a

comprender el proceso de formación del esmog. El motor de un automóvil,

donde la temperatura es elevada, el nitrógeno gaseoso (N2) y oxigeno

gaseoso (O2) del aire se convierten óxido de nitrógeno que los químicos lo

escriben como NO. El NO en el escape del automóvil reacciona con el

oxigeno en el aire para producir dióxido de nitrógeno (NO2) que le da al

esmog la coloración café- rojiza. Otro ejemplo la aspirina ayuda a reducir los

dolores musculares y la química también ayuda explicar esto, porque

cuando una parte del cuerpo se lesiona, se liberan sustancias llamadas

prostaglandinas, que causan inflamación y dolor. La aspirina bloquea la

producción de prostaglandinas, que reducen la inflamación y el dolor.

El texto, trata de dar una visión global de la química y de la importancia en

la sociedad. No dudamos de la utilidad del texto en cualquier curso de

química a nivel bachillerato

Page 3: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 3

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ÍNDICE

Primera Unidad………………………………………………………………………... 09

Concepto general de Química. .................................................................................. 9

RELACIONES CON OTRAS CIENCIAS .................................................................... 10

DIVISIONES DE LA QUIMICA ................................................................................... 11

MATERIA Y SUS PROPIEDADES ............................................................................. 13

PROPIEDADES: ........................................................................................................ 14

PROPIEDADES QUÍMICAS: ..................................................................................... 15

Temperatura Fahrenheit .......................................................................................... 16

Temperatura Kelvin ................................................................................................. 17

REALIZAR LAS SIGUIENTES CONVERSIONES ..................................................... 19

CONVERTIR LAS TEMPERATURAS SIGUIENTES ................................................. 19

RESUELVA LAS SIGUIENTES OPERACIONES EN ................................................ 22

NOTACIÓN CIENTÍFICA Y DECIMALES .................................................................. 22

LOS ESTADOS DE LA MATERIA ............................................................................. 25

OTROS ESTADOS DE LA MATERIA ........................................................................ 26

EL ESTADO LÍQUIDO ............................................................................................... 27

Características del estado líquido ........................................................................... 28

Tensión superficial y capilaridad ............................................................................ 29

ESTRUCTURA ATOMICA. ........................................................................................ 31

PARTICULAS ESTABLES. ....................................................................................... 32

PARTICULAS INESTABLES. .................................................................................... 33

PARTICULAS COMPUESTAS. ................................................................................. 34

MODELOS ATOMICOS ............................................................................................. 34

JOHN DALTON. ......................................................................................................... 35

Modelo Propuesto por Rutherford .......................................................................... 36

Page 4: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 4

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LUIS DE BROGLIE .................................................................................................... 38

SÍMBOLO, CARGA Y MASA ..................................................................................... 39

Electrón ..................................................................................................................... 39

NUMERO ATOMICO. ................................................................................................. 40

ISOTOPOS ................................................................................................................. 40

RADIOACTIVIDAD .................................................................................................... 41

El descubrimiento de los elementos ....................................................................... 46

Los pesos atómicos ................................................................................................. 47

Ley de las octavas de Newlands ............................................................................. 49

Tabla de MendeléV. .................................................................................................. 50

Grupo de la tabla periódica...................................................................................... 53

Tabla periódica dividida en bloques. ...................................................................... 56

Segunda Unidad………………………………………………………………………..58

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Y SISTEMA PERIÓDICO............................................ 59

Principio de incertidumbre ...................................................................................... 59

Números cuánticos .................................................................................................. 60

1.6 JUSTIFICACIÓN DEL SISTEMA PERIÓDICO ............................................... 61

ENLACE QUÍMICO .................................................................................................... 62

1.5 ENLACE COVALENTE ........................................................................................ 63

1.9 POLARIDAD DE LOS ENLACES ................................................................... 64

b) Sustancias con red covalente (o reticulares) ..................................................... 65

Enlace químico ......................................................................................................... 66

Teoría del enlace de valencia .................................................................................. 70

Enlaces en fórmulas químicas ................................................................................ 74

Page 5: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 5

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Enlace covalente ...................................................................................................... 79

Enlace iónico o Electrovalente ................................................................................ 80

Enlace de uno y tres electrones .............................................................................. 81

Enlace flexionado ..................................................................................................... 82

Enlace metálico ........................................................................................................ 83

Fuerzas de van der Waals. ....................................................................................... 84

Enlace de hidrógeno. ............................................................................................... 85

Interacción catión-pi ................................................................................................. 85

EL ENLACE QUÍMICO ............................................................................................... 87

-- NNOOMMEENNCCLLAATTUURRAA YY FFOORRMMUULLAACCIIÓÓNN -- .................................................................. 90

Compuestos Binarios ............................................................................................... 91

Compuestos .............................................................................................................. 94

Óxidos Básicos ......................................................................................................... 95

Hidrácidos ................................................................................................................. 96

Hoja de Trabajo ......................................................................................................... 98

Tercera Unidad………………………………………………………………………...102

Compuestos Ternarios ........................................................................................... 102

OXÁCIDOS (ÁCIDOS) ...................................................................................... 103

NOMENCLATURA ................................................................................................... 104

ÁCIDOS (OXÁCIDOS) ............................................................................................. 105

SALES .............................................................................................................. 107

NOMENCLATURA DE LAS SALES ........................................................................ 108

Hidróxidos (óxido básico + Agua) ......................................................................... 109

Oxácidos (Anhídrido + Agua) ................................................................................ 110

Oxisales M+ (Ión Poliatómico) ............................................................................... 112

Masa molecular ....................................................................................................... 113

Page 6: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 6

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Fórmula química ..................................................................................................... 114

Fórmula molecular.................................................................................................. 115

Fórmulas desarrolladas de la D-glucosa y el D-glucopiranósido.3 .................... 116

Fórmulas de Lewis de algunas especies químicas. ............................................ 117

mol ........................................................................................................................... 118

El número de unidades elementales ..................................................................... 119

LA MATERIA EN LAS REACCIONES ..................................................................... 121

LAS REACCIONES QUÍMICAS ............................................................................... 122

Tipos de reacciones químicas ............................................................................... 124

d) Reacciones de doble descomposición. ........................................................... 125

ECUACIONES QUÍMICAS ....................................................................................... 127

El ajuste de las ecuaciones químicas ................................................................... 128

Estequiometría ........................................................................................................ 131

Ecuaciones químicas ............................................................................................. 132

Balance de materia ................................................................................................. 133

Método por tanteo .................................................................................................. 134

Método algebraico .................................................................................................. 136

Coeficiente estequiométrico .................................................................................. 138

Cálculos estequiométricos .................................................................................... 139

Para la estructura y escritura de las ecuaciones químicas ................................. 140

Ejemplos: Método Algebraico ............................................................................... 142

Reactivo limitante ................................................................................................... 143

Cuarta Unidad………………………………………………………………………….147

Molaridad ................................................................................................................ 147

PRESION ................................................................................................................. 148

Ley de Charles ........................................................................................................ 151

Page 7: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 7

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Ley Gay Lussac ...................................................................................................... 153

Ley de Avogadro .................................................................................................... 158

Volumen Molar y Densidad de gases a TPE ......................................................... 160

Ley de Gases Ideales ............................................................................................. 161

Resuelve los siguientes enunciados .................................................................... 162

Quinta Unidad…………………………………………………………………………166

Química Nuclear................................................................................................. 166

Termoquímica ......................................................................................................... 167

Entalpía ................................................................................................................... 168

Fisicoquímica .......................................................................................................... 169

Electroquímica ........................................................................................................ 169

Química orgánica ................................................................................................... 171

Alcano ..................................................................................................................... 171

Alqueno ................................................................................................................... 172

Alquino .................................................................................................................... 173

Hidrocarburo aromático ......................................................................................... 173

Alcohol .................................................................................................................... 174

Alcohol de botiquín ................................................................................................ 175

Reacciones de amidas ........................................................................................... 176

Ejemplos de amidas ............................................................................................... 177

Polímero .................................................................................................................. 177

Polimerización ........................................................................................................ 178

Polimerización por adición. ............................................................................ 179

Glosario……………………………………………………………………………………180

BILBIOGRAFIA …………………………………………………………………………..193

Page 8: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 8

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Page 9: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 9

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Concepto general de Química.

Es la ciencia que trata del estudio de la materia en su estructura,

composición, propiedades y cambios que experimenta y la energía

involucrada en dichos cambios. La compresión básica de la química es

fundamental para todas las ciencias: biología, física, ciencias de la Tierra,

ecología y otras.

Algunas definiciones son:

a) Química es la rama de la ciencia física estrechamente relacionadas con físicas y que trata esencialmente de la composición y comportamiento de la naturaleza

b) Química es una ciencia que estudia la naturaleza de la materia y los cambios en la composición de la misma

Page 10: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 10

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c) En Conclusión Química es una ciencia que estudia la composición de la materia y los cambios que en ella ocurren

RELACIONES CON OTRAS CIENCIAS

La química está estrechamente relacionada con las ciencias físicas,

extendiéndose a varias disciplinas, que va desde la astronomía hasta la

biología.

Ciencia

Auxiliares

Química

Matemáticas

Física

Arqueología

Biología

Astronomía

Medicina

Física: Se estudia conjuntamente con la química en la ciencia fisicoquímica

debido a que muchos fenómenos ocurren simultáneamente combinando las

propiedades físicas con las químicas.

Arqueología: Para descifrar datos e interrogantes como la antigüedad de

piezas arqueológicas. La exactitud se logra por medio de métodos químicos

como el del carbono 14.

Biología: La ciencia de la vida, se auxilia de la química para determinar la

composición y estructura, tejidos y células.

Page 11: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 11

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Astronomía: Se auxilia de la química para construcción de dispositivos,

basados en compuestos químicos para lograr detectar algunos fenómenos

del espacio exterior.

Medicina: Como auxiliar de la biología y la química, esta ciencia se ha

desarrollado grandemente ya que con esta se logra el control de ciertos

desequilibrios de los organismos de los seres vivos.

DIVISIONES DE LA QUIMICA

General

Química

Orgánica

Aplicada

Inorgánica

Química General: Estudia las propiedades comunes de todos los cuerpos y

las leyes a las que están sometidos los cambios que en ella se efectúan.

Química Aplicada: Estudia las propiedades de cada una de las sustancias en

particular, desde el punto de vista útil medicinal, agrícola, industrial, etc.

Química Inorgánica: Estudia las sustancias que provienen del reino mineral

Química Orgánica: Estudia principalmente los compuestos que provienen de

seres vivos, animales y vegetales.

Page 12: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 12

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APLICACIONES DE LA QUIMICA

Sustancia Aplicación

Ácido Fluorhídrico Grabado de Vidrio

Cloro Decolorante de la pasta el papel y fibras de origen vegetal

Ácido Clorhídrico Obtención de glucosa a partir del almidón

Bromuro Potasico En medicina se usa como sedante

Yoduro y Bromuro

Potasico

En la elaboración de películas fotográficas

Yodo Fabricación de tinturas de yodo medicinal

Sulfuro Calcico En la arboricultura para proteger plantas contra insectos y

hongos

Azufre En la fabricación de pólvora, volcanización del caucho,

blanqueo de lana y medicamentos para la piel

Ácido Sulfúrico Acumuladores de plomo, abonos químicos

Nitrógeno Elaboración de explosivos (TNT), abonos químicos

Sulfuro de Fósforo Fabricación de cerillos

Baquelita Producto de reacción del fenol y forma aldehído utilizado

como aislante en los mangos de los desarmadores

Page 13: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 13

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MATERIA Y SUS PROPIEDADES

MATERIA: Es cualquier cosa que ocupa un lugar en el espacio, posee masa y

es capaz de impresionar nuestros sentidos.

Page 14: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 14

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PROPIEDADES:

FISICAS

PARTICULARES

(INTRINSECAS)

QUIMICAS

PROPIEDADES

GENERALES

(EXTRINSECAS)

PROPIEDADES PARTICULARES: Son las cualidades características de

cada sustancia con independencia de tamaño o forma de la muestra.

Ejemplo, el azúcar y la sal son sólidos cristalinos blancos. El primero es de

sabor dulce y se funde volviéndose marrón cuando se calienta en un cazo,

puede arder en el fuego directo en contacto con el aire. La sal en cambio se

puede calentar a altas temperaturas y no funde, desprendiendo un color

amarillento al contacto del fuego directo.

PROPIEDADES GENERALES: Son cualidades que no son característica de la

sustancia de por si, ejemplo: El tamaño, la forma, la longitud, el peso y la

temperatura.

PROPIEDADES FISICAS: Son aquellas que pueden ser observadas sin

cambiar la naturaleza de las sustancias ejemplos: Color, olor, dureza,

elasticidad, punto de fusión y punto de ebullición.

Page 15: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 15

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PROPIEDADES QUÍMICAS: Son aquellas que se refieren a la naturaleza

íntima de la sustancia o a la manera de reaccionar con otra. Ejemplo: La

combustión del azufre para producir anhídrido sulfuroso, la explosión

producida al quemar hidrogeno, la combustión de un trozo de cinta de

magnesio para producir óxido de magnesio.

IDENTIFIQUE LAS SIGUIENTES PROPIEDADES:

1. Reventar un balón _____________________________ ( ) 2. Asar un trozo de carne __________________________ ( ) 3. Encender un cerillo _____________________________( ) 4. Romper un vidrio _____________________________ ( ) 5. Derretir un trozo de hielo ________________________( )

Page 16: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 16

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Temperatura Fahrenheit

El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala se establece entre las temperaturas de congelación y evaporación del agua, que son 32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius.

“Colocando el termómetro en una mezcla de sal de amonio o agua

salada, hielo y agua, encontró un punto sobre la escala al cual llamo cero.

Un segundo punto lo obtuvo de la misma manera, si la mezcla se usa sin sal.

Entonces denoto este punto como 30. Un tercer punto, designado como 96,

fue obtenido colocando el termómetro en la boca para adquirir el calor del

cuerpo humano.

No existen versiones de la historia de cómo Fahrenheit llegó a tener esa escala de temperatura. De acuerdo con el propio Fahrenheit, en el artículo que escribió en 1724,2 determinó tres puntos de temperatura. El punto cero está determinado al poner el termómetro en una mezcla de hielo, agua y cloruro de amonio. Éste es un tipo de mezcla frigorífica, que se estabiliza a una temperatura de 0 °F. Se pone luego el termómetro de alcohol o mercurio en la mezcla y se deja que el líquido en el termómetro obtenga su punto más bajo. El segundo punto es a 32 °F con la mezcla de agua y hielo, esta vez sin sal. El tercer punto, los 96 °F, es el nivel del líquido en el termómetro cuando se lo pone en la boca o bajo el brazo (en la axila). Fahrenheit notó que al utilizar esta escala el mercurio podía hervir cerca de los 600 grados.

Otra teoría indica que Fahrenheit estableció el 0 °F y los 100 °F en la escala al grabar las más bajas temperaturas que él pudo medir y su propia temperatura corporal, al encontrarse en un ligero estado de fiebre. Él tomó la más baja temperatura que se midió en el duro invierno de 1708 a 1709 en su ciudad Danzig (ahora llamada Gdańsk en Polonia), cerca de –17,8 °C, como punto cero.

Una variante de esta versión es que la mezcla de hielo, sal y agua registrada en la escala Fahrenheit, lo obtuvo en su laboratorio y la más alta la tomó de la temperatura de su cuerpo a 96 °F.

Fahrenheit quería abolir las temperaturas negativas que tenía la escala Rømer. Fijó la temperatura de su propio cuerpo a 96 °F (a pesar que la escala tuvo que ser recalibrada a la temperatura normal del cuerpo, que es cercana a los 96,8 °F, equivalente a 36 °C), dividió la escala en doce secciones y subsecuentemente cada una de esas secciones en 8 subdivisiones iguales lo que produjo una escala de 96 grados. Fahrenheit notó que en esta escala el punto de congelación del agua estaba a los 32 °F y el de punto de ebullición a los 212 °F.

Page 17: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 17

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Temperatura Kelvin

El kelvin (antes llamado grado Kelvin), simbolizado como K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thompson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thompson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

Es una de las unidades del Sistema Internacional de Unidades y corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua. Se representa con la letra K, y nunca "°K". Actualmente, su nombre no es el de "grados kelvin", sino simplemente "kelvin".

Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: la temperatura de 0 K es denominada 'cero absoluto' y corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.

También en iluminación de vídeo y cine se utilizan el kelvin como referencia de la temperatura de color. Cuando un cuerpo negro es calentado emitirá un tipo de luz según la temperatura a la que se encuentra. Por ejemplo, 1.600 K es la temperatura correspondiente a la salida o puesta del sol. La temperatura del color de una lámpara de filamento de tungsteno corriente es de 2.800 K. La temperatura de la luz utilizada en fotografía y artes gráficas es 5.000 K y la del sol al mediodía con cielo despejado es de 5.200 K. La luz de los días nublados es más azul, y es de más de 6.000 K.

Temperatura Celsius

El grado Celsius es la unidad creada por Anders Celsius en 1742 para su escala de temperatura. Su símbolo es °C.

El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades, con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin que es la unidad básica de temperatura en dicho sistema.

El grado Celsius se tomó como punto de partida para definir el kelvin en 1848, ya que los intervalos de temperatura expresados en °C y en kelvin tienen el mismo valor. En la actualidad se define a partir del kelvin del siguiente modo:

C° = K - 273.15

Page 18: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 18

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La escala se estableció en 1742 considerando las temperaturas de congelación y evaporación del agua, a las que se dieron los valores de 0 °C y 100 °C, respectivamente, de este modo se dispuso un método de definición similar al utilizado en 1724 para el grado Fahrenheit. Esta escala de Celsius hacía coincidir el valor de 0° con el Grado Rømer propuesto en 1701.

La escala de Celsius es muy utilizada para expresar las temperaturas de uso cotidiano, desde la temperatura del aire a la de un sinfín de dispositivos domésticos (hornos, freidoras, agua caliente, refrigeración, etc.). También se la utiliza en trabajos científicos y tecnológicos, aunque en muchos casos resulta obligada la utilización de la escala de Kelvin.

Page 19: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 19

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REALIZAR LAS SIGUIENTES CONVERSIONES

1) 125007562790 mm convertirlos a kilómetro

2) 1200 millas convertirlos a micrómetros

3) 560 semanas convertirlos a segundos

4) 8,750 µm convertirlos a kilómetros

5) 2000089007 mg convertirlos a tonelada

6) 180 km/h convertirlos a m/s

7) 325 millas/h convertirlos a m/s

8) 150006900 µg convertirlos a libras

9) 3.5 mL convertirlos a microlitros

10) 2.5 g/cm³ convertirlos a kg/L

CONVERTIR LAS TEMPERATURAS SIGUIENTES

1. 78.5

2. 25

3. -117

4. 675

5. 25

6. -38.0

Page 20: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 20

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7. 25 a

8. 20

9. 298K a

10. -40 a

11. -5000 a

12. 2000K a

13. 1500 a

14. -300K a

15. 100 a K

Ejercicio: resuelva las sig. Operaciones en el cuaderno, en notación científica (4

decimales)….

1. =

2. 7.06*

3. 4.57*

4. 5.3* =

5. (4* =

6. ) =

Page 21: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 21

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7. =

8. =

9. Convertir.

360s a µs =

250Kg a Mg =

5600cm a millas =

10.

Page 22: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 22

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11.

12.

RESUELVA LAS SIGUIENTES OPERACIONES EN

NOTACIÓN CIENTÍFICA Y DECIMALES

1) 1.26 x 10 Kg + 2.5 x 10³ Kg =

2) 7.06 x 10 kg + 1.28 x 10 kg =

Page 23: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 23

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3) 4.57 x 10 kg - 2.8 x 10 kg =

4) 5.3 x 10 kg – 7.40 x 10 ² kg =

5) (4 x 10² cm) x (3 x 10 cm) =

6) (3 x 10 cm) x (5 x 10 cm) =

7) (6 x 10² g) ÷ (2 x 10 cm³) =

Page 24: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 24

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8) (4 x 10 ³ g) ÷ (2 x 10 ² cm³) =

9) Convierte

360 s µs

10) _550 millas__ nanómetros

Horas picosegundos

11) 5,000 plg² ft²

12) 230 g/ cm³ kg/ L

Page 25: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 25

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LOS ESTADOS DE LA MATERIA

La forma en que las partículas que constituyen una sustancia se reúnen o

agregan determina una buena parte de las propiedades físicas y, entre ellas, su

estado sólido, líquido o gaseoso. Las leyes que rigen el comportamiento de la

materia en la escala ordinaria de observación pueden ser explicadas a partir de

teorías que hacen referencia a las interacciones entre sus componentes

elementales. Sometida a condiciones extremas, la materia puede pasar a

estados físicos muy especiales; tal es el caso del plasma y de la materia

constitutiva de las estrellas de neutrones.

La materia se presenta esencialmente, en nuestro planeta, bajo tres formas

o estados de agregación diferentes: el estado sólido, el estado líquido y el

estado gaseoso. Cada uno de estos tres estados presenta unas

propiedades directamente observables que le son características. Así los

sólidos poseen una forma y volumen propios; los líquidos, por su parte,

aunque adoptan la forma del recipiente que los contiene, poseen un

volumen propio que se mantiene prácticamente constante aun en el caso

de ser sometidos a presiones exteriores considerables. Los gases, sin

embargo, adoptan la forma del recipiente y además ocupan todo su

volumen interior.

Page 26: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 26

Centro Educativo KINAL

A lo largo de la historia, filósofos y científicos han profundizado en el

estudio de los diferentes estados de la materia y las aportaciones en este

tema, han contribuido, de manera decisiva, al desarrollo de otros campos

de la ciencia y de la técnica. Así, el estudio de los gases sirvió de base

para establecer los fundamentos de la química; el conocimiento de la

dilatación de los líquidos hizo progresar el estudio de los fenómenos

caloríficos; y, más recientemente, la física del estado sólido no sólo ha

permitido poner a prueba la mecánica cuántica como teoría física, sino que

a la vez ha abierto perspectivas de aplicación en el terreno de la

electrónica y de los nuevos materiales, que son, en buena parte, el

fundamento del actual progreso tecnológico.

OTROS ESTADOS DE LA MATERIA

Los estados sólido, líquido y gaseoso constituyen las formas en que se

presenta la materia en condiciones no demasiado alejadas de las que reinan

en nuestro planeta. Sin embargo, bajo condiciones extremas, la materia

modifica su composición y propiedades y se aleja de las leyes que describen

el comportamiento de sólidos, líquidos o gases.

El plasma es considerado como el cuarto estado de la materia, pues su

presencia en el universo es muy abundante. Se trata de una masa gaseosa

fuertemente ionizada en la cual, como consecuencia de temperaturas

extremadamente elevadas, los átomos se han visto despojados de su

envoltura de electrones y coexisten con los núcleos atómicos en un estado

de agitación intensa. Las estrellas, durante una parte importante de su vida,

están constituidas por grandes masas de plasma. Debido a la violencia de

los choques entre núcleos, en tales condiciones se producen reacciones de

síntesis de núcleos nuevos con una considerable liberación de energía. El

Sol es esencialmente una enorme esfera de plasma.

Page 27: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 27

Centro Educativo KINAL

La materia componente de las estrellas en un estado avanzado de su

evolución degenera hacia formas en las que los electrones se funden con los

núcleos atómicos, dando lugar a una masa compacta de neutrones cuya

densidad alcanza valores del orden de los 1018 kg/m3. Éstas son las

características de la materia componente de las llamadas estrellas de

neutrones. Se trata, no obstante, de una etapa previa a la degeneración total

característica de un estado de extrema densidad, en el que los propios

neutrones son aplastados por la presión hacia adentro debida las fuerzas

gravitatorias. Éste es el estado de la materia en esos objetos oscuros y

misteriosos del universo conocidos como agujeros negros.

EL ESTADO LÍQUIDO

Page 28: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 28

Centro Educativo KINAL

Características del estado líquido

A nivel microscópico el estado líquido se caracteriza porque la distancia

entre las moléculas es sensiblemente inferior a la de los gases. Mientras

que en un gas la distancia intermolecular media es igual o mayor que diez

veces el tamaño de la molécula, en un líquido viene a ser del mismo orden

de magnitud que el diámetro molecular, y sólo un poco mayor que en los

sólidos. Eso explica que la densidad de los líquidos sea, salvo algunas

excepciones, sólo algo inferior a la de los sólidos.

La proximidad entre las moléculas hace que se dejen sentir fuerzas

atractivas de interacción, que evitan que una molécula pueda «escaparse»

de la influencia del resto, como sucede en el estado gaseoso, pero que les

permite moverse deslizándose unas sobre otras. Por esta razón los

líquidos no poseen forma propia, sino que se adaptan a la del recipiente

que los contiene, es decir, pueden fluir. Sin embargo, el hecho de que las

moléculas estén ya suficientemente próximas hace de los líquidos fluidos

incompresibles. Toda compresión lleva consigo una disminución de la

distancia intermolecular, y si ésta fuera apreciable entrarían en juego las

fuerzas repulsivas entre los núcleos atómicos que se opondrían a dicha

compresión y la neutralizarían.

Viscosidad

Aunque las moléculas de los líquidos pueden deslizarse unas sobre otras,

esto no sucede para todos con igual facilidad. La existencia de fuerzas de

rozamiento que se oponen al deslizamiento de las moléculas define una

propiedad de los fluidos que se denomina viscosidad. La viscosidad se

traduce en una mayor resistencia al movimiento en el interior del fluido.

Así un frasco de aceite es más difícil de agitar que uno de agua porque el

aceite es más viscoso que el agua. Los líquidos ideales carecen de

viscosidad. En los reales, la viscosidad varía de unos a otros, siendo

extrema en los líquidos superviscosos, también llamados sólidos amorfos,

porque a la temperatura ambiente presentan el aspecto de sólidos sin que

la ordenación interna de sus moléculas corresponda a la que es

característica de los sólidos cristalinos.

Page 29: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 29

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El vidrio constituye un ejemplo de este estado intermedio de la materia.

Aumentando la temperatura, disminuye su viscosidad y el material se

reblandece, pasando a un estado líquido espeso. El alquitrán que se utiliza

en el asfaltado de carreteras es otro ejemplo de sólido amorfo; en verano,

al aumentar la temperatura, se llega a deformar por efecto de la presión

que ejercen, sobre el firme, los vehículos pesados.

Tensión superficial y capilaridad

Todos los líquidos presentan una cierta tendencia a disminuir su

superficie libre, la cual se comporta de forma parecida a como lo hace una

membrana elástica. Dicha propiedad es debida a la existencia de fuerzas

tangenciales a la superficie o fuerzas de tensión, por lo que se denomina

tensión superficial.

La tensión superficial se presenta en varios fenómenos; así cuando se

sumerge un alambre en una solución jabonosa se forma una película que

recuerda a simple vista la membrana de un tambor, pues se recupera de

pequeñas deformaciones; si sobre la película de líquido se deposita

cuidadosamente un hilo cerrado, y se elimina la parte interior de la

película, se observa cómo el hilo se extiende hasta alcanzar la forma de

una circunferencia.

Una aguja de acero, engrasada simplemente por el tacto, puede flotar en el

agua y, del mismo modo, los patos se mantienen en la superficie de un

lago sin necesidad de nadar; en ambos casos los cuerpos son más densos

que el agua, a pesar de lo cual flotan.

Esta aparente contradicción con respecto a lo que establecen las leyes de

la hidrostática, se explica como debida al fenómeno de la tensión

superficial que convierte la superficie del líquido en una especie de malla

tensa que neutraliza las fuerzas del peso.

Page 30: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 30

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Desde un punto de vista molecular, la tensión superficial se explica como

debida a la condición especial de las moléculas situadas en la superficie

del líquido. Una molécula del líquido situada en el interior del mismo es

solicitada en todas direcciones por fuerzas atractivas procedentes de las

otras moléculas que la rodean, de modo que, por simetría, se compensan

mutuamente sus efectos.

En la superficie o en sus proximidades, la simetría se rompe y sólo las

moléculas que están por debajo de la superficie atraen a las de la capa

límite, dando lugar a una fuerza neta dirigida hacia el interior de la masa

líquida que tensa la superficie libre y produce ese efecto de malla o

membrana elástica.

La tensión superficial de un líquido viene expresada por su

correspondiente coeficiente de tensión superficial, que representa el

trabajo necesario para incrementar en una unidad la superficie libre del

líquido o, en términos equivalentes, la fuerza tangencial por unidad de

longitud.

Cuando un tubo delgado de vidrio o capilar se introduce en agua situando

su extremo inferior por debajo de la superficie límite, el líquido asciende

por su interior hasta alcanzar una cierta altura de equilibrio. En este

fenómeno conocido como capilaridad el principio de los vasos

comunicantes deja de tener validez porque junto con las fuerzas del peso y

de la presión atmosférica interviene la tensión superficial.

Page 31: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 31

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ESTRUCTURA ATOMICA.

PARTICULAS FUNDAMENTALES.

El átomo esta formado de partículas de muchos tipos:

PARTICULAS ESTABLES

Protón (p, p, P)

Electrón (e, e, B)

Neutrón (n, n, N)

Page 32: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 32

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PARTICULAS INESTABLES

PARTÍCULAS COMPUESTAS

PARTICULAS ESTABLES.

ELECTRÓN. Son aquellas partículas que se encuentra fuera del núcleo

y tienen carga negativa. El electrón se caracteriza como partícula finita, de

carga negativa y con propiedades ondulatorias. En 1891 Stoney les llamó

electrones.

En 1897 Joseph J. Thomson determinó la relación carga/masa (e/m) del electrón

estudiando la desviación de los rayos Catódicos por los campos eléctrico y magnético.

Electrón positivo o positrón (e, e, B)

Neutrino y Antineutrino (V)

Mesón ()

Deuterón (d, d, H, D)

partículas Alfa (a, He)

Page 33: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 33

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PROTON. Son partículas que se encuentran en el núcleo y tienen

carga positiva. Fue por medio del experimento de los rayos catódicos se

demostró la existencia de estas partículas positivas, con masa y carga.

Estas partículas llamadas protones son idénticas al núcleo de hidrógeno.

NEUTRON. Se encuentran junto con los protones en el núcleo y su

carga es neutra. Fueron predichos en 1920 por Bothe y Becher, y en 1932

Chadwick demostró su existencia. Los protones fuera del núcleo son muy

inestables.

PARTICULAS INESTABLES.

POSITRON. Fue en 1932 cuando Anderson descubrió accidentalmente

el positrón al estudiar los campos magnéticos sobre las partículas

expulsadas de los núcleos por la absorción de rayos cósmicos. Son

partículas iguales que los electrones, pero en sentido opuesto.

NEUTRINO Y ANTINEUTRINO. Partículas pequeñísimas de masa y

carga cero, su existencia fue postulada para explicar la pérdida de energía

durante la emisión radioactiva de electrones y protones. No existen pruebas

concretas de su existencia.

MESÓN. Yukawa postuló su existencia para explicar las energías de

enlace descubiertas en los efectos producidos por los rayos cósmicos sobre

la materia.

Núcleo

Electrón (-)

Positrón (+)

Page 34: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 34

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PARTICULAS COMPUESTAS.

DEUTERÓN. Es un núcleo de Deuterio o Hidrógeno pesado, y guarda

la misma relación que el Hidrógeno y el protón. Se usa en bombardeo de

núcleo.

PARTICULAS ALFA. Es un núcleo de Helio de 2 cargas positivas. Es el

producto de la desintegración radioactiva.

DESARROLLO HISTORICO.

MODELOS ATOMICOS Átomo: Partícula más pequeña de un elemento que retiene sus

propiedades.

DEMOCRITO Y LEUCIPO.

En el Siglo V A.C. dos Filósofos Griegos Leucipo y Demócrito

propusieron que la Materia no podía dividirse indefinidamente tal y como lo

estipulaba Aristóteles. Ellos proponían que al final de la división llegarían a

los átomos. (La palabra griega átomos significa “indivisible”)

Los atomistas concuerdan con el principio fundamental del eleatismo que solo el ser

es; pero entienden llevar este principio a la experiencia sensible y servirse de el para

explicar los fenómenos. Así entienden el ser como lo lleno, el no ser como el vacío y

sostienen que el lleno y el vacío son los principios constitutivos de toda cosa. Pero el lleno

no es un todo compacto; esta formado por un numero infinito de elementos que son

invisibles a causa de la pequeñez de su masa. Si estos elementos fuesen divisibles al

infinito, se disolverían al vacío; deben ser, pues, indivisibles, y por esto se les llaman

átomos.

Los átomos no son divisibles.

Los átomos están todos animados por un movimiento espontáneo,

por el cual chocan entre si y rebotan, dando origen al nacer, al perecer y al

mudar de las cosas. Pero el movimiento esta determinado por leyes

inmutables.

Page 35: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 35

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JOHN DALTON.

Entre 1803 y 1808 John Dalton propone una teoría atómica compuesta de los

siguientes postulados:

Los elementos están compuestos de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.

Todos los átomos del mismo elemento son similares entre sí y diferentes de los átomos de otro elemento.

La separación de átomos y la unión se realiza en las reacciones químicas. En estas reacciones, ningún átomo se crea o destruye y ningún átomo de un elemento se convierte en un átomo de otro elemento.

Un compuesto químico es el resultado de la combinación de átomos de dos o más elementos en una proporción numérica simple.

Él propone un modelo donde el átomo es una esfera indivisible e indestructible.

HANTARO NAGAOKA

Fue el inicio de la hipótesis de que los electrones se encuentran en el exterior de un

corpúsculo cargado positivamente pero circulando a su alrededor.

JOSEPH THOMSON

Fue el primero en intentar explicar el átomo en 1904. Su átomo era una especie de

jalea formado por electricidad positiva y negativa, se encargo de determinar la carga de la

masa que es de: -1.76 x 108 C

/g..

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del

electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los

electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro.

Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos

hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos

llevado a cabo por Rutherford demostró la inexactitud de tales ideas.

Propone que es una esfera indivisible

Page 36: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 36

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ERNEST RUTHERFORD

Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo

atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un

núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del

núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga

eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí,

provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.

El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los

electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría

describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo,

este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando

el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre

de la era nuclear.

Modelo Propuesto por Rutherford

Núcleo

Electrón

El electrón gira en

espiral

Modelo propuesto por

Thomson

+

Page 37: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 37

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NIELS BOHR

El físico danés Niels Borh, postula que los electrones giran a

grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se

disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes

niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior,

para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía

original es necesario que el electrón emita la energía absorbida (por ejemplo

en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el

tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.

En si su modelo estaba basado en el movimiento del sistema solar.

NUCLEO

Electrones

Electrones

Page 38: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 38

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SOMMERFIELD

Además de las ondas circulares hay elípticas y lo que para Bohr era un nivel de

energía para Sommerfield son varios niveles de distinta energía lo que se denomina,

subniveles.

LUIS DE BROGLIE

Se inicia EL Modelo Mecano - Cuántico con los estudios del físico francés Luis De

Broglie. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta

como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y

corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón

como una onda, es difícil conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad,

por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en

una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La

idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de

Heisenberg.

Principio de indeterminación de Heinsenberg.

No se puede conocer, con exactitud y a la vez la posición del electrón y su velocidad.

En este modelo en vez de hablar de un conjunto de ondas se habla de orbitales. Orbitales en

la región del espacio donde es máxima la probabilidad de encontrar un electrón. Es

necesario definir para obtener los orbitales cuatro números cuánticos.

Núcleo

Modelo de Sommerfield-

Bohr

Page 39: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 39

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ERWING SHRÖNDIGER

Fue un físico-matemático austriaco, en 1926 proporciono bases para el

nuevo modelo atómico considerando las bases de Broglee, Bohr y

Rutherford. Dedujo una ecuación matemática donde el electrón era

estudiado en función de su comportamiento ondulatorio.

En 1945 propuso otro modelo donde el electrón gira vertiginosamente

alrededor del núcleo. Son ondas vibratorias y no se puede decir la dirección

en que se mueven. Imagino al átomo como una nube cargada de electrones.

SÍMBOLO, CARGA Y MASA

MASA CARGA SÍMBOLO

Electrón

9.1 x 10-28 -1.26 x 10-19 e-

Protón 1.7 x 10-24 1.6 x 10-19 H

Neutrón 1.7 x 10-24 0 n

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QUÍMICA CUARTO 40

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NUMERO ATOMICO Y MASA ATOMICA

NUMERO ATOMICO. Número atómico es el número de protones que tiene un átomo si este

es neutro también coincide con el de electrones, sirve para ordenarlos en la

tabla periódica.

MASA ATÓMICA.

Es el número de nucleones que hay en el átomo, es decir los protones

y neutrones que tiene.

ISOTOPOS Son átomos con el mismo número atómico pero diferente número de

masa. Presentan propiedades idénticas.

Por ejemplo:

O16, O17, O18 ; Cl35, Cl37

Aquí se pudo ver isótopos de Oxigeno y de cloro

Los isotopos más usados son: Carbono (C12. C13 y C14), Nitrógeno, (N14, N15)

Oxígeno (O16 Y O18)

Page 41: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 41

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USO DE LOS ISÓTOPOS.

Una de las aplicaciones de los isótopos es la fotografía de rayos gamma, al pacinete

se le inyecta un isótopo que emita radiación gamma y se recoge la radiación emitida de

forma que se obtiene una foto de la zona deseada, como por ejemplo el cerebro que se

observa en la fotografía.

Otra de las aplicaciones de este índice de fraccionamiento lo constituye la

estimación de las relaciones entre plantas con clorofila C3 y C4, cuyo estudio ofrece toda

una panacea al campo de la investigación científica como por ejemplo la estimación de

presencia de índices de fraccionamiento de plantas C4 (sabanas ) en suelos boscosos y

viceversa.

Uso de isotopos estables en el estudios de ecosistemas forestales

RADIOACTIVIDAD

Radiactividad: Fenómeno de Radiación espontánea producida por

ciertos átomos que poseen una combinación inestable de partículas sub-

atómicas.

La radioactividad fue descubierta accidentalmente por el francés H.

Becquerelen 1896; Pero su nombre se debe a Marie Curie, quien estudio e

interpreto el fenómeno.

Page 42: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 42

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Consiste en la emisión de radiaciones que poseen ciertos sistemas

(como el radio), las cuales son capaces de atravesar capas metálicas

delgadas, así como ionizar los gases y hacerlos conductores de electricidad.

En 1899 Becquerel comprobó que las citadas radiaciones eran

sensibles a la presencia de un campo magnético lo que dio pie a una famosa

experiencia realizada por Rutherford ese mismo año, que mostró que las

emisiones radioactivas se componen de dos tipos de radiación.

La alfa () que al atravesar un campo eléctrico (o magnético) es

atraída por el electrodo (o polo) negativo los rayos alfa son por lo tanto

positivos y hoy se sabe que se tratan de núcleos de Helio.

Los beta () de mayor poder de penetración que al atravesar un

campo eléctrico (o magnético) es atraído por el electrodo positivo negativo

los rayos beta son por lo tanto negativos y hoy se sabe que se tratan de

núcleos de electrones.

Se descubrió un tercero:

Los gama () los mas penetrantes de todo, que atraviesa sin

desviarse los campos eléctricos o magnético. Los rayos por lo tanto son

eléctricamente neutros y hoy se sabe que se trata de neutrones. Según su

naturaleza los elementos radioactivos (Todos aquellos cuyo peso atómico es

mayor que el bismuto) emite una, dos o tres radiaciones anteriores.

Page 43: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 43

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Hoja de Trabajo

1) ¿Cuál será la masa de una esfera de acero que tiene un radio de 3plg?

2) ¿calcule el radio de un cilindro de cobre que tiene una masa de 9.02X10^-2 y una altura de 10 cm.

3) Un auto puede recorrer 65km/galón de gasolina. ¿Cuantos ml será necesario para recorrer 100Km?

4) El peso de un cubo de Azúcar es de 99724.8 dinas. ¿calculé la masa?

5) El peso de un cubo de Azúcar es de 194775 dinas. ¿Cuántos ml tiene el cubo?

6) Un trozo de Pb cuando se coloca sobre una medidor de masa marca 0.1144 Kg y después se coloca dentro de una probeta que contenía 75ml y esta sube a 85ml de agua ¿Cuál es la densidad del Pb?

7) Un cono hecho de un metal desconocido tiene una masa de 1.050Kg y ocupa 0.01

litros ¿De que metal esta hecho?

8) Un farmacéutico desea llenar un frasco con alcohol etílico de tal manera que el recipiente tenga una masa de 798g. ¿Qué volumen de Alcohol debe agregar al recipiente.

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QUÍMICA CUARTO 44

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9) ¿Cuántos gramos de mercurio necesitara allan britt o para construir un termómetro

con 25 ml de Hg

10) En la radio escucho q el locutor dijo que para este viernes se reportaría una

temperatura de 301.15k……………..pase la temperatura A ⁰C Y ⁰F

11)El helio hierve a 4k. Reporte esta temperatura a Fahrenheit.

12)La temperatura corporal es de 98.6 ⁰F convierta en ⁰c

13)Efectué las siguientes conversiones :

a) -86⁰F ⁰C

b) -18 ⁰C ⁰F

c) 0.0 ⁰F K

d) 212K ⁰C

14)Normalmente el cuerpo humano pude soportar una temperatura de 105 ⁰F

sin sufrir daños permanentes en el cerebro. ¿Cuál es la temperatura en Celsius?

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QUÍMICA CUARTO 45

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15)La temperatura de la superficie del sol es de unos 6.3x10^3 ⁰C. ¿Que

temperatura es en F⁰?

La tabla periódica de los elementos.

La tabla periódica de los elementos.

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos, conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en la variación manual de las propiedades químicas, si bien Julios Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La forma actual es una versión modificada de la de Mendelev; fue diseñada por Alfred Werner.

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QUÍMICA CUARTO 46

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Historia

La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física:

El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica. El estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos. La noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y,

posteriormente, ya en el siglo XX, de número atómico. Las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico)

y las propiedades periódicas de los elementos.

El descubrimiento de los elementos

Aunque algunos elementos como el oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), plomo (Pb) y el mercurio (Hg) ya eran conocidos desde la antigüedad, el primer descubrimiento científico de un elemento ocurrió en el siglo XVII cuando el alquimista Henning Brand descubrió el fósforo (P). En el siglo XVIII se conocieron numerosos nuevos elementos, los más importantes de los cuales fueron los gases, con el desarrollo de la química neumática: oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N). También se consolidó en esos años la nueva concepción de elemento, que condujo a Antoine Lavoisier a escribir su famosa lista de sustancias simples, donde aparecían 33 elementos. A principios del siglo XIX, la aplicación de la pila eléctrica al estudio de fenómenos químicos condujo al descubrimiento de nuevos elementos, como los metales alcalinos y alcalino–térreos, sobre todo gracias a los trabajos de Humphry Davy. En 1830 ya se conocían 55 elementos. Posteriormente, a mediados del siglo XIX, con la invención del espectroscopio, se descubrieron nuevos elementos, muchos de ellos nombrados por el color de sus líneas espectrales características: cesio (Cs, del latín caesĭus, azul), talio (Tl, de tallo, por su color verde), rubidio (Rb, rojo), etc.

La noción de elemento y las propiedades periódicas

Lógicamente, un requisito previo necesario a la construcción de la tabla periódica era el descubrimiento de un número suficiente de elementos individuales, que hiciera posible encontrar alguna pauta en comportamiento químico y sus propiedades. Durante los siguientes dos siglos se fue adquiriendo un gran conocimiento sobre estas propiedades, así como descubriendo muchos nuevos elementos.

La palabra "elemento" procede de la ciencia griega, pero su noción moderna apareció a lo largo del siglo XVII, aunque no existe un consenso claro respecto al proceso que condujo a su consolidación y uso generalizado. Algunos autores citan como precedente la frase de Robert Boyle en su famosa obra The Sceptical Chymist, donde denomina elementos "ciertos cuerpos primitivos y simples que no están formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de

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QUÍMICA CUARTO 47

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que se componen inmediatamente y en que se resuelven en último término todos los cuerpos perfectamente mixtos". En realidad, esa frase aparece en el contexto de la crítica de Robert Boyle a los cuatro elementos aristotélicos.

A lo largo del siglo XVIII, las tablas de afinidad recogieron un nuevo modo de entender la composición química, que aparece claramente expuesto por Lavoisier en su obra Tratado elemental de Química. Todo ello condujo a diferenciar en primer lugar qué sustancias de las conocidas hasta ese momento eran elementos químicos, cuáles eran sus propiedades y cómo aislarlos.

El descubrimiento de un gran número de nuevos elementos, así como el estudio de sus propiedades, pusieron de manifiesto algunas semejanzas entre ellos, lo que aumentó el interés de los químicos por buscar algún tipo de clasificación.

Los pesos atómicos

A principios del siglo XIX, John Dalton (1766–1844) desarrolló una nueva concepción del atomismo, al que llegó gracias a sus estudios meteorológicos y de los gases de la atmósfera. Su principal aportación consistió en la formulación de un "atomismo químico" que permitía integrar la nueva definición de elemento realizada por Antoine Lavoisier (1743–1794) y las leyes ponderales de la química (proporciones definidas, proporciones múltiples, proporciones recíprocas).

Dalton empleó los conocimientos sobre proporciones en las que reaccionaban las sustancias de su época y realizó algunas suposiciones sobre el modo como se combinaban los átomos de las mismas. Estableció como unidad de referencia la masa de un átomo de hidrógeno (aunque se sugirieron otros en esos años) y refirió el resto de los valores a esta unidad, por lo que pudo construir un sistema de masas atómicas relativas. Por ejemplo, en el caso del oxígeno, Dalton partió de la suposición de que el agua era un compuesto binario, formado por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno. No tenía ningún modo de comprobar este punto, por lo que tuvo que aceptar esta posibilidad como una hipótesis a priori.

Dalton conocía que 1 parte de hidrógeno se combinaba con 7 partes (8 afirmaríamos en la actualidad) de oxígeno para producir agua. Por lo tanto, si la combinación se producía átomo a átomo, es decir, un átomo de hidrógeno se combinaba con un átomo de oxígeno, la relación entre las masas de estos átomos debía ser 1:7 (o 1:8 se calcularía en la actualidad). El resultado fue la primera tabla de masas atómicas relativas (o pesos atómicos, como los llamaba Dalton) que fue posteriormente modificada y desarrollada en los años posteriores. Las incertidumbres antes mencionadas dieron lugar a toda una serie de polémicas y disparidades respecto a las fórmulas y los pesos atómicos, que sólo comenzarían a superarse, aunque no totalmente, con el congreso de Karlsruhe en 1860.

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QUÍMICA CUARTO 48

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Metales, no metales, metaloides y metales de transición

La primera clasificación de elementos conocida, fue propuesta por Antoine Lavoisier, quien propuso que los elementos se clasificaran en metales, no metales y metaloides o metales de transición. Aunque muy práctico y todavía funcional en la tabla periódica moderna, fue rechazada debido a que había muchas diferencias en las propiedades físicas como químicas.

Tríadas de Döbereiner

Uno de los primeros intentos para agrupar los elementos de propiedades análogas y relacionarlo con los pesos atómicos se debe al químico alemán Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) quien en 1817 puso de manifiesto el notable parecido que existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variación gradual del primero al último. Posteriormente (1827) señaló la existencia de otros grupos de tres elementos en los que se daba la misma relación (cloro, bromo y yodo; azufre, selenio y telurio; litio, sodio y potasio).

A estos grupos de tres elementos se les denominó tríadas y hacia 1850 ya se habían encontrado unas 20, lo que indicaba una cierta regularidad entre los elementos químicos.

Döbereiner intentó relacionar las propiedades químicas de estos elementos (y de sus compuestos) con los pesos atómicos, observando una gran analogía entre ellos, y una variación gradual del primero al último.

En su clasificación de las tríadas (agrupación de tres elementos) Döbereiner explicaba que el peso atómico promedio de los pesos de los elementos extremos, es parecido al peso atómico del elemento de en medio. Por ejemplo, para la tríada

Tríadas de Döbereiner

Litio LiCl

LiOH Calcio

CaCl2

CaSO4 Azufre

H2S

SO2

Sodio NaCl

NaOH Estroncio

SrCl2

SrSO4 Selenio

H2Se

SeO2

Potasio KCl

KOH Bario

BaCl2

BaSO4 Telurio

H2Te

TeO2

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QUÍMICA CUARTO 49

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Cloro, Bromo, Yodo los pesos atómicos son respectivamente 36, 80 y 127; si sumamos 36 + 127 y dividimos entre dos, obtenemos 81, que es aproximadamente 80 y si le damos un vistazo a nuestra tabla periódica el elemento con el peso atómico aproximado a 80 es el bromo lo cual hace que concuerde un aparente ordenamiento de tríadas.

Chancourtois: Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois

En 1864, Chancourtois construyó una hélice de papel, en la que estaban ordenados por pesos atómicos (masa atómica) los elementos conocidos, arrollada sobre un cilindro vertical. Se encontraba que los puntos correspondientes estaban separados unas 16 unidades. Los elementos similares estaban prácticamente sobre la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad, pero su diagrama pareció muy complicado y recibió poca atención.

Ley de las octavas de Newlands

Artículo principal: John Alexander Reina Newlands

En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands comunicó al Royal College of Chemistry (Real Colegio de Química) su observación de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos (prescindiendo del hidrógeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas propiedades muy similares al primero. En esta época, los llamados gases nobles no habían sido aún descubiertos.

Esta ley mostraba una cierta ordenación de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente.

El nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas.

Como a partir del calcio dejaba de cumplirse esta regla, esta ordenación no fue apreciada por la comunidad científica que lo menospreció y ridiculizó, hasta que

Ley de las octavas de Newlands

1 2 3 4 5 6 7

Li

6,9

Na

23,0

K

39,0

Be

9,0

Mg

24,3

Ca

40,0

B

10,8

Al

27,0

C

12,0

Si

28,1

N

14,0

P

31,0

O

16,0

S

32,1

F

19,0

Cl

35,5

Page 50: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 50

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23 años más tarde fue reconocido por la Royal Society, que concedió a Newlands su más alta condecoración, la medalla Davy.

Tabla periódica de Mendelev

En 1869, el ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev publicó su primera Tabla Periódica en Alemania. Un año después lo hizo Julios Lothar Meyer, que basó su clasificación periódica en la periodicidad de los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos.

Por ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con los criterios siguientes:

Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas. Situaron en el mismo grupo elementos que tenían propiedades

comunes como la valencia.

Tabla de Mendeléyev publicada en 1872. En ella deja casillas libres para

elementos por descubrir.

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QUÍMICA CUARTO 51

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La primera clasificación periódica de Mendeléyev no tuvo buena acogida al principio. Después de varias modificaciones publicó en el año 1872 una nueva Tabla Periódica constituida por ocho columnas desdobladas en dos grupos cada una, que al cabo de los años se llamaron familia A y B.

En su nueva tabla consigna las fórmulas generales de los hidruros y óxidos de cada grupo y por tanto, implícitamente, las valencias de esos elementos.

Esta tabla fue completada a finales del siglo XIX con un grupo más, el grupo cero, constituido por los gases nobles descubiertos durante esos años en el aire. El químico ruso no aceptó en principio tal descubrimiento, ya que esos elementos no tenían cabida en su tabla. Pero cuando, debido a su inactividad química (valencia cero), se les asignó el grupo cero, la Tabla Periódica quedó más completa.

El gran mérito de Mendeléyev consistió en pronosticar la existencia de elementos. Dejó casillas vacías para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizaría años después. Incluso pronosticó las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), al que llamó eka–aluminio por estar situado debajo del aluminio; el germanio (Ge), al que llamó eka–silicio; el escandio (Sc); y el tecnecio (Tc), que, aislado químicamente a partir de restos de un sincrotrón en 1937, se convirtió en el primer elemento producido de forma predominantemente artificial.

La noción de número atómico y la mecánica cuántica

La tabla periódica de Mendeléyev presentaba ciertas irregularidades y problemas. En las décadas posteriores tuvo que integrar los descubrimientos de los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos. Otro problema adicional eran las irregularidades que existían para compaginar el criterio de ordenación por peso atómico creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes. Ejemplos de esta dificultad se encuentran en las parejas telurio–yodo, argón–potasio y cobalto–níquel, en las que se hace necesario alterar el criterio de pesos atómicos crecientes en favor de la agrupación en familias con propiedades químicas semejantes.

Durante algún tiempo, esta cuestión no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867–1919) realizó un estudio sobre los espectros de rayos X en 1913. Moseley comprobó que al representar la raíz cuadrada de la frecuencia de la radiación en función del número de orden en el sistema periódico se obtenía una recta, lo cual permitía pensar que este orden no era casual sino reflejo de alguna propiedad de la estructura atómica. Hoy sabemos que esa propiedad es el número atómico (Z) o número de cargas positivas del núcleo.

La explicación que aceptamos actualmente de la "ley periódica" descubierta por los químicos de mediados del siglo pasado surgió tras los desarrollos teóricos producidos en el primer tercio del siglo XX. En los comienzos del siglo XX se construyó la mecánica cuántica. Gracias a estas investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenación de los elementos en el

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QUÍMICA CUARTO 52

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sistema periódico está relacionada con la estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas.

Tabla periódica de los elementos1

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

I A II

A

III

B

IV

B V B

VI

B

VII

B

VIII

B

VIII

B

VIII

B I B II B

III

A IV A V A VI A

VII

A

VIII

A

Periodo

1 1

H

2

He

2 3

Li

4

Be

5

B

6

C

7

N

8

O

9

F

10

Ne

3 11

Na

12

Mg

13

Al

14

Si

15

P

16

S

17

Cl

18

Ar

4 19

K

20

Ca

21

Sc

22

Ti

23

V

24

Cr

25

Mn

26

Fe

27

Co

28

Ni

29

Cu

30

Zn

31

Ga

32

Ge

33

As

34

Se

35

Br

36

Kr

5 37

Rb

38

Sr

39

Y

40

Zr

41

Nb

42

Mo

43

Tc

44

Ru

45

Rh

46

Pd

47

Ag

48

Cd

49

In

50

Sn

51

Sb

52

Te

53

I

54

Xe

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QUÍMICA CUARTO 53

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6 55

Cs

56

Ba *

72

Hf

73

Ta

74

W

75

Re

76

Os

77

Ir

78

Pt

79

Au

80

Hg

81

Tl

82

Pb

83

Bi

84

Po

85

At

86

Rn

7 87

Fr

88

Ra **

104

Rf

105

Db

106

Sg

107

Bh

108

Hs

109

Mt

110

Ds

111

Rg

112

Cn

113

Uut

114

Uuq

115

Uup

116

Uuh

117

Uus

118

Uuo

Lantánidos * 57

La

58

Ce

59

Pr

60

Nd

61

Pm

62

Sm

63

Eu

64

Gd

65

Tb

66

Dy

67

Ho

68

Er

69

Tm

70

Yb

71

Lu

Actínidos ** 89

Ac

90

Th

91

Pa

92

U

93

Np

94

Pu

95

Am

96

Cm

97

Bk

98

Cf

99

Es

100

Fm

101

Md

102

No

103

Lr

Alcalinos Alcalinotérreos Lantánidos Actínidos Metales de transición

Metales del

bloque p Metaloides No metales Halógenos

Gases nobles y

Transactínidos

Para una tabla más detallada, puedes consultar: Anexo: Tabla periódica

Clasificación

Grupo de la tabla periódica

A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último nivel de energía (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos.

Numerados de izquierda a derecha utilizando números arábigos, según la última recomendación de la IUPAC (según la antigua propuesta de la IUPAC) de 1988,2 los grupos de la tabla periódica son:

Grupo 1 (I A): los metales alcalinos

Grupo 2 (II A): los metales alcalinotérreos

Grupo 3 (III B): Familia del Escandio

Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio

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QUÍMICA CUARTO 54

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Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio

Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo

Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso

Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro

Grupo 9 (IX B): Familia del Cobalto

Grupo 10 (X B): Familia del Níquel

Grupo 11 (I B): Familia del Cobre

Grupo 12 (II B): Familia del Zinc

Grupo 13 (III A): los térreos

Grupo 14 (IV A): los carbonoideos

Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos

Grupo 16 (VI A): los calcógenos o anfígenos

Grupo 17 (VII A): los halógenos

Grupo 18 (VIII A): los gases nobles

Períodos de la tabla periódica

Las filas horizontales de la tabla periódica son llamadas períodos. Contrario a como ocurre en el caso de los grupos de la tabla periódica, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un período tienen el mismo número de orbítales. Siguiendo esa norma, cada elemento se coloca según su configuración electrónica. El primer período solo tiene dos miembros: hidrógeno y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s.

La tabla periódica consta de 7 períodos:

Período 1 Período 2 Período 3 Período 4 Período 5 Período 6 Período 7

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QUÍMICA CUARTO 55

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La tabla también está dividida en cuatro grupos, s, p, d, f, que están ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha, y f lantánidos y actínidos. Esto depende de la letra en terminación de los elementos de este grupo, según el principio de Aufbau.

Bloques o regiones

Bloque de la tabla periódica

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QUÍMICA CUARTO 56

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Tabla periódica dividida en bloques.

La tabla periódica se puede también dividir en bloques de elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos.

Los bloques o regiones se denominan según la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f. Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético para nombrarlos.

Bloque s Bloque p Bloque d Bloque f

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Capítulo II

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Y SISTEMA PERIÓDICO

1.1 MODELO ATÓMICO DE BOHR El átomo sólo puede poseer unas pocas y determinadas energías; las

demás están prohibidas. Este comportamiento se describe diciendo que el

átomo está cuantizado. Bohr supone que el electrón no puede girar a

cualquier distancia del núcleo, sino, en ciertas órbitas solamente. Como en

cada una tiene una energía diferente (mayor cuanto más alejado esté del

núcleo), de ahí que las energías permitidas al electrón, y por tanto al átomo

en su conjunto, sean únicamente un número limitado. Así pues, cada átomo

está caracterizado por un conjunto definido de niveles de energía: E1, E2, E3,

etc.

Otra interesante idea de Bohr para explicar las variaciones de energía que

puede experimentar el átomo es suponer que el electrón puede saltar de una

órbita a otra. Al suministrar energía al átomo el electrón absorbe una

cantidad precisa de ésta y salta a una órbita superior. Como la situación no

es estable, termina cayendo a una órbita de menor energía y emite la energía

sobrante en forma de luz de frecuencia dada por la ecuación de Planck

(E=hv). De esta manera se explican las distintas líneas espectrales.

A n se le llama número cuántico principal. Dándole valores a n obtenemos

los diversos niveles de energía.

El electrón del H (hidrógeno) tiende a ocupar el nivel de menor energía o

estado fundamental, más estable, aunque con aporte energético suficiente

dicho electrón puede encontrarse en un estado excitado, ocupando otro nivel

distinto del primero.

1.2 LA MECÁNICA CUÁNTICA

Principio de incertidumbre

Heisenberg afirma que es imposible conocer simultáneamente la velocidad y

la posición de una partícula con absoluta exactitud. Así, cuanto más exacta

es la medida de la posición de un electrón, más grande es la incertidumbre

con respecto a su velocidad. Como ambas magnitudes son las que permiten

predecir la trayectoria de una partícula, es imposible conocer la trayectoria

de un electrón. La idea del electrón girando en órbitas circulares o elípticas,

bien definidas, en torno al núcleo es incompatible con el principio de

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QUÍMICA CUARTO 60

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incertidumbre, y demasiado simple para explicar los complejos aconteceres

atómicos.

1.3 MODELO ATÓMICO DE LA MECÁNICA CUÁNTICA Orbítales. Cada orbital se caracteriza por:

- 1) La energía del átomo está cuantizada. - 2) Describe una distribución espacial del electrón. Lo que marca la

diferencia con el modelo de Bohr es la descripción del comportamiento del electrón. La ecuación no determina la posición o la trayectoria del electrón, sino la mayor o menor probabilidad de que se encuentre en los diversos puntos del átomo. Cada orbital indica una distribución diferente de la densidad electrónica en el espacio.

Números cuánticos

El número cuántico principal, n, indica el nivel de energía

El número cuántico secundario, l, indica el subnivel de energía que

corresponde a un tipo de orbital.

El número cuántico magnético, ml, describe la orientación espacial permitida

para un mismo tipo de orbital.

Cada electrón en el átomo viene definido por los valores de los tres números

cuánticos anteriores n, l y ml, que son los mismos del orbital que ocupa, y

además por el valor de un cuarto, llamado número cuántico de espín, ms.

1.4 DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES

Principio de exclusión de Pauli. En un mismo átomo no pueden existir dos

electrones con los cuatro valores de los números cuánticos iguales (en un orbital,

sólo puede haber como máximo dos electrones, que han de tener espines

contrarios (1/2, -1/2)).

1.5 SISTEMA PERIÓDICO El sistema periódico se construye ordenando los elementos según su

número atómico (Z) creciente. Así se pone en evidencia la llamada ley

periódica, que dice: las propiedades de los elementos son función periódica

de sus números atómicos.

Los elementos de una misma fila horizontal forman un periodo. Los

periodos empiezan siempre con un metal alcalino (IA) y terminan con un

alógeno (VIIA) seguido de un gas noble (VIIIA), que es el que cierra el

periodo. A grandes rasgos, los metales ocupan la parte izquierda y central

de la tabla, mientras que los no metales se sitúan a la derecha. El primer

periodo sólo contiene dos elementos (H y He). El segundo y el tercero, ocho

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QUÍMICA CUARTO 61

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cada uno. El cuarto y el quinto están formados por 18 elementos. El sexto

tiene 32, y el séptimo permanece abierto.

Existen 16 familias: ocho de ellas se anotan con el número seguido de

una A, y otras ocho con una B.

1) Elementos representativos. Son los que constituyen las familias largas y van marcadas por la letra A y se sitúan a ambos extremos de la tabla.

2) Elementos de transición. Son los que constituyen las familias situadas en el centro de la tabla. Van marcadas con la letra B.

3) Elementos de transición interna. Son los elementos lantánidos y actínidos, ambos con 14 elementos cada uno.

1.6 JUSTIFICACIÓN DEL SISTEMA PERIÓDICO Las propiedades químicas de un elemento dependen casi exclusivamente

de la distribución electrónica del nivel energético más externo.

1.7 PROPIEDADES PERIÓDICAS a) Radio atómico Los rayos atómicos se terminan principalmente por valores medios de

datos de diversas moléculas que contienen el átomo de estudio. Dentro de

una misma familia, el radio atómico aumenta con Z (o sea, hacía abajo) ya

que el número de capas pobladas de electrones crece gradualmente. En un

periodo disminuye al aumentar Z (es decir, hacia la derecha).

b) Energía de ionización

Es la energía mínima necesaria para arrancar un electrón a un átomo aislado en su estado fundamental. El proceso da origen a la formación de un ión positivo o catión:

Átomo + Ei ión+ + e- En una familia, la energía de ionización (Ei) disminuye al aumentar Z (hacia

abajo), puesto que los electrones periféricos están más alejados del núcleo y sienten más débilmente la atracción del núcleo. En un periodo aumenta con Z (hacia la derecha), debido a la creciente carga nuclear y menor radio. Cuanto menor sea la energía de ionización de un elemento, mayor tendencia tendrá a formar su ión positivo, es decir, más electropositivo.

c) Afinidad electrónica Es la energía desprendida, cuando un átomo capta un electrón. La afinidad

electrónica es una propiedad inversa a la de la energía de ionización. En un periodo aumenta hacia la derecha, por regla general, y en una familia aumenta al disminuir el radio (hacia arriba), puesto que así el núcleo manifiesta con mayor poder su fuerza atractiva.

d) Electronegatividad Mide la mayor o menos atracción que un átomo ejerce sobre el par de

electrones de un enlace con otro átomo. Las electronegatividades varían

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QUÍMICA CUARTO 62

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periódicamente. En un periodo aumentan hacia la derecha y en una valencia, hacia arriba. Valencia: viene dada por el número de electrones que un átomo tiende a captar o cedes para tener 8 electrones en la última capa, que es la configuración electrónica de un gas noble. La valencia de un elemento viene dada por el número de electrones desapareados que tiene o que puede tener. ENLACE QUÍMICO 1.1 ENLACE QUÍMICO

Las sustancias están constituidas por agrupaciones de átomos. Unas veces, tales agrupaciones forman agregados neutros: las moléculas, y otras, resultan con carga: los iones. Sólo los gases nobles, y algunos metales en estado de vapor, están constituidos por moléculas monoatómicas. La unión entre átomos, iones o moléculas es lo que constituye el enlace químico.

El enlace químico desempeña un papel decisivo la configuración electrónica de la capa más externa de los átomos, o capa de valencia. Con objetivo de destacar los electrones de valencia se utilizan los llamados diagramas de puntos de Lewis.

Los gases nobles presentan una distribución electrónica de máxima estabilidad, con los orbítales s y p de valencia ocupados por completo, es decir, con 8 electrones. Los demás elementos poseen incompletos sus niveles de valencia, y de ahí su mayor o menor reactividad. En general, cuando se unen dos elementos representativos tienden ambos a alcanzar estructura de gas noble. Se conoce como regla del octeto: los átomos tienden a ganar, a perder o a compartir electrones hasta quedar rodeados de 8 electrones de valencia.

Sean unas u otras configuraciones, la formación espontánea de un enlace es una manifestación de la tendencia de cada átomo a alcanzar la ordenación electrónica más estable posible. Es decir, la molécula formada representa un estado de menor energía que los átomos aislados. 1.2 ESTRUCTURA DEL ENLACE IÓNICO

Cuando se encuentra un elemento de los más metálicos con otro de carácter de muy no metálico, es decir, dos elementos de electronegatividad muy diferente, se forma entre ellos un enlace iónico.

Se llama electrovalencia, o valencia iónica de un elemento, al número de electrones que gana o pierde para formar sus iones. A la electronegatividad se le suele anteponer el signo correspondiente. La fórmula de un compuesto iónica es siempre una fórmula empírica. El número de iones que rodea a cada ión de signo contrario se llama índice de coordinación. 1.3 CICLO DE BORH-HABER

Se define la energía reticular de una sustancia como la energía necesaria para separar totalmente las partículas de un mol de la misma en estado cristalino. En general, cuanto mayor sea la energía reticular, más estable será el cristal, más elevados sus puntos de fusión, más duro, etc. 1.4 PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

La atracción entre iones de signo opuesto es fuerte y se necesita mucha energía para romper la red. Es decir, los compuestos de fusión serán elevados; lo

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QUÍMICA CUARTO 63

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segundo exige disolventes muy polares como el agua. Referente a las propiedades mecánicas, los sólidos iónicos son duros, pero al mismo tiempo quebratizados. Son malos conductores, puesto que los electrones están firmemente sujetos por los iones. En cambio, fundidos conducen corriente eléctrica. 1.5 ENLACE COVALENTE

El enlace covalente consiste en un par de electrones compartido con dos átomos, que, situado entre ellos, ejerce una atracción sobre los núcleos de ambos y así los mantiene unidos. Puede suceder que el par de electrones sea suministrado por un solo átomo, y el enlace se llama entonces covalente coordinado. La regla del octeto se aplica a elementos del segundo periodo. 1.6 GEOMETRÍA DE LAS MOLÉCULAS

La teoría de Lewis no indica nada acerca de la geometría de las moléculas. La forma de una molécula es consecuencia de los ángulos de sus enlaces, hay un procedimiento sencillo que permite predecir la geometría si se conoce el número de electrones que rodea al átomo central. Es el modelo de las repulsiones entre pares de electrones de la capa de valencia. Éste modelo, basado en simples ideas electroestáticas, supone que los distintos pares de electrones de valencia que rodean al átomo central de una molécula, son enlazantes, se repelen entre sí, y adoptan la distribución más alejada posible en el espacio.

Así, los átomos como C, N, O y F que suelen tener en sus compuestos 4 pares de electrones de valencia, distribuirán cada uno de los pares en los vértices de un tetraedro. 1.7 ENLACE COVALENTE. TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA

La formación del enlace H-H puede expresarse también diciendo que los orbítales de los dos átomos de H se solapan. El solapamiento supone que ambos orbítales comparten una región común del espacio entre los dos núcleos. Al aproximarse, comienza el solapamiento de los orbítales y la fuerza de atracción entre lo átomos se incremente, con lo que la energía del sistema disminuye y llega a alcanzar un mínimo. El tipo de enlace constituido por solapamiento de dos orbitales siguiendo la línea de los núcleos se llama enlace sigma.

Para formar un enlace covalente cada uno de los átomos debe poseer un orbital con un electrón desapareado, porque, como se solapan, en la zona común no puede haber más de dos electrones. La formación del enlace covalente supone el apareamiento de ese par de electrones, que por ello han de tener uno y otro, espines contrarios. Así pues, la covalencia de un elemento, o número de enlaces covalentes que puede formar uno de sus átomos, es igual al número de electrones desapareados de que dispone, o puede disponer.

1.8 HIBRIDACIÓN DE ORBITALES La teoría del enlace de valencia completa su descripción del enlace

covalente justificando la geometría de las moléculas. Para ello recurre al concepto de orbital híbrido. a) Enlaces sencillos

La teoría del enlace de valencia resuelve el problema suponiendo que se forman 4 orbitales, llamados orbitales híbridos sp3, por combinación entre el orbital s y los 3 orbitales p.

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QUÍMICA CUARTO 64

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1.9 POLARIDAD DE LOS ENLACES Tienden a distribuirse más cerca del núcleo del átomo de mayor

electronegatividad. Se crea entonces un dipolo eléctrico, ya que las cargas negativas están desplazadas hacia un lado de la molécula y su centro no coincide con el centro de las cargas positivas. Así la molécula de HCl será polar, puesto q el átomo de Cl., más electronegativo que el de H, atrae más hacía sí, el par de electrones. Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los elementos que forman el enlace, mayor será la polaridad y, por tanto, mayor el carácter iónico del enlace. 1.10 FUERZAS INTERMOLECULARES a) Fuerzas de Van der. Waals

Hay varios tipos de fuerzas de Van de Waals. Las que se verifican entre moléculas polares, donde el extremo positivo de una se acerca al extremo negativo de la otra, y así para todo el conjunto. Las fuerzas entre las moléculas apolares son las de dispersión. Debido al movimiento de los electrones, adopta una distribución eléctrica asimétrica, es decir, se convierte en un pequeño dipolo instantáneo. 1. En la mayoría de los casos, son fuerzas muy débiles 2. Estas fuerzas aumentan con el volumen molecular b) Enlace de hidrógeno

Las fuerzas que mantienen unidas las moléculas de agua se llaman enlace hidrógeno. En la molécula de agua el par de electrones de cada enlace H-O está bastante desplazado hacia el O, muy electronegativo. El protón, queda así casi descubierto de carga negativa, constituyendo un polo positivo muy intenso que va a formar unión electrostática con un par de electrones no enlazante del átomo de oxígeno (O) de una molécula vecina. 1.11 PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS COVALENTES a) Sustancias moleculares

Sustancias constituidas por moléculas cuyos átomos están unidos por enlace covalente. Entre ellas hay sustancias apolares y polares, alguna de estas últimas con enlaces de H. En la mayor parte de los casos las fuerzas intermoleculares son muy débiles, una cierta agitación térmica es suficiente para desordenar y separar las moléculas. Por tanto, los puntos de fusión y ebullición son, en general, bajos; es decir, en condiciones ordinarias la mayoría de estas sustancias son gaseosas o líquidas. En otros casos, las fuerzas intermoleculares son apreciables, y las sustancias son sólidas. Las propiedades mecánicas varían en el mismo sentido con las fuerzas intermoleculares. En estado sólido son blandas casi todas. En cuanto a solubilidad las no polares son prácticamente insolubles en disolventes polares como el agua pero se disuelven bien los

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QUÍMICA CUARTO 65

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disolventes no polares. Las sustancias polares son más solubles en agua y puede formar puentes de hidrógeno. b) Sustancias con red covalente (o reticulares)

Los sólidos covalentes poseen puntos de fusión altísimos, gran dureza, y son insolubles en todos los disolventes. Para separar los átomos de la red es necesario romper enlaces covalentes, lo q requiere una gran cantidad de energía. Suelen presentar estructuras con red covalente los elementos situados en la diagonal: B, C, Si, etc.

1.12 EL ENLACE EN LOS METALES

En su red cristalina cada átomo se encuentra rodeado de otros 8, como su configuración externa, solo podría formar enlace covalente con uno de ellos.

Un modelo sencillo que explica la estructura metálica es el modelo de la nube electrónica. Los electrones de valencia se encuentran deslocalizados.

La movilidad de los electrones explica la propiedad más típica de los metales: su conductividad eléctrica. La conductividad térmica es consecuencia de las colisiones que transmiten los electrones por todo el metal. Y el brillo metálico se explica por el hecho de que los electrones, al estar libres, pueden absorber y emitir luz de todas las frecuencias. 1.13 PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS METÁLICAS Tienen puntos de fusión moderados o altos. Son dúctiles y maleables, pues

su deformación no implica ni rotura de enlaces ni mayor aproximación de

iones de igual carga. En los metales de transición surgen nuevos aspectos.

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QUÍMICA CUARTO 66

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A diferencia de los alcalinos y alcalino-térreos, son duros y de alto punto de

fusión. Esto de debe en parte al reducido tamaño de sus átomos, y también a

la posibilidad de que algunos electrones D, se hayan desapareados,

contribuyan al enlace metálico.

Enlace químico

Un enlace químico es el proceso físico responsable de las interacciones

atractivas entre átomos y moléculas, y que confiere estabilidad a los compuestos

químicos diatómicos y poliatómicos. La explicación de tales fuerzas atractivas es

un área compleja que está descrita por las leyes de la electrodinámica cuántica.

Sin embargo, en la práctica, los químicos suelen apoyarse en la mecánica

cuántica o en descripciones cualitativas que son menos rigurosas, pero más

sencillas en su propia descripción del enlace químico. En general, el enlace

químico fuerte está asociado con la compartición o transferencia de electrones

entre los átomos participantes. Las moléculas, cristales, y gases diatómicos -o sea

la mayor parte del ambiente físico que nos rodea- está unido por enlaces

químicos, que determinan la estructura de la materia.

Teniendo en cuenta que las cargas opuestas se atraen, porque, al estar unidos,

adquieren una situación más estable (de menor entalpía) que cuando estaban

separados. Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de

electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura

que coincide con la de los gases nobles ya que los electrones que orbitan el

núcleo están cargados negativamente, y que los protones en el núcleo lo están

positivamente, la configuración más estable del núcleo y los electrones es una en

la que los electrones pasan la mayor parte del tiempo entre los núcleos, que en

otro lugar del espacio. Estos electrones hacen que los núcleos se atraigan

mutuamente.

En la visión simplificada del denominado enlace covalente, uno o más electrones

(frecuentemente un par de electrones) son llevados al espacio entre los dos

núcleos atómicos. Ahí, los electrones negativamente cargados son atraídos a las

cargas positivas de ambos núcleos, en vez de sólo su propio núcleo. Esto vence a

la repulsión entre los dos núcleos positivamente cargados de los dos átomos, y

esta atracción tan grande mantiene a los dos núcleos en una configuración de

equilibrio relativamente fija, aunque aún vibrarán en la posición de equilibrio. En

resumen, el enlace covalente involucra la compartición de electrones en los que

los núcleos positivamente cargados de dos o más átomos atraen simultáneamente

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QUÍMICA CUARTO 67

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a los electrones negativamente cargados que están siendo compartidos. En

un enlace covalente polar, uno o más electrones son compartidos

inequitativamente entre dos núcleos.

En una visión simplificada de un enlace iónico, el electrón de enlace no es

compartido, sino que es transferido. En este tipo de enlace, el orbital atómico más

externo de un átomo tiene un lugar libre que permite la adición de uno o más

electrones. Estos electrones recientemente agregados ocupan potencialmente un

estado de menor energía (más cerca al núcleo debido a la alta carga nuclear

efectiva) de lo que experimentan en un tipo diferente de átomo. En consecuencia,

un núcleo ofrece una posición de más fuerte unión a un electrón de lo que lo hace

el otro núcleo. Esta transferencia ocasiona que un átomo asuma una carga neta

positiva, y que el otro asuma una carga neta negativa. Entonces, el enlace resulta

de la atracción electrostática entre los átomos, y los átomos se constituyen en

((iones)) de carga positiva o negativa.

Todos los enlaces pueden ser explicados por la teoría cuántica, pero, en la

práctica, algunas reglas de simplificación les permiten a los químicos predecir la

fuerza de enlace, direccionalidad y polaridad de los enlaces. La regla del octeto y

la (TREPEV) teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de

valencia son dos ejemplos. Las teorías más sofisticadas, como la teoría del enlace

de valencia, que incluye la hibridación de orbitales y la resonancia, y el método

de combinación lineal de orbitales atómicos dentro de la teoría de los orbitales

moleculares, que incluye a la teoría del campo de los ligantes. La electrostática es

usada para describir polaridades de enlace y los efectos que ejerce en las

sustancias químicas.

Las primeras especulaciones respecto a la naturaleza del enlace químico son tan

tempranas como en el siglo XII, se suponía que ciertos tipos de especies

químicas estaban unidas entre sí por un tipo de afinidad química. En 1704, Isaac

Newton esbozó su teoría de enlace atómico, en "Query 31" de su Opticks, donde

los átomos se unen unos a otros por alguna "fuerza". Específicamente, después

de investigar varias teorías populares, en boga en aquel tiempo, de cómo los

átomos se podía unir unos a otros, por ejemplo, "átomos enganchados", "átomos

pegados unos a otros por reposo", o "unidos por movimientos conspirantes",

Newton señaló lo que inferiría posteriormente a partir de su cohesión que:

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QUÍMICA CUARTO 68

Centro Educativo KINAL

Las partículas se atraen unas a otras por alguna fuerza, que en contacto

inmediato es excesivamente grande, a distancias pequeñas desempeñan

operaciones químicas y su efecto deja de sentirse no lejos de las partículas.

En 1819, a raíz de la invención de la pila voltaica, Jöns Jakob Berzelius desarrolló

una teoría de combinación química, introduciendo indirectamente el carácter

electropositivo y electronegativo de los átomos combinantes. A mediados del

siglos XIX, Edward Frankland, F.A. Kekule, A.S. Couper, A.M. Butlerov y Hermann

Kolbe, ampliando la teoría de radicales, desarrollaron la teoría de valencia,

originalmente llamado "poder combinante" en que los compuestos se mantenía

unidos debido a la atracción entre polos positivo y negativo. En 1916, el

químico Gilbert N. Lewis desarrolló el concepto de enlace de par de electrones, en

el que dos átomos pueden compartir uno y seis electrones, formando el electrón,

enlace, enlace doble, o enlace triple:

En las propias palabras de Lewis:

Un electrón puede formar parte de las envolturas de dos átomos diferentes y

no puede decirse que pertenezca a uno simplemente o exclusivamente.

El mismo año, Walther Kossel lanzó una teoría similar a la de Lewis, con la

diferencia de que su modelo asumía una transferencia completa de electrones

entre los átomos, con lo que era un modelo de enlace iónico. Tanto Lewis y Kossel

estructuraron sus modelos de enlace a partir de la regla de Abegg (1904).

En 1927, el físico danés Oyvind Burrau derivó la primera descripción cuántica

matemáticamente completa de un enlace químico simple, el producido por un

electrón en el ion de hidrógeno molecular (dihidrogenilio), H2+.1 Este trabajo mostró

que la aproximación cuántica a los enlaces químicos podrían ser correctas

fundamental y cualitativamente, pero los métodos matemáticos usados no podrían

extenderse a moléculas que contuvieran más de un electrón. Una aproximación

más práctica, aunque menos cuantitativa, fue publicada en el mismo año

por Walter Heitler y Fritz London. El método de Heitler-London forma la base de lo

que ahora se denomina teoría del enlace de valencia. En 1929, Sir John Lennard-

Jones introdujo el método de combinación lineal de orbitales atómicos (CLOA o

dentro de la teoría de orbitales moleculares, sugiriendo también métodos para

derivar las estructuras electrónicas de moléculas de F2 (flúor) y las moléculas de

O2 (oxígeno), a partir de principios cuánticos básicos. Esta teoría de orbital

molecular representó un enlace covalente como un orbital formado por

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QUÍMICA CUARTO 69

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combinación de los orbitales atómicos de la mecánica cuántica

de Schrödinger que habían sido hipotetizados por los electrones en átomos

solitarios. Las ecuaciones para los electrones de enlace en átomos

multielectrónicos no podrían ser resueltos con perfección matemática (esto

es, analíticamente), pero las aproximaciones para ellos aún producen muchas

predicciones y resultados cualitativos buenos. Muchos cálculos cuantitativos

en química cuántica moderna usan tanto las teorías de orbitales moleculares o de

enlace de valencia como punto de partida, aunque una tercera aproximación,

la teoría del funcional de la densidad, se ha estado haciendo más popular en años

recientes.

En 1935, H.H. James y A.S. Coolidge llevó a cabo un cálculo sobre la molécula de

dihidrógeno que, a diferencia de todos los cálculos previos que usaban funciones

sólo de la distancia de los electrones a partir del núcleo atómico, usó funciones

que sólo adicionaban explícitamente la distancia entre los dos electrones.2 Con 13

parámetros ajustables, ellos obtienen el resultado muy cercano al resultado

experimental para la energía de disociación de enlace. Posteriores extensiones

usaron hasta 54 parámetros y producen gran concordancia con los experimentos.

Este cálculo convenció a la comunidad científica que la teoría cuántica podría

concordar con los experimentos. Sin embargo, esta aproximación no tiene relación

física con la teoría de enlace de valencia y orbitales moleculares y es difícil de

extender a moléculas más grandes.

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QUÍMICA CUARTO 70

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Teoría del enlace de valencia

En el año 1927, la teoría de enlace de valencia fue formulada, argumentando

esencialmente que el enlace químico se forma cuando dos electrones de valencia,

en sus respectivos orbitales atómicos, trabajan o funcionan para mantener los dos

núcleos juntos, en virtud a los efectos de disminución de energía del sistema. En

1931, a partir de esta teoría, el químico Linus Pauling publicó lo que algunos

consideran uno de los más importantes papeles en la historia de la química:

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QUÍMICA CUARTO 71

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"Sobre la naturaleza del enlace químico". En este papel, extendiendo los trabajos

de Lewis, y la teoría del enlace de valencia (TEV) de Heitler y London, y su propio

trabajo previo, presentó seis reglas para el enlace de electrones compartidos, las

tres primeras de las cuales generalmente ya eran conocidas:

1. El enlace de par de electrones a través de la interacción de un

electrón desapareado de cada uno de dos átomos.

2. El spin de los electrones tienen que ser opuestos.

3. Una vez apareados, los dos electrones no pueden tomar parte en

enlaces adicionales.

Sus tres últimas reglas eran nuevas:

4. Los términos de canje de electrones para el enlace involucra sólo

una función de onda de cada átomo.

5. Los electrones disponibles en el menor nivel de energía forman los

enlaces más fuertes.

6. De dos orbitales en un átomo, el que puede traslapar en mayor

cantidad con un orbital de otro átomo formará el enlace más fuerte, y

este enlace tenderá en la dirección del orbital más concentrado.

A partir de este artículo, Pauling publicaría en 1939 un libro de texto: "Sobre la Naturaleza

del Enlace Químico" que vendría a ser llamado por algunos como la "biblia" de la química

moderna. Este libro ayudó a los químicos experimentales a entender el impacto de la teoría

cuántica sobre la química. Sin embargo, la edición posterior de 1939 falló en explicar

adecuadamente los problemas que parecían ser mejor entendibles por la teoría de orbitales

moleculares. El impacto de la teoría del enlace de valencia declinó durante la década de

1960 y 1970 a la par con el crecimiento en popularidad de la teoría de orbitales

moleculares, que estaba siendo implementada en muchos programas de grandes

ordenadores. A partir de la década de 1960, los problemas más difíciles de la

implementación de la teoría del enlace de valencia en programas de computadoras habían

sido mayormente resueltos y la teoría del enlace de valencia vio un resurgimiento.

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QUÍMICA CUARTO 72

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Teoría de los orbitales moleculares

Orbital molecular HOMO-5 de tipo pi, en la molécula de trifluoruro de boro,

calculado usando Spartan.

La teoría de los orbitales moleculares (TOM) usa una combinación lineal

de orbitales atómicos para formar orbitales moleculares, que abarcan la molécula

entera. Estos orbitales son divididos frecuentemente en orbitales

enlazantes, orbitales antienlazantes, y orbitales de no enlace. Un orbital

molecular es simplemente un orbital de Schrödinger que incluye varios, pero

frecuentemente sólo dos, núcleos. Si este orbital es del tipo en que los electrones

tienen una mayor probabilidad de estar entre los núcleos que en cualquier otro

lugar, el orbital será un orbital enlazante, y tenderá a mantener los núcleos cerca.

Si los electrones tienden a estar presentes en un orbital molecular en que pasan la

mayor parte del tiempo en cualquier lugar excepto entre los núcleos, el orbital

funcionará como un orbital antienlazante, y realmente debilitará el enlace. Los

electrones en orbitales no enlazantes tienden a estar en orbitales profundos (cerca

a los orbitales atómicos) asociados casi enteramente o con un núcleo o con otro y

entonces pasarán igual tiempo entre los núcleos y no en ese espacio. Estos

electrones no contribuyen ni detractan la fuerza del enlace.

Comparación de las teorías del enlace de valencia y de los orbitales moleculares

En algunos aspectos, la teoría del enlace de valencia es superior a la teoría de

orbitales moleculares. Cuando se aplica a la molécula más simple de dos

electrones, H2, la teoría del enlace de valencia, incluso al nivel más simple de la

aproximación de Heitler-London, produce una aproximación más cercana a

la energía de enlace, y provee una representación más exacta del comportamiento

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QUÍMICA CUARTO 73

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de los electrones al formarse y romperse los enlaces químicos. En contraste, la

teoría de orbitales moleculares simple predice que la molécula de hidrógeno se

disocia en una superposición lineal de átomos de hidrógeno, y iones positivos y

negativos de hidrógeno, un resultado completamente contrario a la evidencia

física. Esto explica en parte por qué la curva de energía total versus la distancia

interatómica del método de orbitales de valencia yace por encima de la curva del

método de orbitales moleculares a todas las distancias y, más particularmente,

para distancias mucho más grandes. Esta situación surge para todas las

moléculas diatómicas homonucleares y es particularmente un problema para el F2,

para el que la energía mínima de la curva con la teoría de orbitales moleculares es

aún mayor en energía que la energía de los dos átomos de flúor no enlazados.

Los conceptos de hibridación son versátiles, y la variabilidad en el enlace en

muchos compuestos orgánicos es tan modesta que la teoría del enlace

permanece como una parte integral del vocabulario del químico orgánico. Sin

embargo, el trabajo de Friedrich Hund, Robert Mulliken, y Gerhard

Herzberg mostró que la teoría de orbitales moleculares provee una descripción

más apropiada de las propiedades espectroscópicas, magnéticas y de ionización

de las moléculas. Las deficiencias de la teoría del enlace se hicieron aparentes

cuando las moléculas hipervalentes (por ejemplo, el PF5) fueron explicadas sin el

uso de los orbitales "d" que eran cruciales en el esquema de enlace basado en

hibridación, propuesto para tales moléculas por Pauling. Los complejos

metálicos y compuestos deficientes en electrones (como el diborano) también

resultaron ser mejor descritos por la teoría de orbitales moleculares, aunque

también se han hecho descripciones usando la teoría del enlace de valencia.

En la década de 1930, los dos métodos competían fuertemente hasta que se

observó que ambas eran aproximaciones a una teoría mejor. Si se toma la

estructura de enlace de valencia simple y se mezcla en todas las estructuras

covalentes e iónicas posibles que surgen de un juego particular de orbitales

atómicos, se llega a lo que se llama la función de onda de interacción de

configuración completa. Si se toma la descripción de orbital molecular simple del

estado fundamental y se combina dicha función con las funciones que describen

todos los estados excitados posibles usando los orbitales no ocupados que surgen

del mismo juego de orbitales atómicos, también se llega a la función de onda de

interacción de configuración completa. Puede verse que la aproximación de orbital

molecular simple da demasiado peso a las estructuras iónicas, mientras que la

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QUÍMICA CUARTO 74

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aproximación de enlace de valencia simple le da demasiado poco. Esto puede ser

descrito diciendo que la aproximación de orbitales moleculares simple es

demasiado deslocalizada, mientras que la aproximación de enlaces de valencia es

demasiado localizado.

Estas dos aproximaciones son ahora observadas como complementarias, cada

una proveyendo sus propias perspectivas en el problema del enlace químico. Los

cálculos modernos en química cuántica generalmente empiezan a partir de (pero

finalmente van más allá) un orbital molecular en vez de una aproximación de

enlace de valencia, no por algún tipo de superioridad intrínseca de la primera, sino

porque la aproximación de orbitales moleculares es mucho más rápidamente

adaptable a computación numérica. Sin embargo, ahora hay mejores programas

de enlace de valencia disponibles.

Enlaces en fórmulas químicas

La tridimensionalidad de los átomos y moléculas hace difícil el uso de una sola

técnica para indicar los orbitales y enlaces. En la fórmula molecular, los enlaces

químicos (orbitales enlazantes) entre átomos están indicados por varios métodos

diferentes de acuerdo al tipo de discusión. Algunas veces, se desprecian

completamente. Por ejemplo, en química orgánica, la fórmula molecular del etanol

(un compuesto en bebidas alcohólicas) puede ser escrito en papel como isómeros

conformacionales, tridimensional, completamente bidimensional (indicando cada

enlace con direcciones no tridimensionales), bidimensional comprimida (CH3–

CH2–OH), separando el grupo funcional del resto de la molécula (C2H5OH), o sus

constituyentes atómicos (C2H6O), de acuerdo a lo que se esté discutiendo.

Algunas veces, incluso se marcan los electrones no enlazantes de la capa de

valencia (con las direcciones aproximadas bidimensionalmente, estructura de

Lewis). Algunos químicos pueden también representar los orbitales respectivos.

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QUÍMICA CUARTO 75

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Enlaces químicos

Longitudes de enlace típicas, en pm,

y energía de enlace en kJ/mol.

Información recopilada de [1].

Enlace Longitud

(pm)

Energía

(kJ/mol)

H — Hidrógeno

H–H 74 436

H–C 109 413

H–N 101 391

H–O 96 366

H–F 92 568

H–Cl 127 432

H–Br 141 366

C — Carbono

C–H 109 413

C–C 154 348

C=C 134 614

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QUÍMICA CUARTO 76

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C≡C 120 839

C–N 147 308

C–O 143 360

C–F 135 488

C–Cl 177 330

C–Br 194 288

C–I 214 216

C–S 182 272

N — Nitrógeno

N–H 101 391

N–C 147 308

N–N 145 170

N≡N 110 945

O — Oxígeno

O–H 96 366

O–C 143 360

O–O 148 145

O=O 121 498

F, Cl, Br, I — Halógenos

Page 77: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 77

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F–H 92 568

F–F 142 158

F–C 135 488

Cl–H 127 432

Cl–C 177 330

Cl–Cl 199 243

Br–H 141 366

Br–C 194 288

Br–Br 228 193

I–H 161 298

I–C 214 216

I–I 267 151

S — Azufre

C–S 182 272

Estos enlaces químicos son fuerzas intramoleculares, que mantienen a los átomos

unidos en las moléculas. En la visión simplista del enlace localizado, el número de

electrones que participan en un enlace (o están localizados en un orbital

enlazante), es típicamente un número par de dos, cuatro, o seis, respectivamente.

Los números pares son comunes porque las moléculas suelen tener estados

energéticos más bajos si los electrones están apareados. Teorías de enlace

sustancialmente más avanzadas han mostrado que la fuerza de enlace no es

siempre un número entero, dependiendo de la distribución de los electrones a

cada átomo involucrado en un enlace. Por ejemplo, los átomos de carbono en

elbenceno están conectados a los vecinos inmediatos con una fuerza aproximada

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QUÍMICA CUARTO 78

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de 1.5, y los dos átomos en el óxido nítrico, NO, están conectados con

aproximadamente 2.5. El enlace cuádruple también es bien conocido. El tipo de

enlace fuerte depende de la diferencia en electronegatividad y la distribución de

los orbitales electrónicos disponibles a los átomos que se enlazan. A mayor

diferencia en electronegatividad, con mayor fuerza será un electrón atraído a un

átomo particular involucrado en el enlace, y más propiedades "iónicas" tendrá el

enlace ("iónico" significa que los electrones del enlace están compartidos

inequitativamente). A menor diferencia de electronegatividad, mayores

propiedades covalentes (compartición completa) del enlace.

Los átomos enlazados de esta forma tienen carga eléctrica neutra, por lo que el

enlace se puede llamar no polar.

Los enlaces covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de

electrones, dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten

tres tipos de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro tipos de

electrones.

Los enlaces covalentes no polares se forman entre átomos iguales, no hay

variación en el número de oxidación. Los enlaces covalentes polares se forman

con átomos distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es

eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas

originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro

electronegativo.

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QUÍMICA CUARTO 79

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Enlace covalente

El enlace covalente polar es intermediado en su carácter entre un enlace

covalente y un enlace iónico. Los átomos enlazados de esta forma tienen carga

eléctrica neutra.

Los enlaces covalentes pueden ser simples cuando se comparte un solo par de

electrones, dobles al compartir dos pares de electrones, triples cuando comparten

tres pares de electrones, o cuádruples cuando comparten cuatro pares de

electrones.

Los enlaces covalentes no polares se forman entre átomos iguales, no hay

variación en el número de oxidación. Los enlaces covalentes polares se forman

con átomos distintos con gran diferencia de electronegatividades. La molécula es

eléctricamente neutra, pero no existe simetría entre las cargas eléctricas

originando la polaridad, un extremo se caracteriza por ser electropositivo y el otro

electronegativo.

En otras palabras, el enlace covalente es la unión entre átomos en donde se da un

compartimiento de electrones, los átomos que forman este tipo de enlace son de

carácter no metálico. Las moléculas que se forman con átomos iguales

Page 80: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 80

Centro Educativo KINAL

(mononucleares) presentan un enlace covalente pero en donde la diferencia de

electronegatividades es nula.

Se presenta entre los elementos con poca diferencia de electronegatividad (< 1.7),

es decir cercanos en la tabla periódica de los elementos quimicos o bien, entre el

mismo elemento para formar moléculas diatomicas.

Enlace iónico o Electrovalente

El enlace iónico es un tipo de interacción electrostática entre átomos que

tienen una gran diferencia de electronegatividad. No hay un valor preciso

que distinga la ionicidad a partir de la diferencia de electronegatividad,

pero una diferencia sobre 2.0 suele ser iónica, y una diferencia menor a

1.5 suele ser covalente. En palabras más sencillas, un enlace iónico es

aquel en el que los elementos involucrados aceptan o pierden electrones

(se da entre un catión y un anión) o dicho de otra forma, es aquel en el

que un elemento más electronegativo atrae a los electrones de otro

menos electronegativo.3 El enlace iónico implica la separación

en iones positivos y negativos. Las cargas iónicas suelen estar entre -3e a

+3e.

1) Se presenta entre los elementos con gran diferencia de

electronegatividad (>1.7), es decir alejados de la tabla periódica:

entre metales y no metales. 2) Los compuestos que se forman

son solidos cristalinos con puntos de fusión elevados. 3) Se da

por TRANSFERENCIA de electrones: un átomo PIERDE y el otro

'GANA' 4) Se forman iones (cationes y aniones)

2) Enlace covalente coordinado

El enlace covalente coordinado, algunas veces referido como enlace dativo, es un

tipo de enlace covalente, en el que los electrones de enlace se originan sólo en

uno de los átomos, el donante de pares de electrones, o base de Lewis, pero son

compartidos aproximadamente por igual en la formación del enlace covalente.

Este concepto está cayendo en desuso a medida que los químicos se pliegan a la

teoría de orbitales moleculares. Algunos ejemplos de enlace covalente coordinado

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QUÍMICA CUARTO 81

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existen en nitronas y el borazano. El arreglo resultante es diferente de un enlace

iónico en que la diferencia de electronegatividad es pequeña, resultando en una

covalencia. Se suelen representar por flechas, para diferenciarlos de otros

enlaces. La flecha muestra su cabeza dirigida al receptor de electrones o ácido de

Lewis, y la cola a la base de Lewis. Este tipo de enlace se ve en el ion amonio.

Enlace de uno y tres electrones

Los enlaces con uno o tres electrones pueden encontrarse en especies radicales,

que tienen un número impar de electrones. El ejemplo más simple de un enlace de

un electrón se encuentra en el catión de hidrógeno molecular, H2+. Los enlaces de

un electrón suelen tener la mitad de energía de enlace, de un enlace de 2

electrones, y en consecuencia se les llama "medios enlaces". Sin embargo, hay

excepciones: en el caso del dilitio, el enlace es realmente más fuerte para el

Li2+ de un electrón, que para el Li2 de dos electrones. Esta excepción puede ser

explicada en términos de hibridación y efectos de capas internas.4

El ejemplo más simple de enlace de tres electrones puede encontrarse en el

catión de helio dimérico, He2+, y puede ser considerado también medio enlace

porque, en términos de orbitales moleculares, el tercer electrón está en un orbital

antienlazante que cancela la mitad del enlace formado por los otros dos

electrones. Otro ejemplo de una molécula conteniendo un enlace de tres

electrones, además de enlaces de dos electrones, es el óxido nítrico, NO. La

molécula de oxígeno, O2, también puede ser vista como si tuviera dos enlaces de

3-electrones y un enlace de 2-electrones, lo que justifica su paramagnetismo y

su orden formal de enlace de 2.5

Las moléculas con número impar de electrones suelen ser altamente reactivas.

Este tipo de enlace sólo es estable entre átomos con electronegatividades

similares.5Enlaces flexionados

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QUÍMICA CUARTO 82

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Enlace flexionado

Los [enlaces flexionados], también conocidos como enlaces banana, son enlaces

en moléculas tensionadas o impedidas estéricamente cuyos orbitales de enlaces

están forzados en una forma como de banana. Los enlaces flexionados son más

susceptibles a las reacciones que los enlaces ordinarios. El enlace flexionado es

un tipo de enlace covalente cuya disposición geométrica tiene cierta semejanza

con la forma de una banana. doble enlace entre carbonos se forma gracias al

traslape de dos orbitales híbridos sp3. Como estos orbitales no se encuentran

exactamente uno frente a otro, al hibridarse adquieren la forma de banana

Enlaces 3c-2e y 3c-4e

En el enlace de tres centros y dos electrones ("3c-2e"), tres átomos comparten dos

electrones en un enlace. Este tipo de enlace se presenta en compuestos

deficientes en electrones, como el diborano. Cada enlace de ellos (2 por molécula

en el diborano) contiene un par de electrones que conecta a los átomos de boro

entre sí, con un átomo de hidrógeno en el medio del enlace, compartiendo los

electrones con los átomos de boro.

El enlace de tres centros y cuatro electrones ("3c-4e") explica el enlace

en moléculas hipervalentes. En ciertos compuestos aglomerados, se ha postulado

la existencia de enlaces de cuatro centros y dos electrones.

En ciertos sistemas conjugados π (pi), como el benceno y otros

compuestos aromáticos, y en redes conjugadas sólidas como el grafito, los

electrones en el sistema conjugado de enlaces π están dispersos sobre tantos

centros nucleares como existan en la molécula o la red.

Enlace aromático

Aromaticidad

En muchos casos, la ubicación de los electrones no puede ser simplificada a

simples líneas (lugar para dos electrones) o puntos (un solo electrón).

En compuestos aromáticos, los enlaces que están en anillos planos de átomos,

la regla de Hückel determina si el anillo de la molécula mostrará estabilidad

adicional.

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QUÍMICA CUARTO 83

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En el benceno, el compuesto aromático prototípico, 18 electrones de enlace

mantiene unidos a 6 átomos de carbono para formar una estructura de anillo

plana. El orden de enlace entre los diferentes átomos de carbono resulta ser

idéntico en todos los casos desde el punto de vista químico, con una valor

equivalente de aproximadamente 1.5.

En el caso de los aromáticos heterocíclicos y bencenos sustituidos, las diferencias

de electronegatividad entre las diferentes partes del anillo pueden dominar sobre

el comportamiento químico de los enlaces aromáticos del anillo, y de otra forma

sería equivalente.

Enlace metálico

En un enlace metálico, los electrones de enlace están deslocalizados en una

estructura de átomos. Diferente en los compuestos iónicos, donde la ubicación de

los electrones enlazantes y sus cargas son estáticas. Debido a la deslocalización o

el libre movimiento de los electrones, se tienen las propiedades metálicas de

conductividad, ductilidad y dureza.

Enlace intermolecular

Page 84: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 84

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Fuerzas de van der Waals.

Hay cuatro tipos básicos de enlaces que se pueden formar entre dos o más

moléculas, iones o átomos que de otro modo no estarían asociados. Las fuerzas

intermoleculares originan que las moléculas se atraigan o repelan unas a otras.

Frecuentemente, esto define algunas sus características físicas (como el punto de

fusión) de una sustancia.

Dipolo permanente a dipolo permanente

Fuerza intermolecular

Una gran diferencia de electronegatividad entre dos átomos enlazados

fuertemente en una molécula ocasiona la formación de un dipolo (un par positivo-

negativo de cargas eléctricas parciales permanentes). Los dipolos se atraen o

repelen unos a otros.

Enlace de hidrógeno

Page 85: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 85

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Enlace de hidrógeno.

En alguna forma este es un ejemplo de un dipolo permanente especialmente

fuerte. Sin embargo, en el enlace de hidrógeno, el átomo de hidrógeno está más

cerca a ser compartido entre los átomos donante y el receptor, en un enlace 3-c 2-

e. Los enlaces de hidrógeno explican el punto de ebullición relativamente alto de

los líquidos como el agua, amoníaco, y fluoruro de hidrógeno, comparado con sus

contrapartes más pesadas en el mismo grupo de la tabla periódica.

Dipolo instantáneo a dipolo inducido (van der Waals)

Fuerzas de London

Los dipolos instantáneos a dipolo inducido, o fuerzas de London, son las

interacciones más débiles, pero también las más cubicas, entre todas las

sustancias químicas. Imagine el átomo de helio: en cualquier instante, la nube

electrónica alrededor del átomo (que, de otro modo sería neutral) puede estar

ligeramente desbalanceada, con momentáneamente más carga negativa en un

lado que en el otro. Esto es a lo que se refiere como un dipolo instantáneo. Este

dipolo, con su carga ligeramente desbalanceada, puede atraer o repeler a los

electrones en los átomos de helio vecinos, estableciendo otro dipolo (dipolo

inducido). Los dos átomos se estarán atrayendo por un instante, antes que la

carga se rebalancee y los átomos se muevan.

Interacción catión-pi

La interacción catión-pi se presenta entre la carga negativa localizada de los

electrones de un orbital pi, ubicados sobre y debajo del plano de un anillo

aromático, y una carga positiva.

Page 86: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 86

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Electrones en los enlaces químicos

En el límite (irrealístico) del enlace iónico puro, los electrones están perfectamente

localizados en uno de los dos átomos en el enlace. Tales enlaces pueden ser

interpretados por la física. Las fuerzas entre los átomos están caracterizadas por

potenciales electrostáticos continuos isótropos. Su magnitud es una proporción

simple a la diferencia de cargas.

Los enlaces covalentes se entiende mejor por la teoría del enlace de valencia o

la teoría del orbital molecular. Las propiedades de los átomos involucrados pueden

ser interpretadas usando conceptos tales como número de oxidación. La densidad

electrónica en el enlace no está asignada a átomos individuales, en vez de ello

está deslocalizada entre los átomos. En la teoría del enlace de valencia, los dos

electrones en los dos átomos se emparejan con una fuerza de enlace que

depende del traslape entre los orbitales. En la teoría del orbital molecular,

la combinación lineal de orbitales atómicos (CLOA) ayuda a describir las

estructuras de orbitales moleculares deslocalizados y las energías basadas en los

orbitales atómicos de los átomos de los que proviene. A diferencia de los enlaces

iónicos puros, los enlaces covalentes pueden tener propiedades de direccionalidad

(anisotropía). Estas pueden tener sus propios nombres, como sigma y pi.

En el caso general, los átomos forman enlaces que son intermedios entre iónico y

covalente, dependiendo de la electronegatividad relativa de los átomos

involucrados. Este tipo de enlace es llamado algunas veces enlace covalente

polar.

Page 87: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 87

Centro Educativo KINAL

EL ENLACE QUÍMICO

Es un dato experimental que los átomos se unen entre si. La fuerza que

mantiene unidos a los átomos se llama “enlace químico”

¿Por qué se unen? Las pistas que fueron teniendo los químicos:

Todos los átomos del mismo grupo tenian las mismas valencias y

propiedades químicas semejantes. Pronto cayeron en la cuenta que eso se

debía a que todos ellos tenian el mismo nº de e- en el ultimo nivel.

Be, Mg, Ca,... Ultimo nivel ns2/ Valencia +2

Los gases nobles prácticamente no se combinan con ningun otro

elemento. Eso nos hace pensar que su configuración es estable.

Los químicos llegaron a la conclusión de que los átomos se unen para

adquirir una configuración más estable que es la configuración de gas noble.

Na 1s22s22p63s1 Pierde con facilidad ese e- y pasa a tener la

configuración electrónica del Ne.

Decimos que el sodio pierde 1e- para estabilizarse, y su valencia es +1.

Se llaman electrones de valencia de un átomo a los electrones del

último nivel.

DIAGRAMAS DE LEWIS

Consiste en representar un átomo por medio de su símbolo rodeado

por los electrones del último nivel, que pueden ser representados con aspas,

puntos,... en vez de Configuración electrónica.....

; ;

El modelo del enlace iónico (kössel, 1916)

Los químicos trataron de explicar como y porque se producían las

uniones entre átomos. El primer modelo generalmente aceptado fue el de

kössel.

Afirmaciones, postulados:

1º Explica como se unen los átomos de un metal y de un no metal. 2º El metal pierde electrones para adquirir una Configuración electrónica

de gas noble y se convierte en CATION. El no metal adquiere electrones y forma una configuración electrónica de gas noble y se convierte en ANION.

Page 88: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 88

Centro Educativo KINAL

3º La fuerza del enlace ionico (la unión entre ellos) se debe a la fuerza de atracción entre la carga + del cation y la carga – del anion. Representa mediante diagramas de lewis el enlace ionico del cloruro sodico.

antes despues

Electrovalencia1Cl1Na

-

El modelo del enlace covalente (lewis, 1923)

Con el modelo del enlace ionico solo podíamos explicar como se

unían los metales con los no metales, pero existen muchos compuestos que

se unen los metales entre si.

Existe el cloro, sabían que era Cl2, Cl.-Cl., pero esa unión Cl.-Cl. no se podía

explicar con el modelo del enlace ionico. Entonces para explicar las uniones

entre dos no metales, lewis introdujo el modelo del enlace covalente.

1º El enlace covalente se produce entre dos no metales. 2º Los dos átomos no metálicos comparten un par de e- procedentes uno

de cada átomo. Ese par de e- se mueven alrededor de los núcleos de ambos y así adquieren la Conf. de gas noble.

En diagramas de lewis

Los dos e- comunes se mueven alrededor de los dos núcleos.

3º La fuerza del enlace covalente se debe a la fuerza de atracción

eléctrica entre las cargas + de los 2 núcleos y el par común de e-. Por medio del enlace covalente, al unirse los átomos se forman moléculas.

Covalencia: La covalencia de un átomo es igual al nº de enlaces covalentes

que forma.

La covalencia del Cl. en Cl2 (Cl.-Cl.) Cov Cl = 1

El par común de e- del enlace covalente se suele representar también por un

trazo o guión.

Page 89: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 89

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Ejemplos: el enlace covalente del H2S:

= H-S-H Covalencia1H2S

Enlaces covalentes dobles

1º Enlace simple = un par de e- compartidos.

2º Enlace doble = dos pares de e- compartidos.

3º Enlace triple = tres pares de e- compartidos. 4º

Page 90: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 90

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-- NNOOMMEENNCCLLAATTUURRAA YY FFOORRMMUULLAACCIIÓÓNN --

NOMENCLATURA: Conjunto de reglas que otorga un nombre unívoco que

diferencia cada uno de los compuestos.

FORMULACIÓN: Conjunto de reglas que otorga una fórmula a cada uno de los

compuestos.

VALENCIA: Es el número de átomos de hidrógeno que se combinan con 1 átomo

de ese elemento químico.

H2O Valencia del oxígeno 2

NH3 Valencia del nitrógeno 3

CH4 Valencia del carbono 4

Nº DE OXIDACIÓN: Es la carga que debería estar presente en un átomo de ese

elemento químico si los electrones de los enlaces

perteneciesen al elemento más electronegativo.

Page 91: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 91

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NOMENCLATURA

N. Vulgar O3: Ozono NH3: Ozono

Vocablo genérico

N. Clásica-Funcional Ácido sulfúrico (H2SO4) Vocablo específico

N. Sistemática Nombra lo que se escribe N. Stock

COMPUESTOS BINARIOS X+m Y-n Xn Ym

Si Y es oxígeno (O-2) 1. Nomenclatura Clásica-Funcional

a) Si X es un metal; Metal de transición o semimetal Nombre del metal

Óxido oso

Raíz de X +

Ico

El número de oxidación más bajo con oso el otro con ico

Na2O Na+1O-2: Óxido de Sodio

CaO Ca+2O-2: Óxido de calcio

Page 92: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 92

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FeO Fe+2O-2: Óxido Ferroso

Fe2O3 Fe+3O-2: Óxido Férrico

b) Si X es un no-metal (óxidos ácidos) hipo oso

Anhídrido +Raíz de X+

per ico

Cl+1O-2 Cl2O: Anhídrido hipocloroso

Cl+3O-2 Cl2O3: Anhídrido cloroso

Cl+5O-2 Cl2O5: Anhídrido clórico

Cl+7O-2 Cl2O7: Anhídrido perclórico

Si hay sólo 3 se quita el “per - X – ico”

Si hay 2 se quitan los prefijos

Si hay 1 se pone con “ico”

2. Nomenclatura Sistemática

X2Om Prefijo Numeral (m) OXIDO (di) nombre de X

Cl2O: Óxido de dicloro ó Monóxido de dicloro

Cl2O3: Trióxido de dicloro

Cl2O5: Pentaóxido de dicloro

Cl2O7: Heptaóxido de dicloro

3. Nomenclatura de Stock Óxido de nombre de X [Nº de oxidación de X (Nº romanos)]

Fe+3O-2 Fe2O3: Óxido de hierro (III)

Fe+2O-2 FeO: Óxido de hierro (II)

Na+1O-2 Na2O: Óxido de Sodio (I) Se puede omitir el (I)

Si Y no es Oxígeno XnYm

1. Nomenclatura Clásica-Funcional (Casos) FeCl2: Cloruro Ferroso

FeCl3: Cloruro Férrico

Page 93: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 93

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NaCl: Cloruro de Sodio

HCl: Ácido Clorhídrico

HBr: Ácido Bromhídrico Grupo 7

HI: Ácido Yodhídrico

H2O: Agua (No ácido)

H2S: Ácido Sulfhídrico Grupo 6

2. Nomenclatura Sistemática Prefijo numeral (m) raíz de Y +URO de prefijo (n) nombre de X

Fe Cl3: Tricloruro de hierro

Na2S: Sulfuro de disodio

Fe2S3: Trisulfuro de dihierro

NaCl: Cloruro de Sodio

HCl: Cloruro de Hidrógeno

3. Nomenclatura de Stock Nº Romanos Raíz de Y + URO de nombre de X (Nº de oxidación de X)

FeCl3: Cloruro de hierro (III)

Ag2S: Sulfuro de plata (I)

HCl: Cloruro de hidrógeno

Page 94: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 94

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Compuestos

Todos los compuestos deben ser eléctricamente neutros.

Sistemas

Stock, Clásico y Estequiométrico

Clásico:

Valencia mayor – ICO

Valencia menor – OSO

Y solo existe si el elemento tiene dos números de valencia.

Stock:

Se le coloca el número de valencia en números romanos encerrados entre

paréntesis.

Estequiométrico:

Se nombran según esta tabla:

# - Prefijo

1 - mono

2 - bi-di

3 - tri

4 - tetra

5 - penta

6 - exa

7- hepta

8 - octa

9 – nona

10 – deca

Page 95: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 95

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Óxidos Básicos

Se forman de la combinación de un elemento metálico con el oxígeno, si el

compuesto no existe, no se escribe en ninguno de los tres sistemas.

Anhídridos

Se forman de la combinación de un elemento no metálico con el oxígeno.

Para que sea un anhídrido debe cumplir los requisitos de congruencia. Si el

número de valencia u oxidación es un número par y está ubicado en la

columna par entonces forma un anhídrido. Si el número de valencia u

oxidación es par y está en una columna impar forma un óxido indiferente. Si

el número de valencia es impar y se ubica en una columna impar se forma

un anhídrido, si el número de valencia es impar y se ubica en una columna

par se obtiene un óxido indiferente.

En los anhídridos solamente se utiliza el sistema clásico combinando

número de valencia u oxidación.

Ejemplos:

1) S1O3 = SO3

Anhídrido sulfúrico

2) P1O2 = PO2

Óxido Indiferente

3) Cl2O7 = Cl2O7

Anhídrido perclórico

Page 96: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 96

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Hidrácidos

Se forman de la combinación del hidrógeno con un elemento no metálico.

También se les conoce como ácidos binarios, estos compuestos utilizan la

terminación: Hídrico porque son ácidos en solución acuosa (agua).

H+NM

Hidruros

Se forman de la combinación de un elemento metálico y el hidrógeno, pero

con valencia negativa. Para este tipo de compuestos si se utilizan los tres

sistemas al nombrarlos.

M+H-1

Sales Binarias

Se forman de la combinación de un elemento metálico combinado con un

elemento no metálico, el número de valencia u oxidación de un no metal se

obtiene de efectuar la diferencia entre la columna a la cual pertenece y la

regla del octeto derivada de la estructura de Lewis. Las sales binarias

también se pueden nombrar en los tres sistemas.

M+NM

Al nombrar las sales binarias siempre se utilizará la terminación “URO”

Nota: La columna IA trabaja el nombre del metal precedido de “DE” o con

terminación “ICO”. En este caso el metal es el que se toma en cuenta para el

número de valencia.

Page 97: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 97

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Ejercicio # 1 Dado la formula de

los siguientes compuestos

determine el nombre.

I SERIE

1) SmO

2) RuO4

3) SeO3

4) BeO

5) Fe2O3

6) I2O

7) MnO2

8) VO3)

9) CO2)

10)NO

11)TeO

12)CuO

13)FeO

II SERIE: Dado el nombre de los siguientes compuestos determine la

formula.

1) OXIDO RADICO

2) OXIDO COBALTOSO

3) ANHIDRIDO BROMICO

4) ANHIDRIDO FOSFORICO

5) OXIDO DE URANIO (V)

6) VOXIDO EUROPICO

7) ANHIDRIDO HIPOSULFUROSO

8) ANHIDRIDO HIPOYODICO

Page 98: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 98

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EJERCICIO # 2

I SERIE Dado la formula de los siguientes compuestos determine el

nombre.

1) MnO3

2) UO2

3) SO2

4) Cl2O3

5) BeO

6) Fe2O3

7) CO2

8) PO2

9) MoO2

10)At2O7

Hoja de Trabajo

Nombre los siguientes compuestos en los tres sistemas si es factible.

1) BeO

2) FeO

3) TeO

4) At2O7

5) HCl

6) H3P

7) Ca2C

8) SmSe

9) NaH

10)MnH7

11)Tc2O7

12)Tc2Te7

Page 99: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 99

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Dado el nombre de los siguientes compuestos escriba la fórmula.

1) ÓXIDO AURICO

2) ÓXIDO DE OSMIO (II)

3) ANHIDRIDO CARBONICO

4) ANHIDRIDO PERASTATICO

5) ÁCIDO SULFURICO

6) ÁCIDO CARBONHIDRICO

7) HIDRURO FÉRRICO

8) HIDRURO CUPROSO

9) BROMURO DE PLUTONIO (IV)

10)YODURO TITANICO

Page 100: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 100

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II SERIE

1) OXIDO PLUMBICO

2) OXIDO AUROSO

3) ANHIDRIDO CARBONOSO

4) ANHIDRIDO FOSFOROSO

5) OXIDO DE PLUTONIO (VI)

6) OXIDO DE TRACEODIMICO

7) Oxido Aurico

8) ANHIDRIDO PERCLORICO

9) OXIDO DE RUTENIO (VIII)

10) Anhídrido Fosforico

Page 101: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 101

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Page 102: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 102

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III unidad

COMPUESTOS TERNARIOS

BASES O HIDRÓXIDOS

X+m (OH)-1m X= Metal, metal de transición o semimetal

(OH)- ANIÓN Grupo hidróxido (hidroxi)

NOMENCLATURA

1. Nomenclatura Clásica de nombre X

HIDRÓXIDO oso (Nº de oxidación + bajo)

de RAIZ X

ico (Nº de oxidación + alto)

Na+1

(OH)- Na(OH) Na OH: Hidróxido de Sodio

Ca+2

(OH)- Ca (OH)2: Hidróxido de Calcio

Fe+2

(OH)- Fe (OH)2: Hidróxido ferroso

Fe+3

(OH)- Fe (OH)3: Hidróxido férrico

2. Nomenclatura Sistemática Prefijo (m) HIDRÓXIDO nombre de X

Na OH: Hidróxido de Sodio

Ca (OH)2: Dihidróxido de Calcio

Page 103: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 103

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Fe (OH)2: Dihidróxido de hierro

Fe (OH)3: Trihidróxido de hierro

3. Nomenclatura de Stock Nº Romanos HIDRÓXIDO de nombre de X (Nº de oxidación)

Na OH: Hidróxido de Sodio

Ca (OH)2: Hidróxido de Calcio (II) Se puede omitir xq. el

calcio solo tiene un nº

de oxidación

Fe (OH)2: Hidróxido de hierro (II)

Fe (OH)3: Hidróxido de hierro (III)

OXÁCIDOS (ÁCIDOS)

H+1pX

+mqO

-2r p+q·m= 2r

X es un no-metal

HNO3 H+1

N+5

O-2

3: 1+1·m= -6 -5= m·1 m= 5

H2SO4 HS+6

O-2

4: xq. 2+1·m= -8-6= m·1 m= 6

HClO4 HCl+7

O-2

4

H2Cr2O7 H2Cr+6

2O-2

7: 7· (-2)= 14 Hace falta algo que multiplicado

por 6 y sumado 2 de 14

Page 104: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 104

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NOMENCLATURA

1. Nomenclatura ClásicaFormación: Anhídrido + agua

a. Elemento (X) en un estado de oxidación (+)

Ácido Raíz de X + ico

b. Elemento (X) en 2 estados de oxidación (+)

oso (Nº de oxidación + bajo)

Ácido Raíz de X

ico (Nº de oxidación + alto)

c. Elemento (X) en 3 estados de oxidación (+)

Ácido hipo Raíz de X + oso

Ácido Raíz de X + oso

Ácido Raíz de X + ico

d. Elemento (X) en 4 estados de oxidación (+)

Ácido hipo Raíz de X + oso

Ácido Raíz de X + oso

Ácido Raíz de X + ico

Ácido per Raíz de X + ico

Cl2O Anhídrido hipocloroso + H2O H2Cl2O2 HClO:

Ácido hipocloroso

Cl2O3 Anhídrido cloroso + H2O H2Cl2O4- HClO2

Ácido cloroso

Page 105: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 105

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Cl2O5 Anhídrido clórico + H2O H2Cl2O6 HClO3

Ácido clórico

Cl2O7 Anhídrido perclórico + H2O H2Cl4O8 HClO4

Ácido perclórico

*** Se cambia el vocablo anhídrido por ácido ***

SO2 + H2O H+1

2S+4

O-2

3 H2SO3: Ácido Sulfuroso

SO3 + H2O H+1

2S+6

O-2

4 H2SO4: Ácido Sulfúrico

CO2 + H2O H2CO3: Ácido Carbónico

ÁCIDOS (OXÁCIDOS)

HClO Ácido hipocloroso La misma fórmula con:

HClO2Ácido cloroso Bromo: Br

HClO3Ácido clórico Yodo: I

HClO4Ácido perclórico

H2SO3Ácido sulfuroso

H2SO4Ácido sulfúrico

HNO2Ácido nitroso

HNO3Ácido nítrico

H3PO3Ácido fosforoso

H3PO4Ácido fosfórico

Page 106: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 106

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H2CO3Ácido carbónico

H4SiO4Ácido silícico

H2CrO4Ácido crómico

H2Cr2O7Ácido dicrómico

H2MnO4Ácido mangánico

HMnO4Ácido permangánico

Page 107: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 107

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HClO2 (ClO2)- Ion clorito

Quitamos hidrógeno

H2SO4 (SO4)-2 Ion sulfato

SALES (Catión)+mp (Anión)-n

q

HClO (ClO)-1

: Ion hipoclorito

HClO2 (ClO2)-1

: Ion clorito

HClO3 (ClO3)-1

: Ion clorato

HClO4 (ClO4)-1

: Ion perclorato

H2SO3 (SO3)-2

: Ion sulfito

H2SO4 (SO4)-2

: Ion sulfato

HNO2 (NO2)-1

: Ion nitrito

HNO3 (NO3)-1

: Ion nitrato

H3PO3 (PO3)-3

: Ion fosfito

H3PO4 (PO4)-3

: Ion fosfato

H2CO3 (CO3)-2

: Ion carbonato

H4SiO4 (SiO4)-4

: Ion silicato

Page 108: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 108

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H2CrO4 (CrO4)-2

: Ion cromato

H2Cr2O7 (Cr2O7)-2

: Ion dicromato

H2MnO4 (MnO4)-2

: Ion manganato

HMnO4 (MnO4)-1

: Ion permanganato

NOMENCLATURA DE LAS SALES

Nomenclatura Clásica oso

Nombre del Anión de nombre del Catión

ico

NaClO3Clorato de Sodio

K2SO4 Sulfato de Potasio

Fe+2

(IO4)2 Periodato ferroso

Fe2 (SO4)3: Fe+3

(SO4)-2 Sulfato férrico

Nomenclatura Clásica – Stock (Nº ROMANOS) Nombre del Anión de nombre del Catión (Nº de oxidación del

Catión)

Fe2 (SO4)3 Sulfato de Hierro (III)

Fe2 (IO4)2 Periodato de Hierro (II)

K2SO4 Sulfato de Potasio.

Page 109: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 109

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Hidróxidos (óxido básico + Agua)

Son compuestos ternarios que se forma de hidratar un Óxidos Básico con

Agua. Se pueden escribir en los 3 sistemas, siguiendo las bases de óxido

básico.

Ejemplos:

Mg (OH)2

Mg2 (OH)-1 Hidróxido de Magnesio

Mg (OH)2 Hidróxido de Monomagneso

Mg2 O2 + 2H2O Hidróxido de Magnesio (II)

Mg(OH)2

W3O2 + 3H2O

WO3 H6 Hidróxido de Monovolframio

W (O3H6) Hidróxido de Volframio (VI)

Fe2O3 + 3H2O

Fe2 O6 H6 Hidróxido Férrico

Page 110: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 110

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Fe O3 H3 Hidróxido de Monohierro

Fe (OH)6 Hidróxido de Hierro (III)

Tc2O7 + H2O

Tc2O7 + 7(H2O) Hidróxido de Tecnicico

Tc2O14 H14 Hidróxido de Monotecnicio

Tc O7 H7 Hidróxido de Tecnicio (VII)

Tc(OH)7

Oxácidos (Anhídrido + Agua)

Son compuestos ternarios que se forman de la hidratación de Anhídridos,

siguen la misma regla que se utiliza en los Anhídridos.

Page 111: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 111

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Ejemplos:

Cl7O2 + H2O

Cl2O7 + H2O Acido Perclórico

H2 Cl2 O8

H Cl O4

P5 O

2 + H2O

P2 O5 + 3(H2O) Acido Fosfórico

H6 P2 O8

H3P O4

C4O2 + H2O

C O2 + H2O Acido Carbónico

C O3 H2

H2CO3

S2O2 + H2O

S O + H2O Acido Hiposulfuroso

SO2H2

H2SO2

Page 112: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 112

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Oxisales M+ (Ión Poliatómico)

Son compuestos Ternarios que se forma de un metal combinado con un ion

poliatómico que es un derivado de un oxácido, el oxácido es derivado de un

anhídrido + H2O. El ion poliatómico por su congruencia con los anhídridos

sirve de base para nombrar los iones poliatómicos y la sustitución es la

terminación oso por “ito” e ico por “ato”.

Oxisal ----- Oxácido----- Anhídrido (NM+O)

Ejemplos:

Clorato de Potasio

Cl2 O5 + H2O Clorato de Potasio

Cl2 O6 H2 Ión Poliatómico Monoclorato de monopotasio

H Cl O3 Clorato de Potasio (I)

K+ (Ión Poliatómico)

K (ClO3)

Page 113: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 113

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Carbonato de Sodio Decahidratado

C4 O2 + H2O

C O2 + H2O Carbonato de Sodio

Decahidratado

C O3 H2 Ión Poliatómico Carbonato de Bisodio

Decahidratado

H2 C O3 Carbonato de Sodio (I)

Na + (CO3) 2

Na2CO3 X 10 H2O

Masa molecular

La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces mayor es la

masa de una molécula de una sustancia con respecto a la unidad de masa

molecular, aunque son cosas distintas. La fórmula para calcular es: masa

molecular = masa atómica de A * nº de átomos de A + masa atómica de B * nº de

átomos de B,... hasta que no queden más átomos diferentes.

La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los elementos que

componen la molécula. Así, en el caso de la masa molecular del agua (H2O), su

masa molecular sería: masa atómica de H (1.00797u) * nº de átomos de H (2) +

masa atómica de O (15.9994u) * nº de átomos de O (1) -->

2x1.00797u+15.9994u=18.01534u

La masa molecular, al igual que la masa atómica, es expresada en unidades de

masa atómica: Umas (u)

Page 114: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 114

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Fórmula química

(Redirigido desde Composición química)

Diferentes fórmulas del peróxido de hidrógeno: empírica molecular y

semidesarrollada.

La fórmula química es la representación de los elementos que forman

un compuesto y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que

forman una molécula. También puede darnos información adicional como la

manera en que se unen dichos átomos mediante enlaces químicos e incluso su

distribución en el espacio. Para nombrarlas, se emplean las reglas de

la nomenclatura química . Existen varios tipos de fórmulas químicas:1

Fórmula empírica

Fórmula empírica

La fórmula empírica indica el tipo de átomos presentes en un compuesto y la

relación entre el número de átomos de cada clase. Siempre indica las

proporciones enteras más pequeñas entre los átomos de cada clase.2 En

compuestos covalentes, se obtiene simplificando los subíndices de la fórmula, si

ello es posible, dividiéndolos por un factor común. Así la fórmula empírica de

la glucosa es CH2O, lo cual indica que por cada átomo de C, hay dos átomos

de H y un átomo de O. Los subíndices siempre son números enteros y si es igual

a 1, no se escribe.

Page 115: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 115

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Red iónica del hidruro de magnesio.

En compuestos iónicos la fórmula empírica es la única que podemos conocer, e

indica la proporción entre el número de iones de cada clase en la red iónica. En el

hidruro de magnesio, hay dos iones hidruro (bolas blancas, en el diagrama) por

cada ion magnesio (bolas verdes), luego su fórmula empírica es MgH2.

En compuestos no-estequiométricos, como ciertos minerales, los subíndices pueden ser

números decimales. Así, el óxido de hierro (II) tiene una fórmula empírica que varía entre

Fe0,84O y Fe0,95O,lo que indica la presencia de huecos, impurezas y defectos en la red.

Fórmula molecular

La fórmula molecular, indica el tipo de átomos presentes en un compuesto molecular, y el

número de átomos de cada clase. Sólo tiene sentido hablar de fórmula molecular en

compuestos covalentes. Así la fórmula molecular de la glucosa es C6H12O6, lo cual indica

que cada molécula está formada por 6 átomos de C, 12 átomos de H y 6 átomos de O,

unidos siempre de una determinada manera.

Fórmula semidesarrollada

La fórmula semidesarrollada es similar a la anterior pero indicando los enlaces

entre los diferentes grupos de átomos para resaltar, sobre todo, los grupos

funcionales que aparecen en la molécula. Es muy usada en química orgánica,

donde se puede visualizar fácilmente la estructura de la cadena carbonada y los

diferentes sustituyentes. Así, la glucosa tendría la siguiente fórmula

semidesarrollada:

Page 116: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 116

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CH2OH − CHOH − CHOH − CHOH − CHOH − CHO

Fórmulas desarrolladas de la D-glucosa y el D-glucopiranósido.3

Fórmula desarrollada

La fórmula desarrollada es más compleja que la fórmula semidesarrollada. Indica

todos los enlaces representados sobre un plano cartesiano, que permite observar ciertos

detalles de la estructura que resultan de gran interés.

Fórmula estructural

La fórmula estructural es similar a las anteriores pero señalando la geometría

espacial de la molécula mediante la indicación de distancias, ángulos o el empleo

de perspectivas en diagramas bi- o tridimensionales.4

Page 117: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 117

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Fórmulas de Lewis de algunas especies químicas.

Fórmula de Lewis

La fórmula de Lewis, diagramas de Lewis o estructura de Lewis de una molécula

indica el número total de átomos de esa molécula con sus respectivos electrones

de valencia (representados por puntos entre los átomos enlazados o por una rayita

por cada par de electrones).5 No es recomendable para estructuras muy

complejas.

En un diagrama 2D, se aprecia la orientación de los enlaces usando símbolos

especiales. Una línea continua representa un enlace en el plano; si el enlace está

por detrás, se representa mediante una línea de puntos; si el enlace está por

delante, se indica con un símbolo en forma de cuña triangular. A veces se

emplean otro tipo de convenios o proyecciones para grupos de compuestos

específicos (proyección de Newman, diagramas de Tollens, etc.). En los

diagramas adjuntos, se observan algunos de estas fórmulas estructurales.

Page 118: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 118

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α-D-glucosamina.

También hay diagramas 3D como la estructura o fórmula de esqueleto (o de líneas

y ángulos).

A veces, se prefiere el uso de modelos moleculares en 3D, como:

Modelo de esqueleto, de armazón: no se dibujan los átomos de C e H.

Modelo de bolas y barras, o de bolas y varillas.

Modelo de bolas, compacto o espacial sólido.

Modelos poliédricos: los átomos se representan por tetraedros,

octaedros... que se unen por sus vértices y permiten ciertos giros o

torsiones.

Son numerosas las aplicaciones informáticas para crear estructuras (ChemDraw),

y visualizarlas (Jmol). Permiten dibujar, rotar estas estructuras y observarlas

desde distinto puntos de vista.

mol

Para otros usos de este término.

Mol

Estándar: Unidades básicas del Sistema

Internacional

Magnitud: Cantidad de sustancia

Símbolo: Mol

Expresada

en:

1 mol =

Cantidad: 6,022 141 79 (30) × 1023

El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una

de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de

Unidades.

Page 119: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 119

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Dada cualquier sustancia (elemento químico, compuesto o material) y

considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen,

se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas

entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en

12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere con cantidad

de sustancia y su interpretación es motivo de debates,1 aunque normalmente se

da por hecho que se refiere al número de entidades, como parece confirmar la

propuesta de que a partir del 2011 la definición se base directamente en el número

de Avogadro (de modo similar a como se define el metro a partir de la velocidad

de la luz).2

El número de unidades elementales –

átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otras partículas o grupos

específicos de éstas– existentes en un mol de sustancia es, por definición, una

constante que no depende del material ni del tipo de partícula considerado. Esta

cantidad es llamada número de Avogadro (NA)3 y equivale a:

3

Historia

Dado el tamaño extremadamente pequeño de las unidades fundamentales, y su

número inmensamente grande, es imposible contar individualmente las partículas

de una muestra. Esto llevó a desarrollar métodos para determinar estas

cantidades de manera rápida y sencilla.

Si tuviésemos que crear una unidad de cantidad de sustancia hoy en día,

seguramente se utilizaría la "Tera-partícula" (1012 partículas) o algo similar. Sin

embargo, dado que el mol se ha definido hace ya tiempo y en otro contexto de

investigación, se han utilizado diferentes métodos. El primer acercamiento fue el

Page 120: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 120

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de Joseph Loschmidt, intentando contabilizar el número de moléculas en un

centímetro cúbico de sustancias gaseosas bajo condiciones normales de presión y

temperatura.

Los químicos del siglo XIX usaron como referencia un método basado en el peso y

decidieron utilizar unos patrones de masa que contuviesen el mismo número de

átomos o moléculas. Como en las experiencias de laboratorio se utilizan

generalmente cantidades del orden del gramo, definieron los términos átomo-

gramo, molécula-gramo, fórmula-gramo, etc. Actualmente estos términos no se

usan y han sido sustituidos por el mol.

Más adelante el mol queda determinado como el número de moléculas

H2 existentes en dos gramos de hidrógeno, lo que da el peculiar número de

6,022 141 79 (30) × 1023 al que se conoce como número de Avogadro.

Además hay que tener claro que esta fórmula se usa sólo cuando nos pidan

calcular cierta cantidad de algo que compone un elemento.

Aclaraciones

Dado que un mol de moléculas H2 equivale a 2 gramos de hidrógeno, un mol de

átomos H será entonces un gramo de este elemento. O sea que en un gramo de

hidrógeno hay 6,02214179 (30) × 1023 átomos.

Para evitar ambigüedades, en el caso de sustancias macroelementales conviene

por lo tanto indicar, cuando sea necesario, si se trata de átomos o de moléculas.

Por ejemplo: "un mol de moléculas de nitrógeno" (N2) equivale a 28 g de nitrógeno.

O, en general, especificar el tipo de partículas o unidades elementales a que se

refiere.

El mol se puede aplicar a las partículas, incluyendo los fotones, cuya masa es

nula. En este caso, no cabe establecer comparaciones basadas en la masa.

En los compuestos iónicos también puede utilizarse el concepto de mol, aun

cuando no están formados por moléculas discretas. En ese caso el mol equivale al

término fórmula-gramo. Por ejemplo: 1 mol de NaCl (58,5 g) contiene NA iones

Na+ y NA iones Cl–, donde NA es el número de Avogadro.

Por ejemplo para el caso de la molécula de agua

Se sabe que en una molécula de H2O hay 2 átomos de hidrógeno y un

átomo de oxígeno.

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QUÍMICA CUARTO 121

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Se puede calcular su Mr(H2O) = 2 × Ar(H) + Ar(O) = 2 × 1 + 16 = 18, o

sea Mr(H2O) = 18 uma.

Se calcula la masa molecular absoluta = 18 × 1,66 × 10-24g = 2,99 × 10-

23g.

Se conoce su masa molar = M(H2O) = 18 g/mol (1 mol de H2O contiene

18 g, formados por 2 g de H y 16 g de O).

En un mol de agua hay 6,02214179 (30) × 1023 moléculas de H2O, a la

vez que:

En un mol de agua hay 2 × 6,02214179 (30) × 1023 átomos de H (o sea 2

moles de átomos de hidrógeno) y 6,02214179 (30) × 1023 átomos de O (o

sea 1 mol de átomos de oxígeno).

Equivalencias

1 mol es equivalente a 6,02214179 (30) × 1023 unidades elementales.

La masa de un mol de sustancia, llamada masa molar, es equivalente a

la masa atómica o molecular (según se haya considerado un mol de

átomos o de moléculas) expresada en gramos.

1 mol de gas ideal ocupa un volumen de 22,4 L a 0 °C de temperatura y

1 atm de presión; y de 22,7 L si la presión es de 1 bar (0,9869 atm).

El número n de moles de átomos (o de moléculas si se trata de un

compuesto) presentes en una cantidad de sustancia de masa m, es:

Donde M es la masa atómica (o molecular, si se trata de un compuesto).

LA MATERIA EN LAS REACCIONES

Las reacciones químicas son procesos de cambio de unas sustancias en otras.

De acuerdo con la teoría atómica de la materia se explican como el resultado de

un reagrupamiento de átomos para dar nuevas moléculas. Las sustancias que

participan en una reacción química y las proporciones en que lo hacen, quedan

expresadas en la ecuación química correspondiente, que sirve de base para la

realización de diferentes tipos de cálculos químicos.

Page 122: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 122

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La naturaleza es dinámica. Tanto la materia viva como la inerte sufren

continuamente procesos de transformación, de los cuales los más

importantes son los que afectan a su constitución. La formación de las

rocas, la erosión química de las aguas, el nacimiento de una planta o la

respiración de un mamífero son procesos observables que suponen

cambios de unas sustancias en otras. Todos ellos, más allá de sus

diferencias, tienen algo en común: implican transformaciones a escala

molecular, que son las responsables de los cambios materiales

observables a simple vista.

LAS REACCIONES QUÍMICAS

Conceptos fundamentales

Una molécula de una determinada sustancia pura constituye el

representante elemental de dicha sustancia, es decir, la cantidad más

pequeña de ella que posee todas sus propiedades químicas. Cuando una

sustancia dada, bajo ciertas condiciones, se transforma en otra u otras

con diferentes propiedades, se ha de pensar que algo ha ocurrido a nivel

molecular.

De forma espontánea unas veces y provocada otras, los átomos, que en

número y proporciones fijas forman unas moléculas determinadas, pueden

desligarse unos de otros por rotura de sus enlaces y reunirse nuevamente

de diferente manera, dando lugar, por tanto, a nuevas moléculas. El efecto

conjunto de estas transformaciones moleculares se traducirá en un

cambio observable de sustancia o cambio químico. Dicho proceso de

transformación recibe el nombre de reacción química. Con frecuencia,

sustancias formadas por iones participan en las reacciones químicas. En

tales casos, las moléculas de la descripción anterior deben ser

consideradas realmente como agregados iónicos.

Page 123: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 123

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En las reacciones químicas las sustancias iniciales se denominan

reactivos y las finales productos; el proceso de transformación se

representa mediante las llamadas ecuaciones químicas de la forma:

Tanto los reactivos como los productos se escriben mediante sus

fórmulas correspondientes. La flecha indica el sentido de la

transformación. Si es posible conviene indicar en la ecuación química el

estado físico de reactivos y productos, el cual se suele expresar mediante

las siguientes abreviaturas situadas a continuación de la fórmula química:

(s) sólido, (l) líquido, (g) gas, (aq) solución acuosa

Cada uno de los símbolos químicos que aparecen en la ecuación no sólo

constituye la abreviatura del nombre del elemento correspondiente, sino

que además representa un átomo de dicho elemento. Análogamente

sucede con la fórmula de un compuesto, la cual designa a dicho

compuesto y muestra los átomos (o los iones) que componen su molécula

(o su agregado iónico elemental) así como la relación numérica entre ellos.

Esta forma simbólica de escribir las reacciones químicas constituye, por

tanto, la descripción de las transformaciones a nivel molecular que

aquéllas implican. La representación visual de tales procesos puede

efectuarse recurriendo a modelos o construcciones mediante esferas que

reproducen la estructura aproximada de la molécula o del agregado iónico

en cuestión. En este tipo de modelos, cada esfera, con su correspondiente

color, representa un átomo o un ion y el conjunto describe la forma

exterior de la molécula o del agregado iónico.

Page 124: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 124

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Tipos de reacciones químicas

El reagrupamiento que experimentan los átomos de los reactivos en una

transformación química puede ser de diferentes tipos. He aquí algunos de

ellos:

a) Reacciones de síntesis. Se caracterizan porque los productos son

sustancias más complejas, desde un punto de vista químico, que los

reactivos. La formación de un compuesto a partir de sus elementos

correspondientes es el tipo de reacción de síntesis más sencilla. Así, el

cobre, a suficiente temperatura, se combina con el azufre para formar

sulfuro de cobre (I) según la reacción:

b) Reacciones de descomposición. Al contrario que en las reacciones de

síntesis, los productos son en este caso sustancias más sencillas que los

reactivos. Así, cuando el carbonato de cobre se calienta fuertemente se

descompone según la reacción:

c) Reacciones de desplazamiento. Tienen lugar cuando siendo uno de los

reactivos una sustancia simple o elemento, actúa sobre un compuesto

desplazando a uno de sus elementos y ocupando el lugar de éste en la

correspondiente molécula. Así las reacciones de ataque de los metales por

los ácidos llevan consigo la sustitución del hidrógeno del ácido por el

metal correspondiente. Tal es el caso de la acción del ácido clorhídrico

sobre limaduras de hierro que tiene lugar en la forma:

Page 125: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 125

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d) Reacciones de doble descomposición. Se producen entre dos

compuestos y equivalen a un intercambio o sustitución mutua de

elementos que da lugar a dos nuevas sustancias químicamente análogas a

las primeras. Así el sodio desplaza a la plata en el nitrato de plata, pero es

a su vez desplazado por aquélla en el cloruro de sodio:

APLICACIÓN: CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS (II)

Cuando se vierte ácido clorhídrico sobre limaduras de cinc, se produce la

siguiente reacción con desprendimiento de hidrógeno gaseoso:

Determinar qué volumen de hidrógeno, medido en condiciones normales, se

recogerá cuando son atacados 30 g de Zn. ¿Cuántas moléculas de

hidrógeno estarán contenidas en dicho volumen?

Para ajustar la reacción bastará en este caso multiplicar por 2 el HCI:

Page 126: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 126

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De ella se deduce que por cada mol de átomos de Zn se producirá un mol de

moléculas de H2, pues la relación entre sus respectivos coeficientes es de

1:1. Pero un mol de átomos de Zn tiene una masa igual a un átomo-gramo de

dicho metal, esto es, a 65,4 g. Asimismo, un mol de H2 ocupa 22,4 I en

condiciones normales, luego estableciendo la siguiente relación de

proporcionalidad:

Resulta:

Recordando ahora que un mol de cualquier sustancia contiene 6,02 · 1023

moléculas, la segunda parte del problema se resuelve recurriendo ahora a la

proporcionalidad entre volumen y número de moles:

Page 127: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 127

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ECUACIONES QUÍMICAS

El balance de materia en las reacciones químicas

Partiendo de la ley de conservación de la masa y de su relación con la

teoría atómica de la materia permiten enfocar el estudio de las reacciones

químicas como si se tratara de un balance entre átomos de una misma

especie.

Para que dicho balance cuadre, se han de introducir, con frecuencia,

algunos coeficientes numéricos que permiten igualar el número de átomos

de cada elemento a uno y otro lado de la flecha. Cuando esto se consigue

se dice que la reacción química está ajustada, lo que significa que puede

ser considerada, en sentido estricto, como una igualdad o ecuación

química.

Dado que las masas de los diferentes átomos son conocidas, las

ecuaciones ajustadas se convierten, en primer término, en relaciones entre

las masas de sustancias que intervienen en la reacción. Ello hace posible

la realización de cálculos químicos precisos sobre la base que

proporcionan las ecuaciones químicas ajustadas, sus símbolos y sus

coeficientes numéricos. Así, la reacción de descomposición del óxido de

cobre (II) una vez ajustada es:

Page 128: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 128

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e indica que por cada dos moléculas de óxido de cobre (II) se forman dos

átomos de cobre y una molécula de oxígeno. Tratando dicha ecuación

química como si de una ecuación matemática se tratara, es posible

multiplicar ambos miembros por un mismo número N sin que se altere la

igualdad, es decir:

Si N representa el número de Avogadro NA o número de partículas que

componen un mol, entonces la ecuación anterior puede interpretarse en

términos de moles; dos moles de CuO se descomponen en dos moles de

Cu y un mol de O2. Por tanto los coeficientes de una ecuación química

ajustada representan también la proporción en número de moles, de

reactivos y productos que participan en la reacción.

Cuando las sustancias son gaseosas, de acuerdo con la hipótesis de

Avogadro, cada mol equivale a un volumen de sustancia de 22,4 litros

medidos en condiciones normales de presión y temperatura. Ello significa

que, junto con cálculos de masas, es posible efectuar cálculos de

volúmenes en aquellos casos en que intervengan sustancias gaseosas.

El ajuste de las ecuaciones químicas

El conocimiento de cuestiones tales como qué productos cabe esperar a

partir de unos reactivos determinados, qué reactivos darán lugar a ciertos

productos o incluso si una reacción dada es o no posible, son cuestiones

que se aprenden con la práctica. Sin embargo, conocidos los reactivos y

los productos, el ajuste de la reacción correspondiente constituye una

mera consecuencia de la ley de Lavoisier de conservación de la masa.

Además ésta es una operación previa a la realización de muchos de los

problemas de química básica.

Page 129: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 129

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Uno de los procedimientos habituales empleados para ajustar una

reacción química puede describirse en los siguientes términos:

1. Se escribe la reacción química en la forma habitual:

2. Se cuenta el número de átomos de cada elemento en uno y otro

miembro de la ecuación. Si son iguales para cada uno de los elementos

presentes, la ecuación está ajustada.

3. Si no es así, será preciso multiplicar las fórmulas de los reactivos y

productos por ciertos coeficientes tales que produzcan la igualdad

numérica deseada. La búsqueda de este conjunto de coeficientes puede

hacerse mediante tanteos. No obstante, este procedimiento de ensayo y

error no siempre es efectivo y puede ser sustituido por otro más

sistemático, que equivale a plantear un sistema de ecuaciones con dichos

coeficientes como incógnitas.

Tomando como ejemplo de referencia la reacción de combustión del

propano:

Pasos a seguir:

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QUÍMICA CUARTO 130

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a) Se fijan unos coeficientes genéricos a, b, c, d:

b) Se impone la ley de conservación de la masa a nivel atómico, para lo

cual se iguala, para cada elemento diferente, el producto de su subíndice

por su coeficiente, en ambos miembros de la ecuación química:

Para el C 3a = c

Para el H 8a = 2d

Para el O 2b = 2c + d

c) Se resuelve el sistema. Si, como en el ejemplo, el número de

coeficientes es superior en una unidad al de elementos, entonces se iguala

cualquiera de ellos a uno. Si una vez resuelto el sistema, los coeficientes

resultantes fueran fraccionarios, se convierten en enteros multiplicando

todos ellos por su mínimo común denominador:

a = 1 b = 5 c = 3 d = 4

d) Se sustituyen los valores en la ecuación de partida y se comprueba que

el ajuste es correcto mediante el correspondiente recuento de átomos de

cada elemento en uno y otro miembro de la ecuación química:

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QUÍMICA CUARTO 131

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Estequiometría

En química, la estequiometría es el cálculo entre relaciones cuantitativas entre

los reactantes y productos en el transcurso de una reacción química.1 2 Estas

relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente

se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según

distintas leyes y principios.

El primero que enunció los principios de la estequiometría fue Jeremías Benjamín

Richter (1762-1807), en 1792, quien describió la estequiometría de la siguiente

manera:

«La estequiometría es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o

relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados (en una

reacción química)».

Una reacción química se produce cuando hay una modificación en la identidad

química de las sustancias intervinientes; esto significa que no es posible identificar

a las mismas sustancias antes y después de producirse la reacción química,

los reactivos se consumen para dar lugar a los productos.

A escala microscópica una reacción química se produce por la colisión de las

partículas que intervienen ya sean moléculas, átomos o iones, aunque puede

producirse también por el choque de algunos átomos o moléculas con otros tipos

de partículas, tales como electrones o fotónes. Este choque provoca que las

uniones que existían previamente entre los átomos se rompan y se facilite que se

formen nuevas uniones. Es decir que, a escala atómica, es un reordenamiento de

los enlaces entre los átomos que intervienen. Este reordenamiento se produce por

desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, sin

embargo los átomos implicados no desaparecen, ni se crean nuevos átomos. Esto

es lo que se conoce como ley de conservación de la masa, e implica los dos

principios siguientes:

Page 132: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 132

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El número total de átomos antes y después de la reacción química no

cambia.

El número de átomos de cada tipo es igual antes y después de la

reacción.

En el transcurso de las reacciones químicas las partículas subatómicas tampoco

desaparecen, el número total de protones, neutrones y electrones permanece

constante. Y como los protones tienen carga positiva y los electrones tienen carga

negativa, la suma total de cargas no se modifica. Esto es especialmente

importante tenerlo en cuenta para el caso de los electrones, ya que es posible que

durante el transcurso de una reacción química salten de un átomo a otro o de una

molécula a otra, pero el número total de electrones permanece constante. Esto

que es una consecuencia natural de la ley de conservación de la masa se

denomina ley de conservación de la carga e implica que:

La suma total de cargas antes y después de la reacción química

permanece constante.

Las relaciones entre las cantidades de reactivos consumidos y productos formados

dependen directamente de estas leyes de conservación, y por lo tanto pueden ser

determinadas por una ecuación (igualdad matemática) que las describa. A esta igualdad

se le llama ecuación estequiométrica.

Ecuaciones químicas

Una ecuación química es una representación escrita de una reacción química. Se

basa en el uso de símbolos químicos que identifican a los átomos que intervienen

y como se encuentran agrupados antes y después de la reacción. Cada grupo de

átomos se encuentra separado por símbolos (+) y representa a las moléculas que

participan, cuenta además con una serie de números que indican la cantidad de

átomos de cada tipo que las forman y la cantidad de moléculas que intervienen, y

con una flecha que indica la situación inicial y la final de la reacción. Así por

ejemplo en la reacción:

Page 133: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 133

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Tenemos los grupos de átomos (moléculas) siguientes:

O2

H2

H2O

El subíndice indica la atomicidad, es decir la cantidad de átomos que forma cada

agrupación de átomos (molécula). Así el primer grupo, representa a una molécula

que está formada por 2 átomos de oxígeno, el segundo a una molécula formada

por 2 átomos de hidrógeno, y el tercero representa a un grupo de dos átomos de

hidrógeno y uno de oxígeno, es decir a la molécula agua.

Los números que van por delante, se llaman coeficientes e indican molecularidad,

es decir la cantidad de cada tipo de moléculas que interviene. Así por ejemplo la

expresión:

O2

Debe leerse como 1(O2) es decir, un grupo de moléculas de oxígeno. Y la

expresión:

2H2O

Debe leerse como 2(H2O), es decir dos grupos o moléculas, cada uno de los

cuales se encuentra formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Finalmente vemos que H2 y O2 se encuentran en la situación "antes de", es decir

del lado de los reactivos y H2O se encuentra en la situación de "después de", es

decir del lado de los productos. La ecuación completa debería leerse así:

«Una molécula de oxígeno diatómico (O2) reacciona químicamente con dos

moléculas de Hidrógeno diatómico (2H2) para formar dos moléculas de agua

(2H2O)»

Balance de materia

Se dice que una ecuación química se encuentra ajustada, equilibrada o

balanceada cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cual la

cantidad de átomos de cada elemento debe ser igual del lado de los reactivos

(antes de la flecha) y en lado de los productos de la reacción (después de la

flecha).

Page 134: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 134

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Para balancear una ecuación, se deben ajustar los coeficientes, y no los

subíndices. Esto es así porque cada tipo de molécula tiene siempre la misma

composición, es decir se encuentra siempre formada por la misma cantidad de

átomos, si modificamos los subíndices estamos nombrando a sustancias

diferentes:

H2O es agua común y corriente, pero H2O2 es peróxido de hidrógeno una

sustancia química totalmente diferente. Al modificar los coeficientes sólo estamos

diciendo que ponemos más o menos de tal o cual sustancia.

Por ejemplo, en la reacción de combustión de metano (CH4), éste se combina

con oxígeno molecular(O2) del aire para formar dióxido de carbono (CO2) y agua.

(H2O). La reacción sin ajustar será:

En esta ecuación, las incógnitas son a, b, c y d, que son los

denominados coeficientes estequiométricos. Para calcularlos, debe tenerse en

cuenta la ley de conservación de la materia, por lo que la suma de los átomos de

cada elemento debe ser igual en los reactivos y en los productos de la reacción.

Existen tres métodos principales para balancear una ecuación estequiométrica,

que son, el método de tanteo, el método algebraico y el método de ion-electrón

para ecuaciones de tipo redox.

Método por tanteo

El método de tanteo se basa simplemente en modificar los coeficientes de uno y

otro lado de la ecuación hasta que se cumplan las condiciones de balance de

masa. No es un método rígido, aunque tiene una serie de delineamientos

principales que pueden facilitar el encontrar rápidamente la condición de igualdad.

Se comienza igualando el elemento que participa con mayor estado de

oxidación en valor absoluto.

Se continúa ordenadamente por los elementos que participan con

menor estado de oxidación.

Si la ecuación contiene oxígeno, conviene balancear el oxígeno en

segunda instancia.

Si la ecuación contiene hidrógeno, conviene balancear el hidrógeno en

última instancia.

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QUÍMICA CUARTO 135

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En el ejemplo, se puede observar que el elemento que participa con un estado de

oxidación de mayor valor absoluto es el carbono que actúa con estado de

oxidación (+4), mientras el oxígeno lo hace con estado de oxidación (-2) y

el hidrógeno con (+1).

Comenzando con el carbono, se iguala de la forma más sencilla posible, es decir

con coeficiente 1 a cada lado de la ecuación, y de ser necesario luego se corrige.

Se continúa igualando el oxígeno, se puede observar que a la derecha de la

ecuación, así como está planteada, hay 3 átomos de oxígeno, mientras que a la

izquierda hay una molécula que contiene dos átomos de oxigeno. Como no se

deben tocar los subíndices para ajustar una ecuación, simplemente añadimos

media molécula más de oxígeno a la izquierda:

O lo que es lo mismo:

Luego se iguala el hidrógeno. A la izquierda de la ecuación hay dos átomos de

hidrógeno, mientras que a la derecha hay cuatro. Se añade un coeficiente 2 frente

a la molécula de agua para balancear el hidrógeno:

El hidrógeno queda balanceado, sin embargo ahora se puede observar que a la

izquierda de la ecuación hay 3 átomos de oxígeno (3/2 de molécula) mientras que

a la derecha hay 4 átomos de oxígeno (2 en el óxido de carbono (II) y 2 en las

moléculas de agua). Se balancea nuevamente el oxígeno agregando un átomo

más (1/2 molécula más) a la izquierda:

O lo que es lo mismo:

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QUÍMICA CUARTO 136

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Ahora la ecuación queda perfectamente balanceada. El método de tanteo es útil

para balancear rápidamente ecuaciones sencillas, sin embargo se torna

sumamente engorroso para balancear ecuaciones en las cuales hay más de tres o

cuatro elementos que cambian sus estados de oxidación. En esos casos resulta

más sencillo aplicar otros métodos de balanceo.

Método algebraico

El método algebraico se basa en el planteamiento de un sistema de ecuaciones en

la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo

luego a despejar estas incógnitas. Es posible sin embargo que muchas veces

queden planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones,

en esos casos la solución se halla igualando a cualquiera de los coeficientes a 1 y

luego despejando el resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los

coeficientes por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible

entre coeficientes enteros.

En el ejemplo:

Para el elemento hidrógeno (H) hay 4·a átomos en los reactivos y 2·d átomos

en los productos. De esta manera se puede plantear una condición de

igualdad para el hidrógeno:

Hidrógeno: 4·a = 2·d

Y procediendo de la misma forma para el resto de los elementos

participantes se obtiene un sistema de ecuaciones:

Hidrógeno: 4·a = 2·d

Oxígeno: 2·b = 2·c + d

Carbono: a = c

Con lo que tenemos un sistema lineal de tres ecuaciones con cuatro incógnitas

homogéneo:

Page 137: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 137

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Al ser un sistema homogéneo tenemos la solución trivial:

Pero podemos buscar una solución mejor, la primera ecuación la podemos

simplificar dividiéndola por dos:

Si, la tercera ecuación, la cambiamos de signo, la multiplicamos por dos y le

sumamos la primera tendremos:

Pasando d al segundo miembro, tenemos:

Con lo que tenemos el sistema resuelto en función de d:

Se trata en encontrar el menor valor de d que garantice que todos los coeficientes

sean números enteros, en este caso haciendo d= 2, tendremos:

Page 138: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 138

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Sustituyendo los coeficientes estequimétricos en la ecuación de la reacción, se

obtiene la ecuación ajustada de la reacción:

Ésta dice que 1 molécula de metano reacciona con 2 moléculas de oxígeno para

dar 1 molécula de dióxido de carbono y 2 moléculas de agua.

Al fijar arbitrariamente un coeficiente e ir deduciendo los demás pueden obtenerse

valores racionales no enteros. En este caso, se multiplican todos los coeficientes

por el mínimo común múltiplo de los denominadores. En reacciones más

complejas, como es el caso de las reacciones redox, se emplea el método del ion-

electrón.

Coeficiente estequiométrico

Es el coeficiente de una especie química que le corresponde en una ecuación

química dada. En el ejemplo anterior:

El coeficiente del metano es 1, el del oxígeno 2, el del dióxido de carbono 1 y el

del agua 2. Los coeficientes estequiométricos son en principio números enteros,

aunque para ajustar ciertas reacciones alguna vez se emplean números

fraccionarios. Es el número de moles de cada sustancia.

Cuando el coeficiente estequiométrico es igual a 1, no se escribe. Por eso, en el

ejemplo CH4 y CO2 no llevan ningún coeficiente delante.

Mezcla, proporciones y condiciones estequiométricas

Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus

coeficientes estequiométricos se dice:

La mezcla es estequiométrica;

Los reactivos están en proporciones estequiométricas;

La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;

Las tres expresiones tienen el mismo significado.

En estas condiciones, si la reacción es completa, todos los reactivos se

consumirán dando las cantidades estequiométricas de productos

correspondientes.

Page 139: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 139

Centro Educativo KINAL

Si no en esta forma, existirá el reactivo limitante que es el que está en menor

proporción y que con base en él se trabajan todos los cálculos.

Ejemplo

¿Qué cantidad de oxígeno es necesaria para reaccionar con 100

gramos de carbono produciendo dióxido de carbono?

Masa atómica del oxígeno = 15,9994.

Masa atómica del carbono = 12,0107.

La reacción es:

Para formar una molécula de dióxido de carbono,

hacen falta un átomo de carbono y dos de oxígeno,

o lo que es lo mismo, un mol de carbono y dos mol

de oxígeno.

Despejando x:

Realizadas las operaciones:

Cálculos estequiométricos

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que

hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas

relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las

fórmulas y por los coeficientes. Este tipo de cálculos es muy importante y se

utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las

sustancias químicas en la industria. Los cálculos estequiométricos requieren una

unidad química que relacione las masas de los reactantes con las masas de los

productos. Esta unidad química es el mol.

Page 140: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 140

Centro Educativo KINAL

Balanceo de Ecuaciones Químicas

Para la estructura y escritura de las ecuaciones químicas se debe conocer

los reactivos y los productos de un cambio químico a través de una

ecuación química balanceada que no es otra cosa que un planteamiento

simbólico para mostrar en un planteamiento simbólico para mostrar en

forma cualitativa (calidad) y cuantitativa (cantidad) lo que está sucediendo

una reacción química. Para escribir ecuaciones químicas se debe seguir

algunos pasos sugeridos.

Determinar la correcta identidad de los reactivos y productos.

Encontrar las formulas moleculares, correcta de todas las

substancias. Escribir las formulas moleculares de los reactivos y

separarlos por medio de un signo + (mas).

Indicar el estado físico de los reactivos, utilizando la siguiente

notación.

Gas (g)

Liquido (l)

Solido (S)

Acuoso (aq) o (ac)

Escribir las formulas de los productos, explicando su estado físico,

separarlas utilizando el signo +.

La ecuación química que resulta de los anteriores pasos puede ahora

ser balanceada.

En virtud de la ley de la conservación de la masa y la energía, debe haber la

misma cantidad de átomos de cada elemento en el lado de los reactivos y en

el lado de los productos.

Balancear una ecuación es únicamente un procedimiento de ensayo y error.

Es una buena técnica balancear primero todos los elementos dejando para el

final el hidrógeno y el oxigeno. Algunas ecuaciones son muy difíciles de

balancear y se requiere de otras técnicas especiales.

Ejemplos: Método Tanteo

Page 141: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 141

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El oxigeno puede prepararse por calentamiento de clorato de Potasio y los

productos son el oxigeno y el cloruro de Potasio. Escribir la ecuación

balanceada de esta reacción química

K (ClO3) ------- KCl + O2

2K(ClO3) ------- 2KCl + 3O2

En una reacción química el hierro reacciona con ácido clorhídrico

produciendo cloruro férrico he hidrógeno

Fe + HCl -------- FeCl3 + H2

2Fe + 6HCl -------- 2FeCl3 + 3H2

Al combinar Hidróxido de Sodio acuoso con Acido Sulfhídrico gaseoso

produce Sulfururo Sódico + Agua.

NaOH + H2O + H2S ------------- Na2S + H2O

2NaOH + H2S ------------- Na2S + 2H2O

Page 142: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 142

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Al combinar Acido Clorhídrico con Hidróxido Sódico se obtiene Cloruro

Sódico acuoso + agua liquida

HCl + NaOH -------- NaCl + H2O

HCl + NaOH -------- NaCl + H2O

Ejemplos: Método Algebraico

A B C D

Ba(NO3)2 + Na2CO3 ---------- BaCO3 + NaNO3

Ba A = C A = 1

N 2A = D B = 1

O 6A + 3B = 3C + 3D C = 1

Na 2B = D D = 2

C B = C

Ba(NO3)2 + Na2CO3 ---------- BaCO3 + 2NaNO3

A B C D

Al + AgNO3 ----------- A(NO3)3 + Ag

Al A = C A = 1

Ag B = D B = 3

N B =3C C = 1

O 3B = 9C D = 3

Al + 3AgNO3 ----------- A(NO3)3 + 3Ag

Page 143: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 143

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El oxigeno puede prepararse por calentamiento del Clorato de Potasio y los

Productos son Oxigeno y Cloruro de Potasio

Cl5O2 + H2O K(ClO3) --------- O2 + KCl

Cl2 O5 + H2O

H2Cl2O6 2K(ClO3) --------- 3O2 + 2KCl

HClO3

K(ClO3)

Reactivo limitante

El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción química determina,

o limita, la cantidad de producto formado.

Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometría se emplea para saber

los moles de un producto obtenidos a partir de un número conocido de moles de

un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la

ecuación balanceada.

Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se

encuentran en cantidades estequiométricas exactas, es decir, en las proporciones

que indica su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se

consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción.

El reactivo que se consume en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que

la cantidad de éste determina la cantidad total de producto formado. Cuando este

reactivo se consume, la reacción se detiene. El o los reactivos que se consumen

parcialmente son los reactivos en exceso.

La cantidad de producto que se obtiene cuando reacciona todo el reactivo limitante

se denomina rendimiento teórico de la reacción.

Page 144: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 144

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El concepto de reactivo limitante permite a los químicos asegurarse de que un

reactivo, el más costoso, sea completamente consumido en el transcurso de una

reacción, aprovechándose así al máximo.

Método 1

Este método se basa en la comparación de la proporción de cantidades de

reactivo con la relación estequiométrica. Así, dada la ecuación general:

Siendo X e Y reactivos, Z productos y a, b y c, sus respectivos coeficientes

estequiométricos.

Si < entonces X es el reactivo limitante.

Si > entonces Y es el reactivo limitante.

Ejemplo

La ecuación balanceada para la oxidación del monóxido de carbono a dióxido

de carbono es la siguiente:

Si se tienen 4 moles de monóxido de carbono y tres moles de oxígeno,

¿cuál es el reactivo limitante?

Aplicando el procedimiento anterior tenemos que

< , Por lo tanto CO es el reactivo limitante. En efecto, cuatro

moles de CO sólo necesitan dos moles de O2 para reaccionar, por lo que

un mol de O2 quedará como exceso una vez finalizada la reacción.

Este procedimiento puede hacerse extensivo a reacciones químicas con

más de dos reactivos aplicando la fórmula:

para todos los reactivos. El reactivo con el cociente más bajo es el

reactivo limitante.

Page 145: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 145

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Método 2

Este método consiste en el cálculo de la cantidad esperada de producto

en función de cada reactivo.

Se permite que reaccionen 3g de dióxido de silicio y 4,5g de carbono a

altas temperaturas, para dar lugar a la formación de carburo de silicio

según la ecuación:

Para encontrar el reactivo limitante debemos comparar la cantidad

de producto que se obtiene con la cantidad dada de reactivo por

separado. El reactivo que produzca la menor cantidad de producto

es el reactivo limitante.

El reactivo limitante es, en este caso, el dióxido de silicio.

Page 146: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 146

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Page 147: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 147

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IV Unidad

Molaridad

Calcular cuantos ml de HCl a 0.125M reaccionan con 0.5g de Ca2C contenido

en una tableta antiácida.

Molaridad = moles de soluto

Litro de solución

M = moles 0.125M2 = 0.125 moles de HCl

L L solución

0.5g de CaCo3

Ca = 40.08 g/mol

C = 12.011 g/mol

+ O = 15.9994 g/mol X 3 = 47.9982

100.0892 g/mol

Page 148: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 148

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0.500g CaCo3 * 1 mol de CaCo3 * 2mol HCl * L HCl *

1000ml de =

100.0892 g/mol 1 mol de CaCo3 0.125moles de HCl 1L

HCl

80ml de HCl de la solución de HCl especificada reaccionaron con los 0.5g de

Carbonato de Calcio de la tableta antiácida.

PRESION

Presión = Fuerza Presión es inversamente

Área proporcional al volumen

Presión = 1 atmosfera = 760mmHg = 760 Torr

P1 V1 = P2

V2

Page 149: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 149

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Ley de Robert Boyle

Plantea que el volumen de una cantidad de gas dado una temperatura

constante varia inversamente con la presión entonces la ley de Boyle puede

expresarse matemáticamente con la siguiente formula

Po Vo = Pf

Vf

Page 150: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 150

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Ejemplo:

En un globo, una muestra de Helio gaseoso, se comprime de 4000m a

2500cm3 a temperatura constante. Si la presión del gas es de 210Kpascales

cuando el volumen equivale a 4000ml;

Cual será la presión a 2,500cm3

Determine la presión de la respuesta anterior en ml de Mercurio, en

Torr y en unidades Británicas

Datos

Vo = 4000ml Vo = 4L Po = 210Kpascales Po =

210,000pascales

Vf = 2500ml Vf = 2.5L Pf = ?

1atm = 760mmHg = 760 Torr 1atm = 1.013 X 105 N/m2 1atm = 14.5969

lb/plg2

Po Vo = Pf Pf = (4L)( 210,000pa) =

336Kpascales

Vf 2.5L

Po Vo = Pf

Vf

Page 151: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 151

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336,000 Pa * 1 atm = 3.3268atm

1.013 X 105 Pa

3.3268 atm * 760 mmHg = 2520.83mmHg = 2520.83Torr

1 atm

3.3268 atm * 14.5969 psi = 48.56096692 psi

1 atm

Ley de Charles

Estudia la relación entre el volumen y la temperatura. En sus experimentos

observo que cuando la temperatura aumenta también se incrementa el

volumen de una muestra de gas cuando la presión se mantiene constante.

Esta propiedad se puede explicar mediante la teoría Cinética molecular; a

mayor temperatura las partículas de gas se mueren con más rapidez

golpeándose entre si y chocando con las paredes del recipiente con mayor

frecuencia y fuerza. Para que la presión se mantenga constante, el volumen

debe aumentar de manera que las partículas tengan que recorrer más

distancia antes de golpear las paredes. Al tener mayor Distancia se reduce la

Frecuencia de choque de las partículas con las paredes del recipiente.

Charles plantea que el volumen de la masa de un gas es directamente

proporcional a su temperatura en Kelvin a presión constante, la ley de

Charles se puede expresar como:

Page 152: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 152

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Ejemplo:

Una muestra de gas a 40⁰ C ocupa un volumen de 2,320cm3, si se aumenta la

temperatura a 75⁰ C. ¿Cuál será el volumen suponiendo que la presión

permanece constante?

Datos

Vo = 2320cm3 Vo = 2.32L To = 40⁰ C To = 313.15K

Vf = ? Tf = 75⁰ C Tf = 348.15K

1atm = 760mmHg = 760 Torr 1atm = 1.013 X 105 N/m2 1atm = 14.5969

lb/plg2

Vo = Vf

To

Tf

Page 153: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 153

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K = ⁰C + 273.15 = 40 + 273.15 = 313.15K

K = ⁰C + 273.15 = 75 + 273.15 = 348.15K

2,320 cm3 * 1ml * 1L = 2.32L

1cm3 1000ml

(Tf) Vo = Vf (348.15) (2.32) = 2.57930065464 cm3

To 313.15

Ley Gay Lussac

Joseph Gay Lussac exploró la relación entre la temperatura y presión de un

gas contenido en un volumen fijo. Descubrió qué existe una proporción

directa entre la temperatura en Kelvin y la presión.

Vo = Vf

To Tf

Po = Pf

To

Tf

Page 154: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 154

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Ejemplo

Una lata de 17onz de fijador en aerosol, cuya presión interna es de 850Torr a

21⁰ C, se arroja al fuego, que tiene una temperatura de 450⁰ C.

¿Qué presión se alcanzara si la lata no explota a esa temperatura?

Datos

To = 21⁰ C To = 394.15K Po = 850 Torr Po = 1.11842153

atm

Tf = 450⁰ C Tf = 723.15K Pf = ?

1atm = 760mmHg = 760 Torr 1atm = 1.013 X 105 N/m2 1atm = 14.5969

lb/plg2

K = ⁰C + 273.15 = 21 + 273.15 = 394.15K

Page 155: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 155

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K = ⁰C + 273.15 = 450 + 273.15 = 723.15K

850 Torr 1atm = 1.11842153 tam

760 Torr

(Tf) Po = Pf = (723.15)(1.11842153) = 2.05197647956

atm

To 394.15

2.05197647956 atm 1.013 X 105 Pa = 207,916.516791pa

1 atm

2.05197647956 atm 760 Torr = 1,559.50212447 Torr = 1,559.50212447

mmHg

1 atm

2.05197647956 atm 14.5969 lb/plg2 = 29.9524954745 lb/plg

2 (psi)

1 atm

Ley Combinada de Gases

Con respecto a cada ley de gases visto anteriormente, se mantuvo constante

la presión, el volumen o la temperatura. Junto con la cantidad de gas. En el

caso de una muestra específica de un gas, es posible relacionar las

variaciones de los valores iníciales y finales de presión, volumen y

temperatura en una sola ecuación.

Po = Pf

To

Tf

Page 156: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 156

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En esta ecuación se presentan 6 variables diferentes, en tanto se conozcan 5

de las 6 variables, se podrá determinar la cantidad faltante despejándola de

la ecuación.

Advierte que cuando las temperaturas To y Tf son iguales

(constantes), se eliminan de la ecuación, por lo cual esta

se reduce a la ley de Boyle. Cuando las presiones Po y Pf

son iguales, se eliminan y se reducen a la ley de Charles:

finalmente, cuando los Volúmenes Vo y Vf son iguales se

eliminan de la ecuación y se reduce a la ley de Gay Lussac. De este modo

cuando se trata de una muestra específica de un gas, cuya masa o número

de moles no cambia, la ecuación de la ley combinada de los gases permite

calcular cualquiera de las 6 variables, siempre y cuando los otros valores se

conozcan y permanezcan constantes.

Ejemplo

Un globo está lleno de Helio cuando está en el suelo a 22⁰C y a una presión

de 740 Torr. En estas condiciones su volumen es de 10mt3.

¿Cuál será su volumen en L a una altitud de 5.3Km donde la presión es de

370 Torr y la temperatura es de -23⁰C?

Datos

To = 22⁰C To = 295.15K Tf = -23⁰C Tf =250.15K

Po = 740 Torr Po = 0.97368421 atm Pf = 370 Torr Pf =0.486842105263

atm

Vo = 10m3 Vo = 10,000L Vf = ?

1atm = 760mmHg = 760 Torr 1atm = 1.013 X 105 N/m2 1atm = 14.5969

lb/plg2

Po Vo =

PfVf

To

Tf

Page 157: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 157

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K = ⁰C + 273.15 = 22 + 273.15 = 295.15K

K = ⁰C + 273.15 = 273.15 – 23 = 250.15K

740 Torr * 1 atm = 0.973684210526 atm

760 Torr

370 mmHg * 1 atm = 0.486842105263 atm

760mmHg

10m3 * 1000L = 10,000L

1m3

Po Vo = Pf Vf (Tf) Po Vo = Vf Vf = (250.15)(10,000)(0.973684210526) =

16.9507065m3

To Tf Pf To (0.486842105263)(295.15)

Page 158: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 158

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Ley de Avogadro

En la ley de Boyle, de Charles, de Gay Lussac y en la ley combinada de los

gases se han manejado variaciones de presión, volumen y temperatura, pero

en todos los casos se tenía una muestra determinada de un gas.

¿Qué ocurre si se modifica la cantidad de gas, esto es el número de

moléculas o moles de gas?

Cuando introducimos aire en un globo, este se expande. Aún más, los

experimentos a temperatura y presión constantes, muestran que, cuando el

número de moles de gas o moléculas de gas se duplica, el volumen de gas

también se duplica. Observamos sencillas como estas que llevaron al

Químico Italiano Amadeo Avogadro (2776-1856) a promover una importante

hipótesis de Avogadro en el año de 1811.

Volúmenes iguales de gases a la misma presión a la misma temperatura

contienen igual número de moléculas por consiguiente cuando se duplica el

volumen de un gas, también debe duplicarse el número de moléculas o el

número de moles de gas. Si la temperatura y la presión son constantes. La

Hipótesis de Avogadro conduce a una relación matemática llamada ley de

Avogadro que relaciona el volumen de gas y los moles. Entonces la ley de

Avogadro consiste en que el volumen de un gas a temperatura y presión

constantes, son directamente proporcional al número de moles.

V1 = V2 V = Volumen

N1 N2 N =

moles

Page 159: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 159

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Ejemplo:

A cierta presión y temperatura, un trozo de 21g de Hielo seco sublima

totalmente, es decir, se trasforma directamente en gas. El CO2 gaseoso,

ocupa un volumen de 11.5L.

¿Cuál será el volumen de 1mol de gas a presión y temperatura constante?

Datos iníciales Datos Finales

Vo = 11.5L Vf = ?

No = 0.477166449291 g/mol Nf = 1 mol

No

C = 12.011 g/mol

+ O2 = 15.9994 g/mol 21g CO2 * 1 mol = 0.477166449291

g/mol

44.0098 g/mol 44.0098 g/mol CO2

V1 = V2 V2 = V1 * N2 = (11.5) (1) = 24.1006047619 L

N1 N2 N1 (0.477166449291)

Page 160: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 160

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Volumen Molar y Densidad de gases a TPE

Por lo regular, la densidad de los gases se informa en las publicaciones en gramos por Litro, a TPE recuerde que hay 6.022 * 1023 moléculas en 1 mol de cualquier substancia química, ya sea solida, liquida o gaseosa. Recuerde además que la masa de un mol (la masa molar) de un gas es el peso fórmula expresado en gramos. Si partimos de la masa molar (g/mol) y empleamos la densidad del gas a TPE en gramos por litro. Como factor de conversión, podemos averiguar cuantos litros ocupan un mol de gas a TPE.

Ejemplo:

La masa molar del N (g) es de 28 g/mol y su densidad a TPE es de 1.25 g/L.

¿Cuál será su volumen molar?

N2 = peso formula = 28.0138 g/mol

ρ N2 = 1.25 g/L

1

Solución:

28.0138 gramos * 1 L = 22.414 L/mol

Mol 1.25g

En el caso del oxigeno a TPE 1.43 g/L y la masa molar es de 32 g/mol.

¿cuál será se volumen molar?

N2 = peso formula = 32 g/mol

ρ N2 = 1.43 g/L

Page 161: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 161

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1

Solución

32 gramos 1L = 22.4 L/mol

Mol 1.43 g

Ley de Gases Ideales

Se define un gas ideal como un gas que se ajusta a la perfección a la ley de

gas ideal. Y a las demás leyes de los gases en todos las condiciones, y la

ecuación matemática es:

. Donde R es una constante = (0.0821)

¿Cuál es el volumen ocupado por 3 moles de N a 1520 Torr de presión y a O

⁰C?

PV =

nRT

Page 162: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 162

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Datos

n = 3(moles de Nitrógeno)

P= 1520 Torr = 2 atm

R = 0.0821

T = 0 ⁰C = 273.15K

1520 Torr 1 atm = 2 atm

760 Torr

V = nRT = (3) (0.0821) (273.15) = 33.6384225

P

Resuelve los siguientes enunciados

1.- Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm3 a una presión de 750

mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm. si la temperatura

no cambia?

2.- El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm3 a la

temperatura de 20ºC. Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece

constante.

3.- Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg

cuando la temperatura es de 25ºC. Calcula la presión que alcanzará si la

temperatura sube hasta los 200ºC.

4.- Disponemos de un recipiente de volumen variable. Inicialmente presenta

un volumen de 500 cm3 y contiene 34 g de amoníaco. Si manteniendo

constante la P y la T, se introducen 68 g de amoníaco, ¿qué volumen

presentará finalmente el recipiente?

Ar (N)=14. Ar (H)=1.

5.- Un gas ocupa un volumen de 2 L en condiciones normales. ¿Qué

volumen ocupará esa misma masa de gas a 2 atm y 50ºC?

6.- Un recipiente cerrado de 2 L. contiene oxígeno a 200ºC y 2 atm. Calcula:

Page 163: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 163

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a) Los gramos de oxígeno contenidos en el recipiente.

b) Las moléculas de oxígeno presentes en el recipiente.

Ar(O)=16.

7.- Tenemos 4,88 g de un gas cuya naturaleza es SO2 o SO3. Para resolver la

duda, los introducimos en un recipiente de 1 L y observamos que la presión

que ejercen a 27ºC es de 1,5 atm. ¿De qué gas se trata?

Ar(S)=32.Ar(O)=16.

8.-Un mol de gas ocupa 25 L y su densidad es 1,25 g/l, a una temperatura y

presión determinadas. Calcula la densidad del gas en condiciones normales.

Conociendo el volumen que ocupa 1 mol del gas y su densidad, calculamos

la masa del mol:

11.Vm gllgm 25,3125./25,1 .

Como hemos calculado la masa que tienen un mol y sabemos que un mol de

cualquier gas ocupa 22,4 litros en c.n., podemos calcular su densidad:

lgl

g

V

m/40,1

4,22

25,31

2

2

9.- Un recipiente contienen 100 L de O2 a 20ºC. Calcula: a) la presión del O2,

sabiendo que su masa es de 3,43 kg. b) El volumen que ocupara esa

cantidad de gas en c.n.

a) Aplicamos la ecuación general de los gases PV=nRT pero previamente

calculamos los moles de gas:

Page 164: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 164

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b) Para calcular el volumen que ocupan los 107,19 moles en c.n. podemos

volver a aplicar la ecuación PV=nRT con las c.n. o la siguiente proporción:

.2401;19,107

4,22

..1lX

X

moles

lsiempreocupa

ncengasdemol

10.- Calcula la fórmula molecular de un compuesto sabiendo que 1 L de su

gas, medido a 25ºC y 750 mm Hg de presión tiene una masa de 3,88 g y que

su análisis químico ha mostrado la siguiente composición centesimal: C,

24,74 %; H, 2,06 % y Cl, 73,20 %.

Ar(O)=16. Ar(H)=1. Ar(Cl)=35,5

11.- En un recipiente de 5 L se introducen 8 g de He, 84 g de N2 y 90 g de

vapor de agua.

Si la temperatura del recipiente es de 27ºC. Calcular: a) La presión que

soportan las paredes del recipiente. b) La fracción molar y presión parcial de

cada gas.

Ar (He) = 4; Ar (O) = 16; Ar (N) = 14; Ar (H) = 1.

12.- El aire contiene aproximadamente un 21 % de oxígeno, un 78 % de

nitrógeno y un 0,9 % de argón, estando estos porcentajes expresados en

masa. ¿Cuántas moléculas de oxígeno habrá en 2 litros de aire? ¿Cuál es la

presión ejercida si se mete el aire anterior en un recipiente de 0,5 l de

capacidad a la temperatura de 25 ºC?

La densidad del aire = 1,293 g/l.

Ar (O) = 16. Ar (N) =14. Ar (Ar) = 40.

molesmolg

gmolesden 19,107

/32

3430º

.75,25;293.

.082,0.19,107100.;... atmPK

molK

latmmoleslPTRnVP

Page 165: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 165

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Page 166: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 166

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V unidad

Química Nuclear

Las reacciones químicas tradicionales ocurren como resultado de la

interacción entre la valencia de electrones alrededor del núcleo del átomo. En

1896, Henri Becquerel, expandió el campo de la química para incluir los cambios

nucleares cuando descubrió que el uranio emitía radiación. Poco después del

descubrimiento de Becquerel, Marie Sklodowska Curie empezó a estudiar la

radioactividad y completó en gran medida el primer trabajo sobre cambios

nucleares. Curie descubrió que la radiación era proporcional a la cantidad

de elementos radioactivos presentes, y propuso que la radiación era una

propiedad de los átomos (al contrario a una propiedad química de un

compuesto). Marie Curie fue la primera mujer en ganar el Premio Nobel y la

primera persona en ganar dos (el primero, compartido con su esposo Pierre y

con Becquerel por descubrir la radioactividad; y el segundo por descubrir los

elementos radioactivos radio y polonio).

1. La Radiación Alpha ( es la emisión de una partícula alpha del núcleo

de un átomo. Una partícula contiene 2 protones y 2 neutrones (y

es similar a un núcleo He: ) Cuando un átomo emite una

partícula masa atómica del átomo disminuirá cuatro unidades

(ya que 2 protones y 2 neutrones están perdidos) y el número

atómico (z) disminuirá 2 unidades. Se dice que el elemento se

'transmuta' en otro elemento que es 2 z unidades más pequeño. Un

ejemplo de una transmutación tiene lugar cuando el uranio decae

hacia el elemento torio (Th) emitiendo una partícula alpha tal como

se ve en la siguiente ecuación:

238

92 U

4

2 He +

234

90 Th

(Nota: en la química nuclear, los símbolos de los elementos tradicionalmente van precedidos de su peso atómico (arriba a la derecha) y el número atómico (arriba a la izquierda)).

Page 167: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 167

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2. La Radiación Beta ( es la transmutación de un neutrón (seguido de

la emisión de un electrón del núcleo del átomo: ). Cuando un

átomo emite una partícula

que no hay cambio en el número total de partículas nucleares), sin

embargo el número atómico aumentará (porque el neutrón se

transmutó en un protón adicional). Un ejemplo de este descenso del

isótopo de carbón llamado carbón-14 en el elemento nitrógeno es el

siguiente:

14

6 C

0

-1 e +

14

7 N

3. La Radiación Gamma ( incluye la emisión

de energía electromagnética (similar a la energía proveniente de la

luz) de un núcleo de un átomo. Ninguna partícula es emitida durante

la radiación gamma, y por consiguiente la radiación gamma no causa

en sí misma la transmutación de los átomos. Sin embargo, la

radiación es emitida generalmente durante, y simultáneamente, a

la disminución radioactiva o Los rayos X, emitidos durante la

disminución beta del cobalto-60, son un ejemplo común de la

radiación gamma:

Termoquímica

La Termoquímica (del gr. thermos, calor y química) consiste en el estudio de las

transformaciones que sufre la energía calorífica en las reacciones químicas,

surgiendo como una aplicación de la termodinámica a la química.

Frecuentemente podemos considerar que las reacciones químicas se producen a

presión constante (atmósfera abierta, es decir, P=1 atm), o bien a volumen

constante (el del receptáculo donde se estén realizando).

Proceso a presión constante

El calor intercambiado en el proceso es equivalente a la variación de entalpía de la

reacción. qp = ΔrH

Proceso a volumen constante

El calor que se intercambia en estas condiciones equivale a la variación de

energía interna de la reacción. qv = ΔrU

Page 168: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 168

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Entalpía

Entalpía es una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H, cuya

variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por

un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema puede

intercambiar con su entorno.

En la historia de la termodinámica se han utilizado distintos términos para denotar

lo que hoy conocemos como entalpía de un sistema. Originalmente se pensó que

la palabra "entalpía" fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius a través de

la publicación de la relación de Clausius-Clapeyron en The Mollier Steam Tables

and Diagrams de 1827, pero el primero que definió y utilizó término "entalpía" fue

el holandés Heike Kamerlingh Onnes, a principios del siglo XX.1

En palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde

la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una

transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema

termodinámico (teniendo en cuenta que todo objeto conocido puede ser entendido

como un sistema termodinámico), transformación en el curso de la cual se puede

recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un trabajo mecánico). En

este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor intercambiado con el

ambiente exterior al sistema en cuestión.

Usualmente la entalpía se mide, dentro del Sistema Internacional de Unidades,

en joules.

El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta,

cabe distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre,

mientras que la entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia

constituyente del sistema.

Calorimetría

Mediante la calorimetría se puede medir el calor en una reacción química o un

cambio físico usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede

emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen

a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en

organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.

Page 169: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 169

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donde

ΔU = cambio de energía interna

Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el

cambio de entalpía.

Calorimetría a presión constante

El calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el

trabajo realizado:

Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el

cambio de entalpía.

Fisicoquímica

La Fisicoquímica (también llamada Química Física) es una rama de

la química que estudia la materia empleando conceptos físicos y químicos.

Según el renombrado químico estadounidense Gilbert Lewis, "la fisicoquímica es

cualquier cosa interesante", con lo cual probablemente se refería al hecho de que

muchos fenómenos de la naturaleza con respecto a la materia son de principal

interés en la fisicoquímica.

La fisicoquímica representa una rama donde ocurre un cambio de diversas

ciencias, como la química, la física, termodinámica, electroquímica y la mecánica

cuántica donde funciones matemáticas pueden representar interpretaciones a

nivel molecular y atómico estructural. Cambios en

la temperatura, presión, volumen, calor y trabajo en los sistemas, sólido, líquido,

gaseoso, se encuentran también relacionados a interacciones moleculares.

Electroquímica

Page 170: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 170

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Michael Faraday, Químico inglés considerado el fundador de la

electroquímica actual.

Electroquímica es una rama de la química que estudia la transformación entre la

energía eléctrica y la energía química.1 En otras palabras, las reacciones

químicas que se dan en la interfase de un conductor eléctrico (llamado electrodo,

que puede ser un metal o un semiconductor) y un conductor iónico (el electrolito)

pudiendo ser una disolución y en algunos casos especiales, un sólido.2

Si una reacción química es conducida mediante una diferencia de

potencial aplicada externamente, se hace referencia a una electrólisis. En cambio,

si la caída de potencial eléctrico, es creada como consecuencia de la reacción

química, se conoce como un "acumulador de energía eléctrica", también

llamado batería o celda galvánica.

Las reacciones químicas donde se produce una transferencia de electrones entre

moléculas se conocen como reacciones redox, y su importancia en la

electroquímica es vital, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo los

procesos que generan electricidad o en caso contrario, son producidos como

consecuencia de ella.

En general, la electroquímica se encarga de estudiar las situaciones donde se dan

reacciones de oxidación y reducción encontrándose separadas, físicamente o

temporalmente, se encuentran en un entorno conectado a un circuito eléctrico.

Esto último es motivo de estudio de la química analítica, en una subdisciplina

conocida como análisis potenciométrico.

Page 171: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 171

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Química orgánica

La Química Orgánica o Química del carbono es la rama de la química que

estudia una clase numerosa de moléculas que contienen carbono formando

enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, también conocidos

como compuestos orgánicos. Friedrich Wöhler y Archibald Scott Couper son

conocidos como los "padres" de la química orgánica.

Alcano

El metano es el primer alcano.

Los alcanos son hidrocarburos, es decir que tienen solo átomos

de carbono e hidrógeno. La fórmula general para alcanos alifáticos (de cadena

lineal) es CnH2n+2, y para cicloalcanos es CnH2n. También reciben el nombre

de hidrocarburos saturados.

Page 172: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 172

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Los alcanos son compuestos formados solo por átomos de

carbono e hidrógeno, no presentan funcionalización alguna, es

decir, sin la presencia de grupos funcionales como el carbonilo (-

CO), carboxilo (-COOH), amida (-CON=), etc. La relación C/H es de

CnH2n+2 siendo n el número de átomos de carbono de la molécula,

(como se verá después esto es válido para alcanos de cadena

lineal y cadena ramificada pero no para alcanos cíclicos).

Abundancia de los alcanos en el universo

Alqueno

El alqueno más simple de todos es el eteno o etileno.

Los alquenos u olefinas son hidrocarburos insaturados que tienen uno o varios

dobles enlaces carbono-carbono en su molécula. Se puede decir que un alqueno

no es más que un alcano que ha perdido dos átomos de hidrógeno produciendo

como resultado un enlace doble entre dos carbonos. Los alquenos cíclicos reciben

el nombre de cicloalquenos.

Page 173: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 173

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Alquino

Modelo en tercera dimensión del acetileno.

El alquino más simple es el acetileno.

Los alquinos son hidrocarburos alifáticos con al menos un triple enlace -C≡C-

entre dos átomos de carbono. Se trata de compuestos metaestables debido a la

alta energía del triple enlace carbono-carbono. Su fórmula general es CnH2n-2.

Hidrocarburo aromático

Molécula de benceno, el compuesto aromático más reconocido.

Page 174: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 174

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Estructura

Resonancia del Benceno. Cada carbono tiene tres electrones enlazados y el cuarto

localizado gira alrededor del anillo.

Alcohol

Para otros usos de este término, véase Alcohol (desambiguación).

Grupo hidroxilo, característico de los alcoholes.

En química se denomina alcohol "toda sustancia pulverizada", "líquido destilado")

a aquellos compuestos químicos orgánicos que contienen un grupo hidroxilo (-OH)

en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente a un átomo

de carbono. Si contienen varios grupos hidroxilos se denominan poli alcoholes.

Page 175: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 175

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Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios o terciarios, en función del

número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se

encuentran enlazado el grupo hidroxilo.

A nivel del lenguaje popular se utiliza para indicar comúnmente una bebida

alcohólica, que presenta etanol, con formula química CH3CH2OH.

Alcohol de botiquín

El alcohol de botiquín puede tener varias composiciones. Puede ser

totalmente alcohol etílico al 96º, con algún aditivo como el cloruro de

benzalconio o alguna sustancia para darle un sabor desagradable. Es lo que se

conoce como alcohol etílico desnaturalizado.Tambien se utilizan como

desnaturalizantes el ftalato de dietilo y el metanol, lo cual hace tóxicos a algunos

alcoholes desnaturalizados.

Si contiene solo etanol, se podría llegar a beber con los mismos efectos que una

bebida alcohólica. De hecho, en Suecia para comprar alcohol en una farmacia se

necesita receta médica, para controlar a los que podrían bebérselo. [cita requerida]

Otras composiciones: podría contener alcohol isopropílico, no es apto para

beberlo, pero puede ser más efectivo para el uso como secante.

Poliamidas

Existen poliamidas que contienen grupos amida. Algunos son sintéticos, como

el nailon, pero también se encuentran en la naturaleza, en las proteínas, formadas

a partir de los aminoácidos, por reacción de un grupo carboxilo de un aminoácido

con un grupo amino de otro. En las proteínas al grupo amida se le llama enlace

peptídico.

Ε-caprolactama

Page 176: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 176

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El nailon es una poliamida debido a los característicos grupos amida en la cadena

principal de su formulación. Por ejemplo, el nailon 6 se obtiene por polimerización

de la ε-caprolactama.

Nailon 6

Ciertas poliamidas del tipo nailon son la poliamida-6, la poliamida-11, la poliamida-

12, la poliamida-9,6, la poliamida-6,9, la poliamida-6,10 y la poliamida-6,12. Se

pueden citar como ejemplo de poliamidas no lineales los productos de

condensación de ácidos dimerizados de aceites vegetales con aminas.

Las proteínas, como la seda, a la que el nailon reemplazó, también son

poliamidas. Estos grupos amida son muy polares y pueden unirse entre sí

mediante enlaces por puente de hidrógeno. Debido a esto y a que la cadena del

nailon es tan regular y simétrica, los nailon son a menudo cristalinos, y forman

excelentes fibras.

Reacciones de amidas

Reacciones de amidas

Las principales reacciones de las amidas son:

Hidrólisis ácida o básica: La amida se hidroliza en

medio básico formando un carboxilato de metal o en

medio ácido formando un ácido carboxílico.

Deshidratación: En presencia de un deshidratante como cloruro de

tionilo o pentóxido de fósforo se produce un nitrilo.

Reducción: Las amidas pueden reducirse con hidruro de litio y

aluminio a aminas.

Page 177: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 177

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Transposición de Hofmann: En presencia de un halógeno en medio

básico se produce una compleja reacción que permite la obtención de

una amina con un carbono menos en su cadena principal.

Ejemplos de amidas

La acrilamida se emplea en distintas aplicaciones, aunque es más

conocida por ser probablemente carcinógena y estar presente en

bastantes alimentos al formarse por procesos naturales al cocinarlos.

Son fuente de energía para el cuerpo humano.

Pueden ser vitaminas en el cuerpo o analgesicos.

Importancia y usos

Las amidas son comunes en la naturaleza y se encuentran en sustancias como los

aminoácidos, las proteínas, el ADN y el ARN, hormonas, vitaminas.

Es utilizada en el cuerpo para la excreción del amoníaco (NH3)

Muy utilizada en la industria farmacéutica, y en la industria del nailon.

Polímero

El poliestireno es un polímero formado a partir de la unidad repetitiva

conocida como estireno.

Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la

unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.

Page 178: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 178

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Un polímero no es más que una sustancia formada por una cantidad finita

de moléculas que le confieren un alto peso molecular que es una característica

representativa de esta familia de compuestos orgánicos. Posteriormente

observaremos las reacciones que dan lugar a esta serie de sustancias, no dejando

de lado que las reacciones que se llevan a cabo en la polimerización son aquellas

que son fundamentales para la obtención de cualquier compuesto orgánico.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales,

entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos

el nailon, el polietileno y la baquelita.

Polimerización

La reacción por la cual se sintetiza un polímero a partir de sus monómeros se

denomina polimerización. Según el mecanismo por el cual se produce la reacción

de polimerización para dar lugar al polímero, ésta se clasifica como

"polimerización por pasos" o como "polimerización en cadena". En cualquier caso,

el tamaño de la cadena dependerá de parámetros como la temperatura o el tiempo

de reacción, teniendo cada cadena un tamaño distinto y, por tanto, una masa

molecular distinta, de ahí que se hable de masa promedio del polímero.

Tipos de polimerización

Existen dos tipos fundamentales de polimerización:

Polimerización por condensación.

En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo

agua. Debido a esto, la masa molecular del polímero no es necesariamente un

múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los polímeros de

condensación se dividen en dos grupos:

Los Homopolímeros.

Polietilenglicol

Siliconas

Page 179: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 179

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Los Copolímeros.

Baquelitas.

Poliésteres.

Poliamidas.

La polimerización en etapas (condensación) necesita al menos monómeros

bifuncionales. Deben de saber que los polímeros pueden ser maquinables.

Ejemplo: HOOC--R1--NH2

Si reacciona consigo mismo, entonces:

2 HOOC--R1--NH2 <----> HOOC--R1--NH· + ·OC--R1--NH2 + H2O <---->

HOOC--R1-NH--CO--R1--NH2 + H2O

Polimerización por adición.

En este tipo de polimerización a masa molecular del polímero es un múltiplo

exacto de la masa molecular del monómero.

Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:

Iniciación: CH2=CHCl + catalizador ⇒ •CH2–CHCl•

Propagación o crecimiento: 2 •CH2–CHCl• ⇒ •CH2–CHCl–CH2–CHCl•

Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas

o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.

Page 180: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 180

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Tacticidad de poliestireno, atáctico, sindiotáctico, isotáctico.

La estructura puede ser lineal o también ramificada (aparte de poder

presentar entrecruzamientos). También pueden adoptar otras

estructuras, por ejemplo radiales.

Polimerización del estireno para dar poliestireno

n indica el grado de polimerización

Por otra parte, los polímeros pueden ser lineales, formados por una única

cadena de monómeros, o bien esta cadena puede presentar

ramificaciones de mayor o menor tamaño. También se pueden formar

entrecruzamientos provocados por el enlace entre átomos de distintas

cadenas.

La naturaleza química de los monómeros, su masa molecular y otras

propiedades físicas, así como la estructura que presentan, determinan

diferentes características para cada polímero. Por ejemplo, si un polímero

presenta entrecruzamiento, el material será más difícil de fundir que si no

presentara ninguno.

Page 181: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 181

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Los enlaces de carbono en los polímeros no son equivalentes entre sí,

por eso dependiendo del orden estereoquímica de los enlaces, un

polímero puede ser: atáctico (sin orden), isotáctico (mismo orden), o

sindiotáctico (orden alternante) a esta conformación se la

llama tacticidad. Las propiedades de un polímero pueden verse

modificadas severamente dependiendo de su estereoquímica.

En el caso de que el polímero provenga de un único tipo de monómero se

denomina homopolímero y si proviene de varios monómeros se

llama copolímero oheteropolímero. Por ejemplo, el poliestireno es un

homopolímero, pues proviene de un único tipo de monómero, el estireno,

mientras que si se parte de estireno y acrilonitrilo se puede obtener un

copolímero de estos dos monómeros.

En los heteropolímeros los monómeros pueden distribuirse de diferentes

maneras, particularmente para polímeros naturales, los monómeros

pueden repetirse de forma aleatoria, informativa (como en

los polipéptidos de las proteínas o en los polinucleótidos de los ácidos

nucleicos) o periódica, como en el peptidoglucano o en algunos

polisacáridos.

Los monómeros que conforman la cadena de un copolímero se pueden

ubicar en la cadena principal alternándose según diversos patrones,

denominándose copolímero alternante, copolímero en bloque, copolímero

aleatorio, copolímero de injerto. Para lograr este diseño, la reacción de

polimerización y los catalizadores deben ser los adecuados.

Page 182: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 182

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a) Homopolímero b) Copolímero alternante

c) Copolímero en bloque d) Copolímero aleatorio

e) Copolímero de injerto

Finalmente, los extremos de los polímeros pueden ser distintos que el

resto de la cadena polimérica, sin embargo es mucho más importante el

resto de la cadena que estos extremos debido a que la cadena es de una

gran extensión comparada con los extremos.

Page 183: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 183

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Glosario.

Absorción. Impregnación de un material sólido por un líquido o un gas.

La absorción de la luz consiste en la captura de fotones de energía E =

hv.

Ácido. Toda sustancia que en solución puede donar protones. El papel

tornasol azul se vuelve rojo al humedecerlo con una solución ácida.

Agente oxidante. Sustancia que provoca la oxidación de otra.

Corresponde a la sustancia que se reduce, es decir, la que gana

electrones en una reacción redox.

Agente reductor. Sustancia que provoca la reducción de otra.

Corresponde a la sustancia que se oxida, es decir, la que pierde

electrones en una reacción redox.

Alcalinos. Familia de elementos pertenecientes al grupo IA de la tabla

periódica, con excepción del hidrógeno. Reaccionan con el agua para

formar bases o álcalis.

Alcalino-térreos. Familia de elementos pertenecientes al grupo IIA de la

tabla periódica. Tienen propiedades como las de los alcalinos y forman

óxidos al mezclarse con el oxígeno.

Aleación. Mezcla de metales después de ser fundidos. El latón es una

aleación de cobre y zinc, el bronce de cobre y estaño. También se llaman

soluciones sólidas.

Amalgama. Aleación que se forma entre el mercurio y otros metales

como el oro o la plata. Las amalgamas tienen mucho uso a nivel

odontológico.

Átomo. Unidad básica, constitutiva de los elementos químicos,

compuesta por un núcleo con protones, neutrones y electrones, en

número igual a los protones, que se mueven alrededor del núcleo.

Balance de masa. Expresión que establece que la concentración

analítica molar de una sustancia iguala a la suma de las concentraciones

molares de todas las especies derivadas de esa sustancia.

Page 184: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 184

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Baño maría. Consiste en calentar un objeto o sistema con el empleo de

agua como medio de calentamiento. Se cree que lo ideó una alquimista

llamada María.

Barómetro. Instrumento para medir la presión atmosférica, fue inventado

por Evangelista Torricelli. Un tubo completamente lleno de Hg se coloca

invertido sobre una cubeta que contiene el mismo líquido.

Base. Toda sustancia que en solución acuosa puede recibir protones. El

papel tornasol rojo se vuelve azul cuando se humedece con una solución

básica.

Calor. Forma de propagación de la energía que se transfiere entre dos

cuerpos como resultado de una diferencia de temperatura. El calor fluye

del cuerpo más caliente hacia el más frío.

Calor específico. Cantidad de calor que se requiere para elevar la

temperatura de un gramo de sustancia en un grado centígrado. El agua

líquida tiene un calor específico de 1 cal/(g °C).

Cambio físico. Transformación que no afecta la estructura química de

una sustancia. Los cambios de estado son cambios físicos.

Capilar. Tubo de vidrio de diámetro muy pequeño, abierto en ambos

extremos. Se utilizan en el laboratorio para determinar puntos de fusión o

de ebullición.

Catión. Especie química con carga positiva. Se denomina así porque en

presencia de un campo eléctrico se dirige hacia el cátodo o electrodo

negativo (-).

Celda galvánica. Recipiente en el que se produce una corriente eléctrica

a partir de una reacción química. Las baterías de los autos son un

ejemplo de celda galvánica. También se denominan pilas.

Cinética. Parte de la química que estudia las velocidades de reacción,

los factores que las afectan y la secuencia de etapas o mecanismo

mediante el cual ocurre una reacción química.

Page 185: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 185

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Compuesto químico. Sustancia química que resulta de la combinación

de diferentes elementos químicos. Se representan mediante una fórmula

química.

Concentración. Cantidad relativa de soluto presente en una solución.

Existen varias formas de expresarla: molaridad, normalidad, molalidad,

porcentaje por peso, etc.

Cristal. Sólido limitado por superficies planas dispuestas de forma

geométrica. Existen siete sistemas que corresponden a formas

geométricas fundamentales.

Cristalización. Técnica de separación que aprovecha la diferencia en los

puntos de congelación y en la solubilidad de los componentes, para

poder separarlos.

Destilación. Técnica de separación que consiste en separar dos líquidos

aprovechando la diferencia en sus puntos de ebullición. Los vapores de

cada componente se condensan y recogen una vez separados.

Difusión. Propiedad de un gas, en virtud de la energía cinética de sus

partículas, de expandirse espontáneamente hacia un espacio mayor.

Diluida. Término que se aplica a una solución que contiene relativamente

muy poca cantidad de soluto. El término opuesto es concentrado.

Disolución. Proceso que consiste en mezclar una sustancia con un

solvente apropiado hasta que se disuelva. A veces se calienta para

agilizar la operación. El componente de interés se solubiliza en el

solvente.

Ebullición. Paso de líquido a vapor que tiene lugar en toda la masa del

líquido. En la ebullición, el vapor contrarresta la presión exterior y se

forman burbujas en el seno del líquido.

Ecuación química. Representación de una reacción química mediante

fórmulas y símbolos químicos. Se requiere que la ecuación química esté

balanceada para realizar cálculos estequiométricos.

Electronegatividad. Tendencia relativa que tienen los átomos para

atraer los electrones que participan en un enlace químico. Los metales

son muy poco electronegativos.

Page 186: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 186

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Electrones de valencia. Electrones del último nivel de energía. La teoría

de Lewis propone que estos electrones son los más involucrados en la

reactividad química.

Electroquímica. Estudio de las relaciones existentes entre la energía

eléctrica y la energía química. Un proceso químico puede producir

electricidad, o viceversa.

.Enlace covalente. Unión química entre dos átomos por electrones que

se comparten. Se forma entre no metales de igual o diferente

electronegatividad. Por ejemplo, Cl2, CO2.

Enlace iónico. Enlace formado entre un átomo metálico y uno no

metálico, en el que el metal transfiere por completo sus electrones de

valencia al no metal. Por ejemplo: CaCl2, KBr.

Enlace químico. Fuerza de naturaleza electrostática que mantiene

unidos los átomos de una molécula. En una reacción química se rompen

y se forman enlaces.

Estado. Uno de los tres modos físicos en los cuales la materia puede

existir: sólido, líquido o gaseoso. El plasma es llamado el cuarto estado

de la materia.

Fase. Parte de un sistema que es físicamente uniforme, o sea que no

presenta límites de separación, ni aun al microscopio electrónico.

Fórmula empírica. La que expresa la mínima relación entre los átomos

que la componen. Se puede determinar a partir del denominado análisis

elemental.

Fórmula química. Representación simbólica de los compuestos

químicos. Se utilizan para escribir las ecuaciones químicas necesarias

para los cálculos estequiométricos.

Fuerzas dipolo-dipolo. Fuerzas causadas por la atracción entre dipolos

moleculares. Por ejemplo, el HF tiene un polo positivo y otro negativo, es

un dipolo, luego las moléculas de HF se atraen.

Fusión nuclear. Proceso de formación de núcleos intermedios a partir de

la unión de núcleos livianos lo que genera una energía aún superior a la

de la fisión. La bomba de hidrógeno es una bomba de fusión.

Page 187: Texto de Quimica C3

QUÍMICA CUARTO 187

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Fusión. Transformación de un sólido en un líquido. La fusión

corresponde un proceso endotérmico y la temperatura a la que ocurre se

denomina temperatura de fusión.

Gas ideal. Gas imaginario que se supone cumple con todos los

postulados de la teoría cinética. El gas ideal también se denomina gas

perfecto.

Gas real. Todos los gases tal como existen. El comportamiento de un

gas real se considera más o menos ideal a bajas presiones y elevadas

temperaturas.

Gases nobles. Familia de elementos pertenecientes al grupo VIIIA de la

tabla periódica. Su configuración electrónica termina en ns² np6 y por eso

también se les llama inertes.

Gravedad específica. Relación entre la densidad de una sustancia y la

densidad del agua pura a determinada temperatura, usualmente 4 °C.

Hidrato. Compuesto químico que ha incorporado a cada una de sus

moléculas un cierto número de moléculas de agua. Al calentar el hidrato

se libera el agua de cristalización y queda el compuesto anhidrido.

Hidrocarburo. Compuesto químico constituido por carbono e hidrógeno.

Éstos se subdividen en varias series según las cadenas de carbono:

alcanos, alquenos, alquinos, hidrocarburos cíclicos.

Inhibidor. Sustancia química que retarda la velocidad de una reacción

química. Los inhibidores son importantes como antidetonantes o a nivel

biológico (enzimas).

Ion positivo. Especie química con carga positiva a causa de la pérdida

de electrones. También se denomina catión.

Ionización. Proceso mediante el cual las sustancias iónicas se disocian

en iones al disolverse en un solvente, además, se llama así a la pérdida

de un electrón de un átomo aislado en estado gaseoso.

Isómeros. Compuestos químicos que tienen la misma fórmula molecular

pero diferente estructura molecular o diversa ubicación espacial de sus

átomos.

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QUÍMICA CUARTO 188

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Isótopos. Átomos de un mismo elemento que poseen igual número de

protones en su núcleo pero diferente número de neutrones y por lo tanto

diferente peso.

IUPAC. (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada.) Organismo

encargado de definir políticas relacionadas con los términos propios del

quehacer químico.

Ley de Boyle. Establece que a temperatura constante (proceso

isotérmico), el volumen de una muestra de gas es inversamente

proporcional a su presión.

Ley de Charles. Establece que a presión constante (proceso isobárico),

el volumen de una muestra de gas es directamente proporcional a su

temperatura absoluta.

Ley de Dalton. Establece que la suma de las presiones parciales de

cada gas en una mezcla gaseosa es igual a la presión total ejercida por la

mezcla, a las mismas condiciones de temperatura y presión.

Manómetro. Tubo de vidrio doblado en forma de ―U‖, que por lo general

contiene mercurio, el mismo se utiliza para medir la presión de un gas.

Masa molar. Masa de 1 mol de sustancia. La masa molar se expresa en

g/mol y es numéricamente igual al peso atómico o al peso molecular

expresado en unidades de masa atómica, u.

Masa. Medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. La masa

es la misma en cualquier lugar donde se encuentre el cuerpo.

Materia. Todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio.

Los rayos catódicos se componen de materia ya que son electrones.

Mezcla. Unión de varios componentes para formar un todo homogéneo o

heterogéneo. Una mezcla heterogénea se compone de varias fases.

Molécula. Entidad química que resulta de la unión de varios átomos

mediante enlaces químicos. El agua se compone de moléculas de la

fórmula H2O.

No metal. Sustancia química que tiende a recibir electrones para

convertirse en un anión. Están ubicados a la derecha de la tabla periódica

Los óxidos no metálicos forman ácidos.

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QUÍMICA CUARTO 189

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Nomenclatura. Serie de normas establecidas a nivel internacional por la

IUPAC para nombrar y representar las diferentes sustancia químicas.

Onda. Forma de propagación de la energía a través del espacio. La luz

se propaga en forma de ondas electromagnéticas de longitud de onda y

frecuencia característica.

Orbital. Región del espacio donde existe una cierta probabilidad de

encontrar el electrón. También se representan como espacios de

densidad electrónica.

Órbitas. Trayectorias circulares del electrón alrededor del núcleo, en el

modelo de Bohr. También se denominan capas o niveles.

Ósmosis. Proceso mediante el cual un solvente pasa desde una solución

diluida hacia una solución concentrada a través de una membrana

semipermeable.

Óxido. Compuesto que se forma entre el oxígeno y un metal, o entre el

oxígeno y un no metal. Los óxidos metálicos son básicos y los no

metálicos son ácidos.

Papel de filtro. Material poroso que se utiliza para realizar filtraciones.

Existe un papel de filtro denominado sin cenizas que al ser calcinado deja

un residuo de peso no significativo.

Papel tornasol. Cinta impregnada del indicador tornasol que sirve para

verificar si una solución es ácida o básica. El tornasol rojo cambia a color

azul en presencia de una base.

Precipitado. Sustancia química muy poco soluble que se forma en una

solución como producto de una reacción química. El precipitado se

separa de la solución por filtración o decantación.

Presión. Fuerza por unidad de área. La presión, término más

corrientemente aplicado a los gases, se expresa en atmósferas, mm de

Hg (torr) o kilopascales.

Presión de vapor. Fuerza por unidad de área ejercida por un vapor que

se encuentra en equilibrio con un líquido o con un sólido. Los líquidos

volátiles tienen alta presión de vapor.

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QUÍMICA CUARTO 190

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Punto de congelación. Temperatura a la cual una fase sólida y una fase

líquida coexisten en equilibrio. Se aplica tanto a líquidos puros como a

soluciones.

Punto de ebullición. Temperatura a la cual la presión de vapor de un

líquido iguala a la presión exterior. Si ésta es de 1 atm se denomina

punto de ebullición normal.

Punto de fusión. Temperatura a la cual una fase sólida y una fase

líquida de una sustancia coexisten en equilibrio. También es la definición

de punto de congelación.

Radiactividad. Desintegración espontánea o provocada de los núcleos

atómicos. Un material radioactivo emite partículas alfa, partículas beta y

rayos gamma.

Rayos X. Radiación emitida por el ánodo de un tubo de descarga debido

a la súbita desaceleración de los electrones (rayos catódicos) al chocar

contra él.

Rayos beta. Una de las radiaciones emitidas por los materiales

radiactivos. Son electrones de elevada energía cinética.

Reactivo. Sustancia que se transforma en otras nuevas al

descomponerse o combinarse químicamente. Véase: reactivo límite.

Sal. Compuesto iónico sólido formado por la unión de un catión metálico

y un anión no metálico, por ejemplo, NaCl, CaCl2, etc.

Solución. Mezcla homogénea de dos o más componentes. Cuando sólo

está formada por dos componentes (un soluto y un solvente) se

denomina solución binaria.

Soluto. Componentes de una solución que de manera arbitraria se

considera presentes en ella en menor cantidad. Véase: solvente,

solución.

Solvente. Componente de una solución que de manera arbitraria se

considera presente en ella en mayor cantidad. En soluciones acuosas el

solvente es el agua.

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QUÍMICA CUARTO 191

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Sublimación. Propiedad que tienen ciertos sólidos de evaporarse sin

pasar por el estado líquido. El yodo se sublima a temperatura ambiente.

La sublimación es un proceso endotérmico.

Teoría cinética. Modelo de movimiento molecular usado para explicar

muchas de las propiedades de los gases.

Tiempo de vida media. Tiempo que tarda en consumirse la mitad de un

reactivo en una reacción. En las reacciones de desintegración radiactiva

el tiempo de vida media es una constante.

Torr. Unidad de presión equivalente a 1 mmHg. Toma este nombre en

honor a Evangelista Torricelli.

Tubo de rayos catódicos. Tubo de vidrio con dos electrodos al que se le

ha hecho el vacío, en él se forman los rayos catódicos al aplicar elevados

voltajes. Se llama también tubo de descarga.

Valencia. Número que denota el número de enlaces que un átomo está

en posibilidad de formar. Por ejemplo, una de las valencias del oxígeno

es 2.

Vapor. Gas formado a partir de una sustancia sólida o líquida. Por

ejemplo, vapor de mercurio, vapor de agua. El término gas se aplica a

sustancias que se encuentran en este estado en su forma natural.

Velocidad de reacción. Rapidez con la que se efectúa un cambio

químico, en general se expresa como el número de moles consumidas o

formadas en la unidad de tiempo.

Vidrio. Sólido no cristalino cuyos átomos no tienen una organización

regular. Algunos vidrios se fabrican con óxido de calcio, soda y arena.

Viscosidad. Propiedad que mide la resistencia interna de un fluido a que

sus capas de moléculas se deslicen unas sobre otras.

Volátil. Término que se aplica a un líquido que se evapora con facilidad.

Los líquidos volátiles tienen alta presión de vapor. Por ejemplo, acetona,

éter.

Voltaje. Diferencia de potencial entre dos puntos. El potencial en un

punto de un campo electrostático se define como la energía potencial por

unidad de carga. El voltaje se mide en voltios (V).

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QUÍMICA CUARTO 192

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BIBLIOGRAFIA

Raymond Chang Quimica Mc Graw Hill

Laurel Dingrado Química Materia y cambio Mc Graw Hill

Charles E. Mortimer Quimica Mc Graw Hill

www.kalipedia.com/química

www.iupac.org/publicatións

www.google.fisic.quimica